CN219740549U - 一种单主控无线安全水表套装 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单主控无线安全水表套装，解决了老式水表，体积大，功耗高，安全系数差等问题，所述一种单主控无线安全水表套装包括单主控芯片模块，所述单主控芯片模块设置用于控制电路和数据处理的应用处理器，用于无线传输水表水流信息的LTE‑M调制解调器，所述单主控芯片模块是集成一体化设置，所述一种单主控无线安全水表套装还包括电机驱动模块，水流测量模块，SIM卡插槽模块，通过搭建好最小系统单主控即可运行起来，由此实现PCB板小型化，提升通信安全性，同时单主控方案加少数器件实现了水表的超低功耗待机和检测水流，同时单主控还支持多个频段，可以实现无线智能水表的全部功能。

Description

一种单主控无线安全水表套装

技术领域

本实用新型涉及水表技术领域，特别是一种单主控无线安全水表套装。

背景技术

随着社会和IOT智能设备的发展，老式的无线远程水表很难满足当前日益严格的技术指标和市场需求，老式水表由于当时的技术限制较难突破，存在体积大、功耗高、待机时间短、稳定性差、成本高、安全系数差等弊端，成为阻碍水务管理迈向更现代化的步伐，制约了现代智慧城市的发展。

现有的技术方案绝大部分都是使用双主控进行设计开发，一个主控是水表中心主控(下述简称中心主控)，另外一个主控是水表的NB无线透传主控(下述简称透传主控)，中心主控通过采集基表的信号完成水流的分析，通过串口等通信（下述简称桥接通信方式）方式把组包的数据传输给透传主控，透传主控再对数据包进行解包后通过NB网络进行传输出去，完成一次的数据发送；当透传主控接收到服务器的信息，需要对数据进行包分析再通过桥接通信发送给中心主控，中心主控对数据解包得到需要的信息，整个的数据流接收和发送都要经过两个主控的处理和参与才能正常工作。

中国专利公开号CN207379555U，公开日2018年5月18日，发明创造的名称为一种基于NB-IOT的无线智能远传水表，该申请案公开了一种基于NB-IOT的无线智能远传水表，其不足之处便是水表通过双主控来达成水表的智能测量和远传功能，使用双主控的方案电子PCB设计很难做到小型化，两个主控都要占用PCB面积，同时现有的双主控方案则必须要双主控都正常才能工作，如果有一个出现故障，那么业务就无法进行，相对一个主控的方案来说故障率翻倍、返修率翻倍，成本上升；同时两个主控都需要消耗电流导致功耗较高，待机功耗普遍在15uA以上，有水流动时候功耗更高，则相同容量的电池使用年限缩短；远程升级则更复杂，如果需要升级透传主控需要开发好一套升级代码升级透传主控，如果要升级中心主控，另外开发一套升级代码通过透传主控的桥接通信给到中心主控，中心主控再进行升级，可见非常繁琐。

实用新型内容

本实用新型解决了老式水表由于当时的技术限制较难突破，存在体积大、功耗高、待机时间短、稳定性差、成本高、安全系数差等问题，提供了一种单主控无线安全水表套装，基于嵌入式，超低微，单一的微控制器，通过搭配电源模块，电机驱动模块，水流测量模块，SIM卡插槽等少数器件搭建好最小系统单主控即可运行起来，实现了现有技术中无限远传智能水表的全部功能。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种单主控无线安全水表套装，包括单主控芯片模块，所述单主控芯片模块设置用于控制电路和数据处理的应用处理器，用于无线传输水表水流信息的LTE-M调制解调器，所述单主控芯片模块是集成一体化设置。单主控芯片模块利用现代化通信技术制成嵌入式，单一的超低功耗微控制模块，通过集成应用处理器和LTE-M调制解调器，单主控芯片模块实现带有Cat-NB1/NB2和M1通信功能的无线智能远程水表的全部功能，同时单主控模块设计还实现了体积小型化，提高了通信的安全性，有效延长了水表套装的使用年限，并且器件少意味着故障率低，成本更节约，还支持多个频段。

作为优选，所述单主控芯片模块采用的是NRF91系列单主控芯片模块，用以实现NRF91系列单主控芯片模块来进行检测和分析水流，水流数据的无线通讯，提升通信的安全性。NRF91系列单主控芯片模块可以实现带有Cat-NB1/NB2和M1通信功能的无线智能远程水表的全部功能，并且还具备超低功耗，体积小型化，通信安全等特点。

