[发明专利]一种用于超声波燃气表的窄带NB-IOT通讯模组及其使用方法在审
申请号: | 201711119800.5 | 申请日: | 2017-11-14 |
公开(公告)号: | CN109798947A | 公开(公告)日: | 2019-05-24 |
发明(设计)人: | 郑孚;张伟;初勇 | 申请(专利权)人: | 辽宁思凯科技股份有限公司 |
主分类号: | G01F15/06 | 分类号: | G01F15/06;H04B1/40;H04W12/02;G08C17/02 |
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地址: | 118008 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 超声波燃气表 报警模块 通讯模组 燃气表 窄带 安全智能模块 阀门控制模块 数据通讯协议 信息处理模块 超声波计量 燃气报警器 反向安装 计费模块 检测信号 模块程序 燃气使用 通讯功能 覆盖面 连接数 体积小 物联网 功耗 模组 气价 芯片 清晰 拓展 | ||
1.本发明的特征在于超声波燃气表MCU是由NB-IOT调制解调器的内部的一个ARM核及程序存储器、存储器数组I/O接口等资源构成。
2.本发明的特征在于,此超声波燃气表的全部功能由NB调制解调器内的ARM上的资源来实现。
3.根据前述特征所述,本发明的特征在于,超声波燃气表数据传输功能由NB-IOT调制解调器的数据接口、控制接口与NB调制解调器内ARM定义的超声波燃气表ARM的一个数据接口一个控制接口,以及通讯协议和程序构成,实现通讯控制与数据传输功能;电压电量检测功能由定义的超声波燃气表ARM核中的一个数据接口与电压检测器及电压过低处理程序构成,实现电压检测功能及电池电压掉电处理功能;超声波计量功能由定义的超声波燃气表ARM核中的多个数据接口与超声波计量模块连接及通讯处理程序构成,实现超声波计量功能;阀门控制功能,由定义的超声波燃气表ARM核中的一个接口定义为阀门驱动接口与阀门驱动器相连,由阀门控制程序实现阀门的开关功能。
4.本发明的特征在于,超声波燃气表计量功能模块由定义的超声波燃气表ARM存储器中存储在程序存储器的计量处理程序和时差法超声波计量模块I/O接口完成对计量模块的通讯来实现超声波计量功能。
5.本发明的特征在于,超声波燃气表IC卡取读功能模块由定义的超声波燃气表ARM存储器中存储在程序存储器的IC卡读写程序和定义的IC卡I/O接口完成对IC卡的读写来实现预付费功能,该功能也可由上述I/O接口相联的NFC芯片及程序实现。
6.本发明的特征在于定义的超声波燃气表ARM核中的一个I2C接口定义成显示接口与液晶驱动器,液晶显示器相联,在显示驱动程序驱动下用于显示物联网超声波燃气表的用气量,瞬时流量,预付费金额,阶梯气价,阀门状态,电池容量,NB网络信号强度信息等显示功能。
7.本发明的特征在于定义的超声波燃气表ARM核中一个I/O接口定义为燃气漏气报警器接口与燃气漏气报警器相联,由燃气漏气报警处理程序一起实现漏气报警功能。
8.本发明的特征在于,定义的超声波燃气表ARM核存储器存储的窃气处理程序根据温度补偿后表内介质的声速值变化进行窃气判断实现防窃功能。
9.本发明的特征在于,定义的超声波燃气表ARM核存储器存储的检测信号当量处理程序根据通讯获得的计量数据计算进行判断后驱动LED电路工作实现检测信号当量的输出功能。
10.本发明的特征在于,定义的超声波燃气表ARM核存储器存储的反向安装报警程序根据超声波上下游飞行时间值进行判断实现反向安装的报警功能。
