[发明专利]一种用于超声波水表的窄带NB-IOT通讯模组及其使用方法

权利要求书

1.本发明的特征在于超声波水表MCU是由NB-IOT调制解调器的内部分配的一个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，此超声波水表NB专用模组的超声波水表的全部功能：液晶显示功能，超声时差测量模块功能，温度采集功能，红外通讯功能，按键响应功能等的全部功能都由NB调制解调器内分配的ARM上的芯片内资源来实现。

3.根据前述特征所述，本发明的特征在于，超声波水表红外通讯接口功能由NB-IOT调制解调器芯片中分配的ARM定义I/O口作相应数据接口及控制接口、同芯片上内嵌的红外通讯协议及程序功能模块来完成实现红外通讯功能。

4.本发明的特征在于，由NB调制解调器芯片中分配的ARM定义一个I/O口与电压检测器相连配合电压过低处理程序，实现电压检测功能及电池电压掉电处理功能。

5.本发明的特征在于，NB调制解调器芯片内分配的ARM定义一组I/O接口与NB-IOT超声波水表的超声时差检测模块的数据接口，控制接口相连，根据内嵌的程序实现超声波流量检测模块，实现采集用户用水计量、流速监测功能，以及逆流检测功能。

6.本发明的特征在于ＮＢ调制解调器超声波水表专用模组由ＮＢ调制解调器芯片内分配的ＡＲＭ定义了一组I/O口作为液晶驱动接口，通过内嵌的液晶驱动程序，液晶显示器，实现液晶数据显示功能，用于显示，流速、流量、温度等数据。

7.本发明的特征还在于定义了两个阀门控制IO口，配合内嵌的阀门程序，用于控制阀门的开关。

8.本发明的特征在于，定义的超声波水表ＡＲＭ的一个I/O口及按键响应处理程序实现对超声波水表工作模式的切换及液晶的轮显切换功能。

9.本发明的特征还在于定义了存储模块控制IO口，配合NB模块内部分配的ARM中内嵌程序实现重要数据的存储。

10.本发明的特征还在于定义了可扩展功能IO口，方便未来功能拓展。

11.本发明的特征还在于，超声波水表ARM核中的程序存储器的数据处理传输程序，将累计用水数据，用水流量数据，计量计费数据，阶梯用量阶梯价格数据，预费金额，电池容量数据，NB信号强度数据，超小流状态、水流方向及温度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,而是按超声波水表通讯协议进行加密，该项功能由数据加密算法实现，存储在定义的超声波水表ARM中。

13.本发明的特征还在于定义的超声波水表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水表ARM进行控制，完成超声波水表的各项通讯功能。

14.模块上电后由NB-IOT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水表ARM首先执行初始化程序，分别包括超声波水表流量检测模块初始化，数据存储功能模块初始化、电池电量检测功能模块初始化，红外通讯模块初始化，液晶显示部分初始化，按键处理模块初始化；

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按键触发、红外通讯响应、数据上传、欠压报警、窃用报警、超小流报警、逆流报警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、按键响应功能、红外通讯响应功能；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；当时间达到预设的流量采集时间时，通过NB-IOT内部的超声波水表ARM控制超声波流量检测模块进行流量的采集计算；其中流速监测主要由NB-IOT模块内部定义的超声波水表ARM来控制超声波流量检测模块驱动管段上下两个超声波换能器，得到两个方向的飞行时间，然后通过NB-IOT模块内部定义的超声波水表ARM来进行瞬时流量及累计量的计算，接下来通过NB-IOT内部分配的超声波水表ARM定时对温度的采集计算进行补偿，对流量值进行修正，实现流体流量的高精度计量；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，超声波水表ARM核会根据通讯协议通过NB调制解调器上传一条数据给云端后台；包括超声波ＮＢ水表所在位置的ＮＢ基站的信号强度也发送到后台；如果程序检测出欠压、逆流等异常现象，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，超声波水表ARM核会根据通讯协议通过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水表ARM进行阀门控制，定义的超声波水表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。