CN212933762U - 一种nb-iot物联网集抄器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及自来水设施技术领域，特别涉及一种NB‑IOT物联网集抄器，防水外壳为中空壳体，放置在地井中，防水外壳的内部安装有主控电路板和锂电池；主控电路板上连接有MCU、数据采集模块、NB‑IOT物联网模块、数据存储模块和电源电路；锂电池固定连接在防水外壳内，锂电池电连接电源电路。本实用新型的有益效果为：通过NB‑IOT联网模块将每户用水情况实时上传到自来水公司，方便水务管理；装配锂电池后，施工简单，基本不受安装环境的限制，没有安装位置取市电的麻烦的问题；采用MBUS通讯方式采集水表数据，快速高效精准度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及自来水设施技术领域，特别涉及一种NB-IOT物联网集抄器。
背景技术
传统的水表抄表为人工抄表，需要专业人士对每个水表进行抄读，费时费力。目前，市面上已经有了自动抄表的系统，然而，现有的水表自动抄表系统存在如下缺陷：
首先，地下表井通风不畅，容易积水，会导致电气元件受潮失灵；
其次，地井中存在信号较弱的问题，数据传输容易出错；
再者，现有的水表集中抄写装置功耗较高，会浪费大量的电力资源；
最后，现有的自动抄表系统的精度交底，误差较高。
为此，本实用新型提出了一种NB-IOT物联网集抄器，以解决上述问题。
发明内容
本实用新型为了弥补现有技术中物联网集抄器技术在深地井环境下存在应用技术缺陷的不足，提供了一种NB-IOT物联网集抄器。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种NB-IOT物联网集抄器，包括防水外壳、主控电路板和锂电池，其特征在于：
所述防水外壳为中空壳体，放置在地井中，防水外壳的内部安装有主控电路板和锂电池；
所述主控电路板上连接有MCU、数据采集模块、NB-IOT物联网模块、数据存储模块和电源电路；
所述锂电池固定连接在防水外壳内，锂电池电连接电源电路。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述防水外壳的防护等级为IP68，用于地井环境的防潮。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述MCU的型号为MSP430FR6972，MCU中的时钟电路仅用一只32768Hz频率的钟表晶振即可实现高精度的实时时钟功能及高速串行通讯的需求，MCU内部的AD功能对电池电压进行检测，并将检测到的电压和水表数据通过NB-IOT物联网模块上传到服务器。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述数据采集模块为采用MBUS通讯方式的流量采集器，MBUS总线上连接的水表为用于测量管道水流累积的仪表。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述NB-IOT物联网模块为工业级的NB-IOT频段无线模块，型号为M5310-A，用于上传数据存储模块的数据。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述数据存储模块为FRAM存储器，实现对水表历史数据的存储。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述电源电路可直接连接城市电网或锂电池。
进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述锂电池的型号为ER34615M。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过NB-IOT联网模块将每户用水情况实时上传到自来水公司，方便水务管理；装配锂电池后，施工简单，基本不受安装环境的限制，没有安装位置取市电的麻烦的问题；采用MBUS通讯方式采集水表数据，快速高效精准度高。
附图说明
图1为本实用新型NB-IOT物联网集抄器的分布结构框图；
图2为本实用新型NB-IOT物联网集抄器的内部结构框图；
图中，
1、防水外壳、2、主控电路板，201、MCU，202、数据采集模块，203、NB-IOT物联网模块，204、数据存储模块，205、电源电路，3、锂电池。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可调节连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1-图2为本发明的一种具体实施例，该实施例为一种NB-IOT物联网集抄器，由IP68防水外壳1、主控电路板2和锂电池3组成，具有功耗低、联网稳定、施工方便的优点。主控电路板2上连接有MCU201、数据采集模块202、NB-IOT物联网模块203、数据存储模块204和电源电路205。
在本实施例中，防水外壳1达到IP68的防护等级，更适合在地井的潮湿环境，主控单片机MCU201采用MSP430FR6972，NB-IOT联网模块203采用M5310-A，锂电池3为ER34615M。
其中，MCU201采用的MSP430FR6972是一款基于MSP430FRx FRAM的超低功耗微控制器。它功耗低，可广泛应用于各类低功耗便携式应用，它可提供扩展数据记录和安全功能；本实施例的电源可以采用市电，但最好使用锂电池3，当使用锂电池3时，在不需要采集和上传数据时整个水表需要进入休眠模式以达到低功耗的功能。
本实施例中内含的时钟电路仅用一只32768Hz频率（误差≤5ppM）的钟表晶振即可实现高精度的实时时钟功能及高速串行通讯的需求。实时时钟功能由内部定时器实现，时钟源设为ACLK。时钟的误差是由晶振的精确度决定的，当晶振的误差为小于5ppM时，实时时钟每天的误差则在0.432秒内，一个月下来时钟误差在12秒以内，为避免误差累计，每次向M2M蜂窝移动通信的物联网上传数据时都有一次与系统时间的校准，完全满足产品的需要。
本实施例使用主芯片内部AD功能对电池电压进行检测，并将检测到的电压和水表数据一起上传。具体计算公式：
Vd=(R1+R2)/R1*Vref*Nadc/4096；
Vd: 实际电压
Vref: 参考电压
R1、R2：电压采集电阻
Nadc: 采集数字量
本实施例中的数据采集模块202采用MBUS通讯方式的流量采集器，水表是一种专门用于测量管道水流累积的仪表。本实施例的水表计量等级为B级，国家标准水B级水表所对应的各个流量点的要求为：公称流量、过载流量的测量误差限位±2%；分流量、最小流量的测量误差限为±5%；NB-IOT联网模块203，是一款工业级的NB-IOT频段无线模块。其工作频段是：850MHz/900MHz 和1800MHz。NB-IOT模块具有低功耗模式，其工作电流在休眠模式下可低至1.3mA。通过MCU向NB-IOT模块发送AT指令，配置响应参数，采用UDP方式向制定IP地址端口服务器发送和接收数据，实现数据双向传输。