作为优选，所述单主控芯片模块电路包括：NRF91系列单主控芯片，同轴连接器，电容C5电容C6、电容C7、电感L2、电感L3、天线A1，

所述NRF91系列单主控芯片ANT端连接同轴连接器输入端，电容C5一端和电感L2一端分别连接同轴连接器输出端，电容C4一端,电容C6一端，电容C7一端分别连接电感L2另一端，天线A1和电感L3一端分别连接电容C4另一端，电容C5另一端,电容C6另一端，电容C7另一端分别接地；

所述NRF91系列单主控芯片SDATA端连接TP8端，SCLK端口连接TP9端，VIO端连接TP10端，MAGPIO0端连接TP11端，MAGPIO1端连接TP12端，MAGPIO2端连接TP13端，为方便测试，所述同轴连接器采用ANT1系列，所述同轴连接器的2端口，3端口分别接地，当接收到基表采集的水流信号时，所述NRF91系列主控芯片对水流信号进行分析处理。

作为优选，所述电机驱动模块包括电机驱动电路，为进一步降低功耗，实现PCB版小型化，所述电机驱动芯片采用SGM系列电机驱动芯片，所述电机驱动电路包括SGM系列电机驱动芯片，电容C25，电容C26，电容C28，所述SGM系列电机驱动芯片nFAULT端连接电阻R32一端，电阻R32另一端连接电源，SGM系列电机驱动芯片IN2端连接NRF91系列单主控芯片AIN4端，IN1端连接NRF91系列单主控芯片AIN5端，nFAULT端还连接NRF91系列单主控芯片AIN3端，电阻R34一端和TP29端分别连接SGM系列电机驱动芯片ISEN端，电阻R34另一端接地，

所述SGM系列电机驱动芯片VCP端连接电容C25一端，电容C26一端，电容C25另一端，SGM系列电机驱动芯片VCC端分别连接VBAT端，电容C26另一端接地，当接收到来自NRF91系列单主控芯片的信号时，SGM系列电机驱动芯片工作，根据相应的NRF91系列单主控芯片的信号，用以驱动电机的正转和反转，来实现水表阀门的开闭作用。

作为优选，所述一种单主控无线安全水表套装还包括水流测量模块，所述水流测量模块设置水流测量电路，所述水流测量电路包括信号连接器，电容C20，电容C21，电容C22，

所述信号连接器第4输出端接地，电容C20一端，电阻R11一端，电阻R12一端，电阻R18一端，电阻R19一端分别连接信号连接器第1输出端，所述电阻R18另一端和电阻R23一端分别连接信号连接器第2输出端，电阻R24一端和电阻R19另一端分别连接信号连接器第3输出端，

电阻R23另一端和电容C21一端分别连接NRF91系列单主控芯片P0.11端，电阻R24另一端和电容C22一端分别连接NRF91系列单主控芯片P0.10端，电容C21另一端和电容C22另一端分别接地，所述水流测量模块通过接口和适配的水表连接，当有水流流动时，接收和传递水表的水流脉冲信息。

所述水流测量模块通过接口和适配的水表连接，用以接收水表的水流信息进行分析水流量。所述水流测量模块通过两个I/O接口与水表内部的干簧管连接，当水表采用脉冲信号输出方式，NRF91系列单主控芯片模块内的预先设置的脉冲计量程序和一组I/O接口构成脉冲计数接口，与脉冲水表的一组脉冲传感器相连接，实现脉冲计量功能，同时将检测的水流信息分析传递到NRF91系列单主控芯片模块。

作为优选，所述一种单主控无线安全水表套装还设置SIM卡槽，所述SIM卡槽与所述NRF91系列单主控芯片模块电性连接，需要联网时，可以在上面安装SIM卡或者导入eSIM。当联网时，SIM卡槽可以通过安装的SIM卡或者eSIM来实现水表的自动获取网络时间和万年历，每日指定时间进行数据的上报的功能。

作为优选，所述一种单主控无线安全水表套装还可以附加其他功能，如需给水表附加其他功能，可以增加IR收发器模块、LED指示灯模块，只需要通过几个io连接即可。

本实用新型的有益效果为：一种单主控无线安全水表套装，利用现代化通信技术，单主控芯片模块为嵌入式，单一的超低功耗微控制模块，通过集成应用处理器和LTE-M调制解调器，NRF91系列主控模块实现带有Cat-NB1/NB2和M1通信功能的无线智能远程水表的功能，具备水流数据的信息采集，分析和对水流信息的发送和接收功能，并且本实用新型还是一个单主控无线安全水表套装，是将单主控芯片模块，电源模块，电机驱动模块，水流测量模块，网络模块等若干模块组成的一个单主控无线安全水表套装，如需给水表附加其他功能，如IR收发器模块、LED指示灯模块，只需要通过几个io连接即可。一种单主控无线安全水表套装具有以下优点：

