[发明专利]一种用于智能水表的窄带NB-IOT通讯模组及其使用方法

权利要求书

1.本发明的特征在于智能水表MCU是由NB-IOT调制解调器的内部的一个ARM核及程序存储器、数据存储器、I/O接口等资源构成。

2.本发明的特征在于，此智能水表的全部功能由NB调制解调器内部的ARM上的资源来实现。

3.根据前述特征，本发明的特征还在于，智能水表数据传输功能由NB-IOT调制解调器的数据接口、控制接口与NB调制解调器内定义的智能水表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智能水表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来实现电压检测功能及电池电压掉电处理功能。

4.本发明的特征在于ＮＢ智能水表的直读功能以及智能水表用水量计量功能由智能水表的机械计数直读传感器与ＮＢ水表专用模组定义的智能水表ＡＲＭ中的一个串行接口及直读程序实现。

5.本发明的特征在于，智能水表利用磁传感器以及脉冲记数程序实现脉冲水表计数功能，智能水表利用ARM的一个接口及脉冲计量程序实现水表流速检测功能。

6.本发明的特征在于，当智能水表采用脉冲计数时，使用脉冲计数模块的接口及程序来实现智能水表的用水量采集、流速检测功能，利用脉冲计数模块采集的脉冲信号实现逆流检测功能。

7.本发明的特征在于，此智能水表的脉冲计量、直读计量两种计量方式可根据需要进行初始设置，或采用无线方式进行设置，从而避免了产生两种不同的ＮＢ智能水表专用模组。

8.本发明的特征在于，定义的智能水表ARM核存储器存储的超小流检测处理程序根据自来水脉冲计数接口的状态进行判断实现防窃及漏水检测功能。

9.本发明的特征在于，定义的智能水表ＡＲＭ的两个接口与阀门驱动器及阀门驱动程序实现智能水表的阀门控制功能。

10.本发明的特征还在于，智能水表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，预付金额，电池容量数据，NB信号强度数据，水流方向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。

11.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，存储在定义的智能水表ARM中。

12.本发明的特征还在于定义的智能水表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后的数据进行解密，解析，实现双向数据通讯及对定义的智能水表ARM进行控制，完成智能水表的各项功能。

13.NB-IOT调制解调器的智能水表专用模组上电后，模块首先将NB调制解调器、智能水表ARM、数据存储功能模块等相关模块及接口进行赋能初始化，初始化后各模块进入休眠状态，当使用光电直读水表时，设置定时器中断时间，定时器中断后，表头直读接口程序对机械直读器中的数据进行取，定时器中断时间可通过无线设置，也可通过程序初始化进行设置；当使用脉冲计数水表时，程序会启动外部中断检测方式，当接收到脉冲信号时，程序会发生中断，通过中断的状态计算流量。

14.得到流量后，把流量信息定时上传至网络平台，同时数据存储程序可以将用量信息存储在数据存储模块中，该信息可以保存一个月，当智能模组完成数据采集及储存后，NB调试解调器初始化程序开始执行，同时利用NB-IOT网络将采集到的用量信息上传至云平台；

程序还分别对数据上传、欠压报警、窃用报警、逆流报警等功能设置中断，中断会对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、水表机械计数器功能，脉冲计数功能，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，智能水表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，包括智能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，智能水表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智能水表ARM进行阀门控制，定义的智能水表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。