其中的NB-IOT联网模块203的具体初始化指令为：
AT+NRB
之后需要射频功能：
AT+CFUN=1
之后需要打开模块与基站连接通知
AT+CSCON=1
之后需要打开注册通知
AT+CEREG=1
之后需要打开错误类型通知
AT+CMEE=1
关于APN，在自动入网模式下可以不配置，不过配置了也没有影响。但是目前测试发现，如果在用电信的模组和基站时，把APN配置成移动的形式，连接基站的时候也是按照电信的方式，是协议层有纠错的功能
上面等参数配置完毕之后，等待基站连接通知和入网通知，关于基站连接如果有返回：
+CSCON:1表示连接基站成功；
+CSCON:0表示连接基站失败
关于注册网络，如果有返回：
+CEREG:1,2前面的1是表示返回什么类型的信息，具体的看手册。后面的2表示正在尝试注册网络
+CEREG:1表示入网成功
在连接上基站以后，也可以通过AT+CGPADDR=1查询是否获取到核心网分配的IP。如果有则表示入网成功了，也可以看上面的通知信息。
AT+CGPADDR=1
+CGPADDR:1,101.43.5.1
OK
本实施例的数据存储模块204为FRAM存储器，实现对水表历史数据的存储。FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储。铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件（诸如磁场因素）的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。从保证了水表历史数据的稳定存储。
本实施例的具体实现方案如下：
首先，MCU中烧录有程序，根据设定的时间点，通过MBUS通讯电路，采集每只单体表的当前累计流量，将读取到的数据存储在存储模块，为了保证读表数据正确和读取成功率，调整波特率多次读取；然后，到设定的上报时间点时，将NB-IOT联网模块开机联网，联网成功后将存储模块存储的采集数据，发送到后台计算机系统。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种NB-IOT物联网集抄器，包括防水外壳（1）、主控电路板（2）和锂电池（3），其特征在于：
所述防水外壳（1）为中空壳体，放置在地井中，防水外壳（1）的内部安装有主控电路板（2）和锂电池（3）；
所述主控电路板（2）上连接有MCU（201）、数据采集模块（202）、NB-IOT物联网模块（203）、数据存储模块（204）和电源电路（205）；
所述锂电池（3）固定连接在防水外壳（1）内，锂电池（3）电连接电源电路（205）。
2.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述防水外壳（1）的防护等级为IP68，用于地井环境的防潮。
3.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述MCU的型号为MSP430FR6972，MCU中的时钟电路仅用一只32768Hz频率的钟表晶振即可实现高精度的实时时钟功能及高速串行通讯的需求，MCU内部的AD功能对电池电压进行检测，并将检测到的电压和水表数据通过NB-IOT物联网模块（203）上传到服务器。
4.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述数据采集模块（202）为采用MBUS通讯方式的流量采集器，MBUS总线上连接的水表为用于测量管道水流累积的仪表。
5.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述NB-IOT物联网模块（203）为工业级的NB-IOT频段无线模块，型号为M5310-A，用于上传数据存储模块（204）的数据。
6.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述数据存储模块（204）为FRAM存储器，实现对水表历史数据的存储。
7.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述电源电路（205）可直接连接城市电网或锂电池（3）。
8.根据权利要求1所述的NB-IOT物联网集抄器，其特征在于：
所述锂电池（3）的型号为ER34615M。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113280878A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-08-20 | 济南瑞泉电子有限公司 | 一种对射式光电脉冲物联网水表及其运行方法 |
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2020
- 2020-09-24 CN CN202022118908.6U patent/CN212933762U/zh active Active
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Date of cancellation: 20230214 Granted publication date: 20210409 Pledgee: China Everbright Bank Ji'nan branch Pledgor: JINAN RICHNES ELECTRONIC Co.,Ltd. Registration number: Y2022370000014 |
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Denomination of utility model: A NB-IOT Internet of Things meter Effective date of registration: 20230220 Granted publication date: 20210409 Pledgee: China Everbright Bank Ji'nan branch Pledgor: JINAN RICHNES ELECTRONIC Co.,Ltd. Registration number: Y2023370000039 |
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