单主控设计能实现体积小型化。

通信不容易被窃取和监听，提升安全性。

同时单主控方案加少数器件即可以5-6uA超低功耗待机和检测水流，有效延长表计使用年限。

器件更少意味着故障率更低，成本更精简。

远程升级只需要一套升级方案即可以完成完整的升级。

双主控方案频段少，该单主控方案同时支持多个频段，可以实现一次开发，各个区域无缝使用。

一种单主控安全水表套装的出现，实现了水表的单主控超低功耗运转，延长了水表套装的使用年限，还同时降低了通信被窃取和监听的可能，提高了水表的安全性，带来翻倍的使用体验，使水表行业进入快速发展的道路。

附图说明

图1是本实用新型实施例的单主控芯片模块电路图；

图2是本实用新型实施例的电机驱动模块电路图；

图3是本实用新型实施例的水流测量模块电路图；

图4是本实用新型实施例的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型的设计构思是，一种嵌入式，超低微，单一的单主控芯片模块，通过搭配电源模块，电机驱动模块，水流测量模块，SIM卡插槽等少数器件搭建好最小系统单主控即可运行起来，通过内置的eSIM或者外置的SIM进行网络通信授权以连接至网络；通过2个io控制电机驱动芯片驱动电机的正转和反转以达到控制水表阀门开闭的作用；通过2个io接到水表内部的干簧管以接收两路脉冲信号进行分析水流量；其他水表附加功能，比如IR收发器、LED指示灯通过几个io连接即可。本套装只需要把套装外的电池和脉冲信号以及阀门控制通过连接器连接到适配的水表基表上即可正常工作，单主控芯片模块提高了通信安全性，降低器件故障率，同时还可以实现超低功耗工作和检测水流，具备无线智能远传水表的全部功能。

为使本实用新型的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型方式作进一步地详细阐述。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

在本实施例中，图4是基于NRF9160单主控芯片的无线安全水表套装的电路原理图，通过NRF9160单主控芯片连通不同的模块，实现无线智能远传水表的全部功能。

在本实施例中，图1是一种单主控无线安全水表套装的单主控芯片模块电路图，单主控芯片采用了NRF9160单主控芯片，NRF9160芯片是一款集成LTE-M和NB-IOT无线调制解调器的低功耗SIP器件，拥有专用应用处理器和内存，用于蜂窝物联网的完全集成SIP。

在本实施例中，单主控芯片模块电路为NRF9160单主控芯片模块电路，包括：NRF9160单主控芯片，ANT1 MM8130-2600RA2同轴连接器，电容C5电容C6、电容C7、电感L2、电感L3、天线A1，

NRF9160单主控芯片ANT端连接ANT1 MM8130-2600RA2同轴连接器输入端，电容C5一端和电感L2一端分别连接ANT1 MM8130-2600RA2同轴连接器输出端，电容C4一端,电容C6一端，电容C7一端分别连接电感L2另一端，天线A1和电感L3一端分别连接电容C4另一端，电容C5另一端,电容C6另一端，电容C7另一端分别接地；

NRF9160单主控芯片SDATA端连接TP8端，SCLK端口连接TP9端，VIO端连接TP10端，MAGPIO0端连接TP11端，MAGPIO1端连接TP12端，MAGPIO2端连接TP13端，ANT1 MM8130-2600RA2同轴连接器的2端口，3端口分别接地，当接收到基表采集的水流信号时，NRF9160主控芯片对水流信号进行分析处理。

在本实施例中，图2是一种单主控无线安全水表套装的电机驱动模块电路图，电机驱动芯片采用的是SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片，SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片可以实现超低功耗，通信安全等功能，进一步实现了PCB板小型化。

在本实施例中，电机驱动模块电路包括SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片，电容C25，电容C26，电容C28，SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片nFAULT端连接电阻R32一端，电阻R32另一端连接电源，SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片IN2端连接NRF9160单主控芯片AIN4端，IN1端连接NRF9160单主控芯片AIN5端，nFAULT端还连接NRF9160单主控芯片AIN3端，电阻R34一端和TP29端分别连接SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片ISEN端，电阻R34另一端接地，

SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片VCP端连接电容C25一端，电容C26一端，电容C25另一端，SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片VCC端分别连接VBAT端，电容C26另一端接地，当接收到来自NRF9160单主控芯片的信号时，SGM42609BXMS10G/TR电机驱动芯片工作，根据相应的NRF9160单主控芯片的信号，用以驱动电机的正转和反转，来实现水表阀门的开闭作用。

在本实施例中，图3是一种单主控无线安全水表套装的水流测量模块电路图，SIGNAL1信号接收器接收来自水表的水流脉冲信息，当有水流动时候，水流带动水表的机械部分拨动水表的干簧管开闭来发送脉冲。

在本实施例中，水流测量模块电路图包括SIGNAL1信号连接器，电容C20，电容C21，电容C22，

SIGNAL1信号连接器4端接地，电容C20一端，电阻R11一端，电阻R12一端，电阻R18一端，电阻R19一端分别连接SIGNAL1信号连接器1端，电阻R18另一端和电阻R23一端分别连接SIGNAL1信号连接器2端，电阻R24一端和电阻R19另一端分别连接SIGNAL1信号连接器3端，

电阻R23另一端和电容C21一端分别连接NRF9160单主控芯片P0.11端，电阻R24另一端和电容C22一端分别连接NRF9160单主控芯片P0.10端，电容C21另一端和电容C22另一端分别接地，水流测量模块通过接口和适配的水表连接，当有水流流动时，接收和传递水表的水流脉冲信息。

在本实施例中，如图1所示，一种单主控无线安全水表套装还设置SIM卡槽，所述SIM卡槽与所述NRF9160单主控芯片模块电性连接，需要联网时，可以在上面安装SIM卡或者导入eSIM。当联网时，SIM卡槽可以通过安装的SIM卡或者eSIM来实现水表的自动获取网络时间和万年历，每日指定时间进行数据的上报的功能。

Claims (7)

1.一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，包括单主控芯片模块，所述单主控芯片模块设置控制电路和数据处理的应用处理器，无线传输水表水流信息的LTE-M调制解调器，所述单主控芯片模块是集成一体化设置。

2.根据权利要求1所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述单主控芯片模块为嵌入式，单一的超低功耗微控制模块，所述单主控芯片模块设置有单主控芯片模块电路。

3.根据权利要求2所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述单主控芯片模块电路包括：单主控芯片，同轴连接器，电容C5电容C6，电容C7，电感L2，电感L3，天线A1，

所述单主控芯片ANT端连接同轴连接器输入端，电容C5一端和电感L2一端分别连接同轴连接器输出端，电容C4一端,电容C6一端，电容C7一端分别连接电感L2另一端，天线A1和电感L3一端分别连接电容C4另一端，电容C5另一端,电容C6另一端，电容C7另一端分别接地。

4.根据权利要求1所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述一种单主控无线安全水表套装还包括电机驱动模块，所述电机驱动模块设置电机驱动电路。

5.根据权利要求4所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述电机驱动电路包括电机驱动芯片，电容C25，电容C26，电容C28，所述电机驱动芯片nFAULT端连接电阻R32一端，电阻R32另一端连接电源，电机驱动芯片IN2端连接单主控芯片AIN4端，IN1端连接单主控芯片AIN5端，nFAULT端还连接单主控芯片AIN3端，电阻R34一端连接电机驱动芯片ISEN端，电阻R34另一端接地，

所述电机驱动芯片VCP端连接电容C25一端，电容C26一端，电容C25另一端，电机驱动芯片VCC端分别连接电源，电容C26另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述一种单主控无线安全水表包括水流测量模块，所述水流测量模块设置水流测量电路，所述水流测量电路包括信号连接器，电容C20，电容C21，电容C22，

所述信号连接器第4输出端接地，电容C20一端，电阻R11一端，电阻R12一端，电阻R18一端，电阻R19一端分别连接信号连接器第1输出端，所述电阻R18另一端和电阻R23一端分别连接信号连接器第2输出端，电阻R24一端和电阻R19另一端分别连接信号连接器第3输出端，

电阻R23另一端和电容C21一端连接，电阻R24另一端和电容C22一端连接，电容C21另一端和电容C22另一端分别接地，所述水流测量模块通过接口和适配的水表连接，当有水流流动时，接收和传递水表的水流脉冲信息。

7.根据权利要求1所述的一种单主控无线安全水表套装，其特征在于，所述一种单主控无线安全水表还包括SIM卡插槽。