一种双卡双待的NB仪表系统的制作方法

本发明涉及一种双卡双待的nb仪表系统。

背景技术：

随着智慧城市建设、物联网、大数据管理等概念的兴起，水、电、气、热多表合一，远程采集作为智慧城市建设的基础服务也是发展迅速，势在必行。由于水务行业表计类型多种多样，使用场景各不相同，加上远传规范尚不统一，也就导致了市场上出现了各种通讯技术。

新一代的窄带物联网(nb-iot)技术也被越来越多的行业广泛应用。nb-iot全称为(narrowbandinternetofthings，nb-iot)，它是在3gpprelease13立项的基础上应用于低功耗广域网(lpwa)市场的蜂窝网络技术，只消耗约180khz带宽，直接部署于gprs网络，umts网络或lte网络，可降低部署成本、实现平滑升级。

上述nb-iot技术具有广覆盖特点，但是广覆盖特点是针对传统的gsm网络来说的，但作为物联网领域某些特殊环境来说“广覆盖”还不够。比如水表安装环境地下管井，地下室、农村区域等。就目前三家电信运营商nb网络部署来看，都还集中在重点城市区域，即便是北京这样的城市，nb网络盲区还是存在，nb网络优化还在不断改进中。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，提出了如下技术方案。实现上述目的的技术方案如下：

一种双卡双待的nb仪表系统，包括nb仪表、控制系统，所述控制系统与nb仪表信号连接或电连接，所述控制系统控制nb仪表的开启、关闭，所述控制系统包括微控制器芯片电路、电源接口电路、双卡双待切换电路、球阀驱动电路、脉冲采样电路和磁触发开关电路；

其中，所述电源接口电路与微控制器芯片电路连接，所述电源接口电路为微控制器芯片提供能源；

所述双卡双待切换电路与微控制器芯片电连接，所述双卡双待切换电路实现nb仪表的开启和关闭；

所述球阀驱动电路与微控制器芯片电连接，所述球阀驱动电路驱动nb仪表的阀门开启或者关闭；

所述脉冲采样和磁触发开关电路分别与微控制器芯片电连接，所述脉冲采样电路用于监测nb仪表的走水情况，并向磁触发开关电路发送信号，当nb仪表走水时，所述磁触发开关电路根据脉冲采样电路信号反馈的信息实现nb仪表的关闭。

所述双卡双待切换电路是本发明最主要的电路之一，其包括nb模组芯片u3、esim芯片一u4-ka1、cesdlc3v0j4芯片、esim芯片二u5-ka2、三极管、mos三极管q2、天线uf.l-r-smt；其中所述nb模组芯片的txd引脚与微控制器芯片的pb10引脚建立连接，所述nb模组芯片的rxd引脚与微控制器芯片的pb11引脚建立连接，

所述nb模组芯片的dbgrxd引脚、dbgtxd引脚分别与p5芯片的引脚2、引脚1对应连接，

所述nb模组芯片的两个vbat引脚分别与mos三极管q2连接，所述mos三极管的基极与微控制器的pa4引脚连接，所述nb模组芯片的af-ant引脚与天线连接；

所述cesdlc3v0j4芯片的d1引脚与nb模组芯片的simvdd引脚连接，所述d2引脚分别与esim芯片一的i/o引脚、esim芯片二的i/o引脚对应连接，

d3引脚分别与esim芯片一的rst引脚、esim芯片二的rst引脚建立连接，

所述d4引脚分别与esim芯片一的clk引脚、esim芯片二的clk引脚连接。

水表通过走水采样电路实现记录用户用水数据，并保存在主芯片(微控制器芯片)存储器中，然后选择不同的运营商网络通过nb模组上传到平台，同时可根据需求实现开关阀门及定期检测电源电压情况，通过nb模组可以把阀门信息和电压信息即时上传至平台或应用系统。

本发明可同时在电信和移动网络下工作，且不限与电信和移动两家运营商之间切间nb网络，能够最大限度的保障水表连网，提高数据上传到平台的成功率。

附图说明

图1为微控制器芯片及其电源接口电路示意图；

图1-1为图1的局部放大图；

图2为双卡双待切换电路示意图；

图2-1为图2的局部放大图；

图2-2为图2的局部放大图；

图3为球阀驱动电路；

图3-1为图3的局部放大图；

图3-2为图3的局部放大图；

图4为脉冲采样电路示意图；

图5为磁触发开关电路示意图；

图6为指示灯电路示意图：

图7为本发明整体示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明。

图中，双卡双待的nb仪表系统包括nb仪表、控制系统，所述控制系统与nb仪表信号连接或电连接，所述控制系统控制nb仪表的开启、关闭，所述nb仪表为nb水表。

所述控制系统包括微控制器芯片电路、电源接口电路、双卡双待切换电路、球阀驱动电路、脉冲采样电路和磁触发开关电路；

其中，所述电源接口电路与微控制器芯片电路连接，所述电源接口电路为微控制器芯片提供电源；

所述微控制器芯片电路包括微控制器芯片u1；所述电源接口电路包括电源稳压模块；所述电源稳压模块与电源连接，所述电源稳压模块的vout引脚分别与微控制器芯片u1的vddio2引脚、vdda引脚、三根vdd引脚电连接；所述电源稳压模块的vint引脚与电源的信号输入端连接。

优选电源稳压模块的型号为bl8558-30-sb,所述电源稳压模块采用3.6v电池作为电源，通过电源稳压模块ldo稳压到3.0v给微控制器芯片u1供电，电源有防反接保护电路、电源稳压电路和滤波电路。

