CN218973549U - 一种多供电NB-IoT电磁水表采集器 - Google Patents
一种多供电NB-IoT电磁水表采集器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种多供电NB‑IoT电磁水表采集器，主要包含电源切换电路、蓝牙通信、霍尔开关、单片机控制系统、NB‑IoT数据上传、FRAM存储、FLASH存储、指示灯和RS485通信灯；所述电源切换电路负载多路输入电源切换、反馈并向其他模块进行供电；所述蓝牙通信用于连接手机进行线下配置设备参数；所述霍尔开关用于休眠配置唤醒；所述单片机控制系统用于整个采集模块的控制协调；NB‑IoT数据上传用于将状态数据和采集的水量数据上传至云服务器；所述FRAM存储主要负责存储关键设置参数；所述FLASH存储用于存储数据量多的水表数据；本新型具有低功耗、抗干扰性能强、电源切换灵活、安全性高等特点。
Description
技术领域
本实用新型设计一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，本实用新型为一种用于电磁水表采集设备，通过内置电源切换电路和电源管理多途径为电磁水表供电，运用RS485现场总线技术采集电磁水表内的水量数据及状态并存储，最终通过NB-IoT传输至云服务器。本实用新型涉及智能水表行业、单片机嵌入式技术、应用电子技术、传感器原理及应用技术、通信原理、NB-IoT技术等。
背景技术
随着智能水表行业的发展，越来越多智能水表出现，同时纯电子的智能水表越来越多地涌入市场，方便水司抄表和收费，节约了大量人力成本，也促进整个只能水表行业的发展。但智能水表有一个致命的问题，需要电池、太阳能或市电供电，尤其是供水管道上的电子显示的水表一旦供电故障将会对水司造成不可预估的损失。为了解决以上问题，本实用新型一种多供电NB-IoT电磁水表采集器采用多供电方式，自主切换、主备兼顾，完美解决因供电问题导致水表不计量和数据不上传问题。
实用新型内容
本实用新型设计的目的在于提供一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，主要包含电源切换电路、蓝牙通信、霍尔开关、单片机控制系统、NB-IoT数据上传、FRAM存储、FLASH存储、指示灯和RS485通信灯。所述电源切换电路负载多路输入电源切换、反馈并向其他模块进行供电；所述蓝牙通信用于链接手机进行线下配置设备参数；所述霍尔开关用于休眠配置唤醒；所述单片机控制系统用于整个采集模块的控制协调；NB-IoT数据上传用于将状态数据和采集的水量数据上传至云服务器；所述FRAM存储主要负责存储关键设置参数；所述FLASH存储用于存储数据量多的水表数据；所述的指示灯用于指示当前工作状态；所述RS485通信负责链接电磁水表总线并通过串口进行采集器与水表之间通信；本新型具有低功耗、抗干扰性能强、电源切换灵活、安全性高等特点。
进一步地，所述电源切换电路由一个外电源输入端和两个电池输入端组成，通过切换稳压供给其他所用模块，并通过模拟信号反馈给单片机的AD引脚；单片机通过UART和GPIO连接蓝牙通信模块；单片机通过GPIO外中断引脚连接至霍尔开关；单片机通过UART和GPIO连接至NB-IoT数据上传模块；单片机通过SPI连接至FRAM存储模块；单片机通过SPI连接至FLASH存储模块；单片机通过GPIO连接至指示灯控制；通过UART和GPIO连接至RS485通信模块；本新型具有低功耗、抗干扰性能强、电源切换灵活、安全性高等特点。
优选的，所述电源切换电路外供电以太阳能方式输入，电池输入采用锂亚电池，采用LM317芯片提供3.6V电压输出；
优选的，所述蓝牙通信模块，采用PB02模组,具有体积小功耗低等特点。
优选的，所述霍尔开关，采用S5712型号霍尔，具有功耗低、灵敏度强特点。
优选的,所述单片机控制系统，采用FM33LC025N系列低功耗单片机。
优选的,所述NB-IoT数据上传，采用移远生产的BC95模组。
优选的，所述FRAM存储，采用MB85RS16芯片。
优选的，所述FLASH存储，采用FM25Q16芯片。
优选的，所述RS485通信，采用MAX3485芯片,并增加TVS进行ESD保护。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型电路架构采用单片机微处理器为核心的高性能低功耗的架构，单片机负责控制、监控和协调整个采集器的工作。电源切换电路多达三路电源输入，优先选择外部供电，当外部电源被断开才会选择消耗电池，双电池输入自由切换，无主次公平竞争方式。可通过霍尔开关唤醒睡眠状态的设备，通过手机连接蓝牙进行关键数据配置。双存储器设计，FRAM存储器写次数不限但是容量较小，用于存储变化频次过高的关键参数；FLASH存储器容量大但写次数有限制，用于存储数据量大且不经常变动的水量数据。使用RS485总线进行连接电磁水表进行数据采集，具有实时性高抗干扰性能强，可实时对单表和多表进行数据采样。最后通过NB-IoT模组将存储器里数据上传云服务，还具有具有信号好、功耗低等特点。本实用新型电池供电时休眠功耗仅10uA，大大延长设备使用年限。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图中：1、电源切换电路；2、蓝牙通信；3、霍尔开关；4、单片机控制系统；5、NB-IoT数据上传；6、FRAM存储；7、FLASH存储；8、指示灯；9、RS485通信。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
其中，电源切换电路1为整个系统提供3.6V的工作电压。通过外部数据电压控制MOS实现外供电和电池之间切换，通过2个二极管实现双电池供电切换，外供电以太阳能方式输入，电池输入采用锂亚电池，采用LM317芯片提供3.6V电压输出；
其中，蓝牙通信2为连接至手机端对模块进行配置的通道。采用PB02模组，该模块PHY6212芯片设计的，符合BLE 5.0低功耗的蓝牙模块；支持SIG-Mesh。PHY6212搭载