11.本发明的特征还在于,定义的超声波燃气表ARM核中的程序存储器的数据处理传输程序,将累计用气数据,用气流量数据,瞬时流量数据,计量计费数据,阶梯用量阶梯价格数据,预费金额,阀门状态数据,电池容量数据,NB信号强度数据,漏气报警器状态,窃气状态,反向安装状态等数据通过数据安全加密解密功能模块对数据进行加密,打包,通过 NB调制解调器,按照NB协议进行无线信号调制由功放天线,将数据线无线网络传输到后台,实现表具数据传输功能。
12.本发明的特征还在于数据安全加密解密功能模块的加密机制有别于NB调制解调器的数据空口加密安全机制,而是按燃气通讯协议进行加密,该项功能由数据加密算法实现,存储在定义的超声波燃气表ARM中。
13.本发明的特征还在于定义的超声波燃气表ARM核中的存储器存储的数据接收处理程序将NB调制解调器从天线接收的无线网络发来的无线信号进行解调的数据进行解密,解析,实现双向数据通讯及对定义的超声波燃气表ARM进行控制,完成超声波燃气表的各项功能。
14.模块上电后由NB-LOT芯片上的ARM芯片完成NB调制解调器的初始化,处于NB调制解调器的就绪状态,并且模块上电后定义超声波燃气表ARM首先执行初始化程序,分别包括数据存储功能模块初始化、电池电量检测功能模块初始化、燃气表计量功能模块通讯串口初始化、IC卡读取功能模块初始化、燃气使用安全监测功能模块初始化,燃气报警器接信息处理功能模块初始化,液晶模块初始化;初始化程序执行完毕后执行系统时钟配置程序,经过系统时钟配置完成内部需要时钟功能、端口初始化完成各个功能所需端口配置、看门狗定时器定时设置、外部存储器初始化及读取参数;
之后单片机进入开启全局中断低功耗状态等待中断唤醒,程序进入到事件数组判断循环中,当发生中断时程序跳出循环进入中断判断程序,做出判断后程序会根据中断的具体内容分别对计量数据采集、数据上传、欠压报警、窃器报警、反向安装报警、漏气报警、开关阀门等功能的事件标志位进行更改,更改之后跳出中断根据标志位进行相关的事件操作;
单片机被中断唤醒时首先判断中断类型,如果是外部中断再通过判断具体哪个端口引发中断,来设置相关功能的事件标志位,跳出中断后主函数会根据标志位完成对应事件功能;
通过外部中断触发的功能主要有电池电量检测功能、燃气表超声波计量串口通讯功能、IC卡读取功能、燃气使用安全监测功能、窃气报警功能;
当程序发生定时器中断时,会根据一定时间间隔来执行相关功能,比较中断时刻的时间是否与预设功能时间相同,如果相同则设置相关功能的事件标志位,跳出中断后主函数会根据标志位完成对应事件功能;
当时间达到预设的上传时间时,NB-IOT调制解调器上电,并执行初始化程序,超声波燃气表ARM核会接着通讯协议通过NB调制解调器上传一条数据给云端后台;
如果程序检测出欠压、窃气、漏气等异常现象时,程序会进行报警并通过NB-IOT调制解调模块上传一条数据提醒使用者;
同时在定时器中断中每隔一段时间系统会进行一次系统内部状态诊断,判断各个功能单元是否正常启动,各个拓展口是否被应用;
如果有某些功能单元出现异常,超声波燃气表ARM核会接着通讯协议通过NB调制解调器上传一条数据给云端后台通知相关人员进行维修操作;
如果各功能单元正常启动则模块进入休眠状态并开启定时器,当模块侦听到NB基站发送来的消息或者程序设定的唤醒时间到达时模块会被唤醒,当模组被唤醒后,各个工作单元开始工作,其中NB-IOT解调模块对信号进行解调后通过串口线将数据传送给定义的超声波燃气表ARM进行阀门控制,定义的超声波燃气表ARM提取需要计算的数据传输给NB调制解调器的数据接口,将数据通过数据线发送给NB调制解调器,NB调制解调器将输出的信号经过滤波器双工开关天线等设备发送给上位机进行解析。
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