一种基于NB-IOT的智能水表控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于NB‑IOT的智能水表控制电路物联网的水表系统，其中包括MCU系统，所述MCU系统分别连接存储器电路、NFC电路和NB模块电路，所述MCU系统还分别与脉冲计量电路和电源电路通过连接，所述MCU系统通过R7F0C019L2DFB单片机实现。本发明专利技术在设计过程中，利用单片机的低功耗模式与NB模组的PSM、DXR等技术的特点，设计出的水表中低端具有超低功耗，静态计量时终端功耗低于10uA，可满足无线水表终端的在电池供电情况下使用时间长达7年的设计要求，同时在终端部署时无需抄控器、集中器，极大降低部署成本，方便管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IOT的智能水表控制电路
本专利技术属于水表
，具体涉及一种基于NB-IOT的智能水表控制电路。
技术介绍
供水企业的发展一直以来受传统水表装置限制，使运营管理成效低下，由于供水企业依靠人工抄表，有着较长的抄表周期，很难及时发现供水问题，对于居民用水数据的统计管理也有较大难度，还经常因水表发生民事纠纷。而且水表多为人工管理，抽检维护时间跨度大，违法用水情况较难控制，使得供水产销差率居高不下。供水管网损耗问题、电表计量误差以及盗用、水表故障等系列问题均带来了供水资源的极大损耗，使供水企业利益受损。虽然对于供水损耗的防控早已提上议程，然而面对海量用户，人力不足导致管理滞后问题，人为维护成本较高，使得产销差问题得不到解决。水表关系到客户及供水企业的切身利益，通常依据水表读数予以结算，如若发生水表故障或抄表误差等问题，将带来较大麻烦，影响客户服务满意度。
技术实现思路
为了充分解决上述问题，本专利技术提供一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，能够在降低现有水表的成本的同时，提高水表的使用寿命。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，包括MCU系统，MCU系统分别连接存储器电路、NFC电路和NB模块电路，MCU系统还分别与脉冲计量电路和电源电路通过连接。优选的，MCU系统通过R7F0C019L2DFB单片机实现。优选的，本专利技术所采用的技术方案的特点还在于，存储器电路通过CAT24C256WI-GT3芯片实现，NFC电路通过意法半导体(ST)的ST25DV芯片实现，存储器电路和NFC电路均与MCU系统采用I2C通信。NB模块电路与MCU系统通过UART串口的通信方式、使用CoAP协议作为应用层协议与物联网平台进行通信。优选的，NB模块电路通过BC95-B5电信版物联网通信模块实现。NB模块电路包括模组供电电路、卡电路和天线电路，模组供电电路的电压与MCU系统的电压相同，卡电路采用QFN-8封装的贴卡片，天线电路的射频电路接口与天线之间事先经过50欧姆的阻抗匹配。优选的，脉冲计量电路与MCU系统通过I2C连接，脉冲计量电路采用干簧管脉冲采样的方式进行，脉冲当量为0.1，两个干簧管轮流周期性的断开闭合，周期为0.5s。电源电路采用3.6v锂电池供电与辅助放电电容进行组合供电，供电电压：3.1V～3.65V。本专利技术的有益效果是：本系统在设计过程中，利用单片机的低功耗模式与NB模组的PSM、DXR等技术的特点，设计出的水表中低端具有超低功耗，静态计量时终端功耗低于10uA，可满足无线水表终端的在电池供电情况下使用长达7年的设计要求，同时在终端部署时无需抄控器、集中器，极大降低部署成本，方便管理。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一种基于NB-IOT的智能水表控制电路的结构示意图；图2为本专利技术MCU系统的模块框图；图3为本专利技术MCU系统的引脚分布图；图4为本专利技术NFC电路的电路原理图；图5为本专利技术储存器电路的电路原理图；图6为本专利技术NB模块电路的电路原理图；图7为本专利技术脉冲计量电路的电路原理图；图8为本专利技术电源电路的电路原理图。图中：1.MCU系统，2.存储器电路，3.NFC电路，4.NB模块电路，5.脉冲计量电路，6.电源电路，7.卡电路，8.天线电路。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，的结构示意图，包括MCU系统1，MCU系统1分别连接存储器电路2、NFC电路3和NB模块电路4，MCU系统1还分别与脉冲计量电路5和电源电路6连接。MCU系统1采用瑞萨的R7F0C019L2DFB单片机，并程序下载调试接口。