CortexTM-M0 32位处理器，配备138KB SRAM，具有超低功耗、高性能和无线多模的特点，支持安全性、应用和无线更新的BLE功能。
其中，霍尔开关3采用S5712型号霍尔，主要负责将睡眠的设备唤醒。
其中，单片机控制系统4采用FM33LC025N系列低功耗单片机，负责控制、监控和协调整个采集器的工作。该型号MCU局域ARM Cortex-M0内核，最高主频可达64MHz，在睡眠状态时功耗仅6uA，具有功耗低、接口丰富和成本低廉等特点。
其中，NB-IoT数据上传5采用移远生产的BC95模组，负责将采集存储的数据传送只云服务器。BC95是一款高性能、低功耗的NB-IoT无线通信模块。采用LCC封装方式，可通过标准SMT方式进行生产。
其中，FRAM存储6采用MB85RS16芯片，主要负责存储设备配置参数和一些经常变化的参数。存储空间可达2Kbyte，为铁电存储技术，其读写次数接近无穷大，其特点寿命长不会因读写损坏扇区。
其中，FLASH存储7采用FM25Q16芯片，主要负责存储数据量大的水量数据。存储器空间可达2Mbyte,具有空间大成本低廉等特点。
其中，指示灯8采用2个0603封装的LED组成，主要负责指示工作状态，方便安装售后人员调试排故。
其中RS485通信电路9为模块连接至电磁水表的抄表通道，采用MAX3485芯片，将USART信号转为RS485信号进行读数水量数据。
本实用新型脉冲型电磁水表标定模块工作原理：
供电步骤：当有外供电电压输入时，电池供电被MOS管切断，再经过LDO稳压后供给整个模块，同时通过ADC信号反馈给单片机；当没有外部电压输入时，电池供电MOS管导通，两个电池通过两只二极管汇总在一起，公平竞争选择电压高的电池供给整个系统，并通过ADC信号反馈给单片机；单片机根据ADC信号电压判断供电模式，以用于选择上传频繁度，外供电频繁上传、电池供电则减少上传频次；通过次步骤达到多电源输入目的、减少断电的风险。
工作模式：通过单片机内置的RTC时钟周期唤醒控制RS485通信采样电磁水表水量数据及状态，判断分析，如数据正常则直接存储，错误则直接通过NB-IoT数据上传至云服务提醒客户。当RTC定时到达周期数据上传时间时，通过NB-IoT将所有存储数据直接上传至云服务器。
配置模式：通过外界磁吸吸合霍尔开关，指示灯闪烁时，此时蓝牙被打开，手机通过APP配置软件直接连接到该设备。通过蓝牙可直接配置设备的IP地址、上传模式、采样周期、上传周期、存储状态等。
睡眠模式：当不为工作模式和配置模式时，为了降低功耗单片机关闭所有外设的电源，并进入睡眠模式。并等待下次霍尔唤醒或RTC定时唤醒。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述采集器包含电源切换电路、蓝牙通信、霍尔开关、单片机控制系统、NB-IoT数据上传、FRAM存储、FLASH存储、指示灯和RS485通信灯；所述电源切换电路负载多路输入电源切换、反馈并向其他模块进行供电；所述蓝牙通信用于链接手机进行线下配置设备参数；所述霍尔开关用于休眠配置唤醒；所述单片机控制系统用于整个采集模块的控制协调；NB-IoT数据上传用于将状态数据和采集的水量数据上传至云服务器；所述FRAM存储负责存储关键设置参数；所述FLASH存储用于存储数据量多的水表数据；所述的指示灯用于指示当前工作状态；所述RS485通信负责链接电磁水表总线并通过串口进行采集器与水表之间通信。
2.根据权利要求1所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述电源切换电路由一个外电源输入端和两个电池输入端组成，通过切换稳压供给其他所用模块，并通过模拟信号反馈给单片机的AD引脚；单片机通过UART和GPIO连接蓝牙通信模块；单片机通过GPIO外中断引脚连接至霍尔开关；单片机通过UART和GPIO连接至NB-IoT数据上传模块；单片机通过SPI连接至FRAM存储模块；单片机通过SPI连接至FLASH存储模块；单片机通过GPIO连接至指示灯控制；通过UART和GPIO连接至RS485通信模块。
3.根据权利要求2所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述电源切换电路外供电以太阳能方式输入，电池输入采用锂亚电池，采用LM317芯片提供3.6V电压输出。
4.根据权利要求3所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述蓝牙通信模块，采用PB02模组。
5.根据权利要求4所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述霍尔开关，采用S5712型号霍尔。
6.根据权利要求5所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述单片机控制系统，采用FM33LC025N系列低功耗单片机。
7.根据权利要求6所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述FRAM存储，采用MB85RS16芯片。
8.根据权利要求7所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述FLASH存储，采用FM25Q16芯片。
9.根据权利要求8所述的一种多供电NB-IoT电磁水表采集器，其特征在于，所述RS485通信，采用MAX3485芯片,并增加TVS进行ESD保护。
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Publications (1)
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2022
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