[发明专利]一种基于窄带物联网技术的智能井盖锁系统

权利要求书

1.一种基于窄带物联网技术的智能井盖锁系统，其特征在于：包括感知层、网络层和应用层；所述感知层获取井盖倾斜及开锁数据通过网络模块进行上传；所述网络层负责传递和处理感知层获取的数据，并将这些数据上传到物联网管理平台；所述应用层负责将井盖锁相关数据呈现到电脑或手机端，从而实现井盖锁通过NB-IoT网络与云服务器的远程连接，异常、开锁信息及时上传到云服务器，达到对井盖锁的实时监测；该系统包含三大部分：井盖锁终端、钥匙终端和云服务器，所述井盖锁终端主要由控制芯片、通信、电机驱动、倾斜监测模块组成，所述钥匙终端由控制芯片、NFC读写模块、语音模块和存储模块组成，井盖锁与钥匙设备之间通过NFC进行通信，实现开关锁，所述井盖锁终端包括有锁体电路，所述锁体电路由智能井盖锁终端控制芯片、NFC标签模块NB-IoT模块、电机驱动模块和电源和倾斜监测模块组成；所述钥匙终端包括有钥匙电路和软件设计，所述钥匙电路由钥匙终端控制芯片、NFC读写模块、语音模块、存储模块及USB模块和电源管理模块组成；所述软件设计由无线通信设计、开关锁软件设计、低功耗方案设计和钥匙端软件设计组成；

所述智能井盖锁终端控制芯片采用STM32L051C8T6芯片，该智能井盖锁终端控制芯片基于32位的ARM Cortex-M0+内核，最高主频为32MHz，有8KB RAM和64KB FLASH；所述NFC标签模块中的M24LR04是无线存储器芯片，工作频率为13.56 MHz，该无线存储器芯片拥有4Kbit EEPROM，具有支持ISO15693和ISO18000-3协议标准的射频通信接口和400 Kb/s速率的标准IIC串行有线接口，可通过无线射频接口模式和有线IIC接口模式两种方式对NFC标签读写；

所述NB-IoT模块采用稳恒科技生产的WH-NB73模块，该NB-IoT模块基于华为Boudica120芯片，支持3GPP Release 13标准协议，工作在B5频段，支持IP、UDP和CoAP三种协议，相较于GPRS，有20dB的信号强度增益，并且Boudica 120芯片集成了AP+CP+SP三个ARM内核；所述电机驱动模块采用直流减速电机，配合特定的机械结构实现开关锁的，驱动芯片为MX113L芯片，MX113L芯片的工作电压为2V-8V且待机电流小于0.1uA，能够满足低功耗的需求，驱动电路必须添加对地去耦电容C20；

整个锁体电路采用3.6V ER34615型锂电池供电，由于MCU和NFC标签需要3.3V电压，故通过低压差线性稳压器输出固定3.3V电压，倾斜监测采用BL-108 20度倾斜滚珠开关，接智能井盖锁终端控制芯片GPIO口，当倾斜度数超过20度时，为通路状态，能够实现360度全方向倾斜触发；

所述钥匙终端控制芯片采用意法半导体公司设计的STM32F103C8T6芯片，该钥匙终端控制芯片内核为Cortex-M3，最高工作频率为72MHz，拥有最多80个IO接口、两个IIC接口、三个USART接口和两个SPI接口，能够满足设计需要，外部晶振为8MHz，采用SWD调试方式；

所述NFC读写模块采用意法半导体公司设计的CR95HF-VMD5T芯片，采用SPI方式与智能井盖锁终端控制芯片通信；

所述语音模块采用SYN6288芯片，SYN6288通过异步串口通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换；

所述存储模块分为FLASH存储芯片和EEPROM存储芯片，EEPROM用来存放易变信息；FLASH用来存放权限和日志信息，FLASH采用W25Q32芯片；USB模块主要实现通过串口实现PC与智能井盖锁终端控制芯片之间的通信；

所述无线通信设计中的NB-IoT模块负责井盖锁终端和应用服务器之间的通信问题，NB-IoT模块配置通过AT指令完成，主要包括初始化USIM卡，搜索网络信号、绑定IP地址、建立数据链接；

所述开关锁软件设计中的开关锁是由电机驱动机械结构实现的，锁体与钥匙设备之间通过NFC读写模式进行通信，采用ISO 15693标准协议，NFC技术经过侦测标签，读取标签和数据处理；

所述低功耗方案采用STM32L051C8T6芯片作为智能井盖锁终端电路控制芯片，STM32L051系列是低功耗芯片，STOP模式下最大待机电流仅为0.8uA，并且3.5us即可被唤醒，采用终端无数据传输时，将除SWD调试接口外的所有IO设置成模拟输入模式，关闭所有外设的时钟，然后智能井盖锁终端电路控制芯片进入STOP模式；唤醒采用RTC定时唤醒或外部中断唤醒，唤醒后重新配置要使用的IO和外设，发送数据；

所述钥匙端软件设计通过对钥匙端主要进行校对权限实现开关锁，权限信息存储在FLASH芯片的Block0和Block1中，日志信息存储在Block2-Block62中，EEPROM用来存储日志和权限数量，电脑端通过串口助手可对钥匙的权限进行修改，以及将日志上传到电脑；

所述云服务器应用层软件采用Java语言开发，工程由主流的Spring+SpringMVC+Mybatis框架搭建，软件接入百度地图，将每个智能锁安装的位置标注在地图上，鼠标点击标识点可以显示该智能锁的电量和网络信号信息，并且设置标识点颜色表示智能锁正常工作、电量不足和掉线三种状态；

应用层主要包括以下各模块：

1）授权中心：负责添加钥匙设备，并对钥匙开锁进行授权；

2）站点管理：根据窖井的类型或者分布区域对井盖进行分类或分区管理，方便管理人员查看分管的井盖；

3）锁具中心：包含钥匙管理和智能锁管理两部分，主要负责对井盖锁和钥匙设备进行删除和重命名，以及显示钥匙授权信息；

4）消息中心：包括授权消息列表、设备信息和开关锁日志三种消息，授权消息列表主要包含授权钥匙设备、授权锁具、授权开始和结束时间；设备信息负责显示井盖的状态信息包括信号、电量是否倾斜信息；开关锁信息是对每次开锁、关锁的时间和钥匙设备进行记录。