R7F0C019L2DFB是16位单片机，有64KB代码闪存、4KBRAM空间组成片内存储。R7F0C019L2DFB具有三种低功耗运行模式：HALT模式、STOP模式和SNOOZE模式，供电范围在1.6～5.5V之间，具有低成本、超低功耗的特点。R7F0C019L2DFB芯片采用LQFP64封装。其模块框图和引脚分布图分别如图2及图3所示。存储器电路2和NFC电路3均与MCU系统1采用I2C通信。存储器电路2采用CAT24C256WI-GT3芯片，NFC电路3采用意法半导体(ST)的ST25DV芯片，这两款芯片的静态功耗低，且可以与MCU系统1采用I2C通信，方便使用。本专利技术选用256Kb规格的存储器电路2。NFC电路3的电路图如图4所示，储存器电路2的电路图如图5所示。NFC技术工作在13.56MHz的频率，10cm的短距离通信，106Kbit/秒、212Kbit/秒和424Kbit/秒三种传输速度。适合短距离通信的应用场合。通信原理是基于感应近场，在近场区域内中，感应场强弱与电磁辐射源以及天线的距离相关，近则强远则弱。具有两种读取模式：主动和被动。其接口适用范围：数据上报、数据读取、参数设置、程序升级。NB模块电路4与MCU系统1通过UART串口的通信方式、使用CoAP协议作为应用层协议与物联网平台进行通信。NB模块电路4为BC95-B5电信版物联网通信模块。BC95模块共有94个引脚，其中54个为LCC引脚，其余40个为LGA引脚。模块组接口包括：电源供电、串口、USIM接口、RF接口。NB模块电路4包括模组供电电路、SIM卡电路(简称卡电路)6和天线电路7，NB模组电源供电电压与MCU系统1的电压相同，可通过IO口P01引脚控制MOS管的开断，从而控制模组的上下电，平时模组处于断电状态，当有数据上报时给模组供电，用完即断电，可以极大的降低终端系统的功耗。同时，模组与MCU通过串口通信，将BC95的TXD口串接一个1k欧的跨接电阻后与C019单片机的串口P17相连，RXD口串接一个1k欧的电阻与P00连接。RF_ANT引脚为BC95的射频天线接口，同时BC95-B5还有为NB-IoT专用SIM卡预留的接口。硬件设计中，SIM卡为了节省单板硬件空间，使用QFN-8封装的贴片卡，同时还要特别注意射频电路接口与天线之间要做50欧姆的阻抗匹配。BC95-B5电路原理图如图6所示。NB模块电路3的三种工作状态如下：1.Connected(连接态)模块注册入网后处于该状态，可以发送和接收数据，无数据交互超过一段时间后会进入Idle模式，时间可配置。2.Idle(空闲态)可收发数据，且接收下行数据会进入Connected状态，无数据交互超过一段时会进入PSM模式，时间可配置。空闲状态可配置执行DRX或eDRX模式。DRX：discontinuousrec本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，其特征在于，包括MCU系统(1)，所述MCU系统(1)分别连接存储器电路(2)、NFC电路(3)和NB模块电路(4)，所述MCU系统(1)还分别与脉冲计量电路(5)和电源电路(6)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，其特征在于，包括MCU系统(1)，所述MCU系统(1)分别连接存储器电路(2)、NFC电路(3)和NB模块电路(4)，所述MCU系统(1)还分别与脉冲计量电路(5)和电源电路(6)连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，其特征在于，所述MCU系统(1)通过R7F0C019L2DFB单片机实现。


3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，其特征在于，所述存储器电路(2)通过CAT24C256WI-GT3芯片实现，所述NFC电路(3)通过意法半导体(ST)的ST25DV芯片实现，所述存储器电路(2)和NFC电路(3)均与MCU系统(1)采用I2C通信方式。


4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能水表控制电路，其特征在于，所述NB模块电路(4)与MCU系统(1)通过UART串口的通信方式并使用CoAP协议作为应用层协议，与物联网平台进行通信。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琦，余震，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42