[發明專利]一種用于超聲波水表的窄帶NB-IOT通訊模組及其使用方法

在審

• 申請號: 201711303539.4
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN109903539A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 王天際;于輝;初勇
• 申請（專利權）人: 遼寧思凱科技股份有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G08C23/02;H04L29/08;G01F1/66;G01F15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.本發明的特征在于超聲波水表MCU是由NB-IOT調制解調器的內部分配的一個ARM核及程序存儲器、存儲器數組I/O接口等資源構成。

2.本發明的特征在于，此超聲波水表NB專用模組的超聲波水表的全部功能：液晶顯示功能，超聲時差測量模塊功能，溫度采集功能，紅外通訊功能，按鍵響應功能等的全部功能都由NB調制解調器內分配的ARM上的芯片內資源來實現。

3.根據前述特征所述，本發明的特征在于，超聲波水表紅外通訊接口功能由NB-IOT調制解調器芯片中分配的ARM定義I/O口作相應數據接口及控制接口、同芯片上內嵌的紅外通訊協議及程序功能模塊來完成實現紅外通訊功能。

4.本發明的特征在于，由NB調制解調器芯片中分配的ARM定義一個I/O口與電壓檢測器相連配合電壓過低處理程序，實現電壓檢測功能及電池電壓掉電處理功能。

5.本發明的特征在于，NB調制解調器芯片內分配的ARM定義一組I/O接口與NB-IOT超聲波水表的超聲時差檢測模塊的數據接口，控制接口相連，根據內嵌的程序實現超聲波流量檢測模塊，實現采集用戶用水計量、流速監測功能，以及逆流檢測功能。

6.本發明的特征在于ＮＢ調制解調器超聲波水表專用模組由ＮＢ調制解調器芯片內分配的ＡＲＭ定義了一組I/O口作為液晶驅動接口，通過內嵌的液晶驅動程序，液晶顯示器，實現液晶數據顯示功能，用于顯示，流速、流量、溫度等數據。

7.本發明的特征還在于定義了兩個閥門控制IO口，配合內嵌的閥門程序，用于控制閥門的開關。

8.本發明的特征在于，定義的超聲波水表ＡＲＭ的一個I/O口及按鍵響應處理程序實現對超聲波水表工作模式的切換及液晶的輪顯切換功能。

9.本發明的特征還在于定義了存儲模塊控制IO口，配合NB模塊內部分配的ARM中內嵌程序實現重要數據的存儲。

10.本發明的特征還在于定義了可擴展功能IO口，方便未來功能拓展。

11.本發明的特征還在于，超聲波水表ARM核中的程序存儲器的數據處理傳輸程序，將累計用水數據，用水流量數據，計量計費數據，階梯用量階梯價格數據，預費金額，電池容量數據，NB信號強度數據，超小流狀態、水流方向及溫度等數據通過數據安全加密解密功能模塊對數據進行加密，打包，通過 NB調制解調器，按照NB協議進行無線信號調制由功放天線，將數據線無線網絡傳輸到后臺，實現表具數據傳輸功能。

12.本發明的特征還在于數據安全加密解密功能模塊的加密機制有別于NB調制解調器的數據空口加密安全機制,而是按超聲波水表通訊協議進行加密，該項功能由數據加密算法實現，存儲在定義的超聲波水表ARM中。

13.本發明的特征還在于定義的超聲波水表ARM核中的存儲器存儲的數據接收處理程序將NB調制解調器從天線接收的無線網絡發來的無線信號進行解調的數據進行解密，解析，實現雙向數據通訊及對定義的超聲波水表ARM進行控制，完成超聲波水表的各項通訊功能。

14.模塊上電后由NB-IOT芯片上的ARM芯片完成NB調制解調器的初始化，處于NB調制解調器的就緒狀態，并且模塊上電后定義超聲波水表ARM首先執行初始化程序，分別包括超聲波水表流量檢測模塊初始化，數據存儲功能模塊初始化、電池電量檢測功能模塊初始化，紅外通訊模塊初始化，液晶顯示部分初始化，按鍵處理模塊初始化；

初始化程序執行完畢后執行系統時鐘配置程序，經過系統時鐘配置完成內部需要時鐘功能、端口初始化完成各個功能所需端口配置、看門狗定時器定時設置、外部存儲器初始化及讀取參數；之后單片機進入開啟全局中斷低功耗狀態等待中斷喚醒，程序進入到事件數組判斷循環中，當發生中斷時程序跳出循環進入中斷判斷程序，做出判斷后程序會根據中斷的具體內容分別對按鍵觸發、紅外通訊響應、數據上傳、欠壓報警、竊用報警、超小流報警、逆流報警等功能的事件標志位進行更改，更改之后跳出中斷根據標志位進行相關的事件操作；單片機被中斷喚醒時首先判斷中斷類型，如果是外部中斷再通過判斷具體哪個端口引發中斷，來設置相關功能的事件標志位，跳出中斷后主函數會根據標志位完成對應事件功能；通過外部中斷觸發的功能主要有電池電量檢測功能、按鍵響應功能、紅外通訊響應功能；當程序發生定時器中斷時，會根據一定時間間隔來執行相關功能，比較中斷時刻的時間是否與預設功能時間相同，如果相同則設置相關功能的事件標志位，跳出中斷后主函數會根據標志位完成對應事件功能；當時間達到預設的流量采集時間時，通過NB-IOT內部的超聲波水表ARM控制超聲波流量檢測模塊進行流量的采集計算；其中流速監測主要由NB-IOT模塊內部定義的超聲波水表ARM來控制超聲波流量檢測模塊驅動管段上下兩個超聲波換能器，得到兩個方向的飛行時間，然后通過NB-IOT模塊內部定義的超聲波水表ARM來進行瞬時流量及累計量的計算，接下來通過NB-IOT內部分配的超聲波水表ARM定時對溫度的采集計算進行補償，對流量值進行修正，實現流體流量的高精度計量；當時間達到預設的上傳時間時，NB-IOT調制解調器上電，并執行初始化程序，超聲波水表ARM核會根據通訊協議通過NB調制解調器上傳一條數據給云端后臺；包括超聲波ＮＢ水表所在位置的ＮＢ基站的信號強度也發送到后臺；如果程序檢測出欠壓、逆流等異?，F象，程序會進行報警并通過NB-IOT調制解調模塊上傳一條數據提醒使用者；同時在定時器中斷中每隔一段時間系統會進行一次系統內部狀態診斷，判斷各個功能單元是否正常啟動，各個拓展口是否被應用；如果有某些功能單元出現異常，超聲波水表ARM核會根據通訊協議通過NB調制解調器上傳一條數據給云端后臺通知相關人員進行維修操作；如果各功能單元正常啟動則模塊進入休眠狀態并開啟定時器，當模塊偵聽到NB基站發送來的消息或者程序設定的喚醒時間到達時模塊會被喚醒，當模組被喚醒后，各個工作單元開始工作，其中NB-IOT解調模塊對信號進行解調后通過串口線將數據傳送給定義的超聲波水表ARM進行閥門控制，定義的超聲波水表ARM提取需要計算的數據傳輸給NB調制解調器的數據接口，將數據通過數據線發送給NB調制解調器，NB調制解調器將輸出的信號經過濾波器雙工開關天線等設備發送給上位機進行解析。