优选微控制器芯型号为stm32l051c8t6；该芯片为低功耗芯片，具有48个引脚封装，引脚功能丰富、性价比高。

所述双卡双待切换电路与微控制器芯片u1电连接，所述双卡双待切换电路实现nb仪表的开启和关闭；

其中所述双卡双待切换电路包括nb模组芯片u3、esim芯片一u4-ka1、cesdlc3v0j4芯片、esim芯片二u5-ka2、三极管q4、mos三极管q2；其中所述nb模组芯片的txd引脚与微控制器芯片u1的pb10引脚建立连接，所述nb模组芯片的rxd引脚与微控制器芯片u1的pb11引脚建立连接，所述nb模组芯片的dbgrxd引脚、dbgtxd引脚分别与p5芯片的引脚2、引脚1对应连接，所述nb模组芯片的两个vbat引脚分别与mos三极管q2连接，所述三极管q4的集电极与mos三极管q2连接，所述三极管q4的基极与微控制器的pa4引脚连接，所述nb模组芯片的af-ant引脚与天线uf.l-r-smt连接；所述cesdlc3v0j4芯片(u6)的d1引脚与nb模组芯片u3的simvdd引脚连接，所述d2引脚分别与u4-ka1芯片的i/o引脚、esim芯片二u5-ka2的i/o引脚对应连接，d3引脚分别与u4-ka1芯片的rst引脚、esim芯片二u5-ka2的rst引脚建立连接，所述d4引脚分别与esim芯片一u4-ka1的clk引脚、esim芯片二u5-ka2的clk引脚连接。

双卡双待切换电路的esim芯片一u4-ka1(卡一)、esim芯片二u5-ka2(卡二)可以分别控制，通过微控制器芯片u1导通或截止q5、q6两个三极管实现卡一与卡二的切换。

所述球阀驱动电路与微控制器芯片u1电连接，所述球阀驱动电路驱动nb仪表的阀门开启或者关闭；

所述球阀驱动电路包括ht7126a芯片、jfa芯片；所述ht7126a芯片的inb引脚与微控制器芯片u1的pb13引脚连接，所述ina引脚与微控制器芯片u1的pb0引脚连接，所述outb引脚与jfa芯片的引脚5连接，所述gnd引脚用于接地，所述vcc引脚与电源连接，所述vm引脚与芯片u2，型号为bl8558-30-sb芯片信号输入端连接，所述outa引脚与jfa芯片的引脚4连接；jfa芯片的引脚1与微控制器的pb12引脚连接，jfa芯片的引脚2用于接地，jfa芯片的引脚3与微控制器的pb1引脚连接。

采用国产的阀门驱动芯片来驱动水表阀门。该芯片阀门驱动电源vm和工作电压vcc都具有比宽的电压范围。最大驱动电流达2.8a，静态功耗50na,能够满足常用的小口径水表阀门。代替原来的分立原件驱动电路，降低成本，同时减少故障点。

所述脉冲采样和磁触发开关电路分别与微控制器芯片u1电连接，所述脉冲采样电路用于监测nb仪表的走水情况，并向磁触发开关电路发送信号，当nb仪表走水时，所述磁触发开关电路根据脉冲采样电路信号反馈的信息实现nb仪表的关闭。

所述脉冲采样电路包括采样传感器接口p3，所述采样传感器接口p3的引脚2与微控制器芯片u1的pb3引脚建立连接，所述采样传感器接口p3的引脚1与微控制器芯片u1的pb2引脚建立连接，同时采样传感器接口p3的引脚1还接地；所述磁触发开关包括开关s1，所述开关s1与微控制器芯片u1的pb4引脚建立连接，同时开关s1通过导线分别与电源稳压模块的vout引脚、地线连接；

当水表走水触发脉冲信号时，cai1或cai2会连接到vcc3.0从而产生高电平，触发单片机(微控制器芯片u1，即stm32l051c8t6)监测，从而实现了走水数据的采集。

所述磁触发开关电路包括开关，磁触发开关即为干簧管触开关，所述开关与微控制器芯片u1的pb4引脚建立连接。

所述指示灯电路显示控制系统的工作情况，当指示灯电路在工作状态下，表明控制系统工作正常，所述指示灯电路包括二极管d2、三极管q3，所述二极管d2的负极与三极管q3的集电极电连接，所述二极管d2的负极与电源3.6连接；所述三极管q3的发射极与电源连接，所述三极管q3的基极与微控制器芯片u1pb08引脚连接。

本发明中还包括低功耗电源电压检测电路，所述低功耗电源电压检测电路与微控制器芯片u1信号连接或电连接，所述低功耗电源电压检测微控制器芯片u1的电源电压，用电压检测完毕后，所述低功耗电源电压检测断开电源电路与微控制器芯片u1之间的电连接。

本发明中还能够设置编程接口、nb模块调试接口和预留串口，所述编程接口用于控制系统的修改；所述nb模块调试接口用于调试nb仪表的工作情况；所述预留串口用于外部插口的连接。

当需要检测电源电压时，通过置高v_con引脚(图1电压监控电路部分)导通mos管(图1电压监控电路q1)，从而v_in引脚通过adc(主芯片pa0引脚)采样电压。当电压检测完毕，则复位v_con引脚关闭mos管，从而断开电路避免持续的电流损耗。

双卡双待切换电路实现了双卡双待的硬件切换(硬件切换就是指控制开关的启闭)，为软件自动选择提供了可能性，nb仪表程序通过控制硬件开关实现自动选择网络，即不需要人工干预，程序自己选择。同时通过esim芯片选择开关可以关闭不工作的esim芯片，从而降低功耗。整个nb仪表pcb设计遵循低功耗设计，可以使双卡双待nb仪表电池使用年限达到行业要求。

本发明在三次上传数据失败后可以重新选择运营商nb网络，这样就实现了根据网络信号或者网络拥塞情况来自动选择网络，从而大大提高了nb仪表上传数据的成功率。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。