本实用新型涉及一种数传模块，尤其涉及一种基于多模通讯的低功耗仪表数传模块。
背景技术：
数传模块能帮助各个独立的仪器仪表的数据远传通信，最终可以进入互联网，进而帮助用户完成相关数据采集、分析和管理。目前已有的数传模块，一般采用zigbee、蓝牙、wifi、Z-Wave、小无线433等局域网技术，因此无法满足传输距离远的应用要求，如公共设施、大兴仓库、智能制造等；而LoRa、SIGFOX等低功耗广域网技术又工作于非授权频道，存在频谱干扰以及安全性等问题；而GPRS长连接技术，功耗高，而且高峰期间运营商基站常常因通讯压力大而导致信号不稳定，在地下室等区域GPRS因穿透能力弱会造成不能通信。
技术实现要素：
本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种基于多模通讯的低功耗仪表数传模块，其多模合一，能根据蜂窝网络情况自动切换到信号稳定的通信方式，保证通信的稳定性，从而确保仪表数据远传通信的顺利进行，同时能优先选择低功耗的通信网络，达到低功耗运行的目的。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括中央处理单元、按键单元、多模合一移动数据传输单元、状态指示灯单元、通讯接口和为整个数传模块提供工作电压的电源单元，按键单元、多模合一移动数据传输单元、状态指示灯单元及通讯接口分别和所述的中央处理单元相连。用户可通过多种通讯接口，如USART、I2C、SPI等通讯接口，将本数传模块和仪表相连接，然后通过简单的应用协议，就可以唤醒多模合一移动数据传输单元，然后通过当前通讯接口可读取当前网络状态，若当前为低功耗网络状态，即NB-IOT网络或eMTC网络正常，则优先使用低功耗网络进行连接，否则使用GPRS网络进行连接。本技术方案通过网络判断机制，可实现不同网络的切换，保证网络连接的稳定性，从而确保仪表数据远传通信的顺利进行，同时优先选择低功耗网络进行连接，达到低功耗的目的。
作为优选，所述的中央处理单元包括单片机U1，单片机U1采用STM32L052C8单片机；所述的按键单元包括按键S1，所述的状态指示灯单元包括发光二极管D2和发光二极管D3；按键S1的2脚接地，按键S1的1脚，一路和单片机U1的5脚相连，另一路经电容C21接地，还有一路经电阻R17接电压AVCC/DVCC；发光二极管D2及发光二极管D3的正极均接电压AVCC/DVCC，发光二极管D2的负极经电阻R21和单片机U1的27脚相连，发光二极管D3的负极经电阻R22和单片机U1的26脚相连，单片机U1的3脚和4脚之间连接有晶振X，单片机U1的3脚、4脚分别经电容C25、电容C28接地，单片机U1的7脚经电容C24接地，单片机U1的8脚、23脚、35脚、44脚及47脚接地，单片机U1的9脚、24脚、36脚及48脚接电压AVCC/DVCC，单片机U1的41脚、39脚、20脚、21脚、22脚及42脚分别和所述的多模合一移动数据传输单元相连。电路简单，实现方便，性能稳定。当用户点击按键时，原本按键接口的高电平信号被拉低成低电平信号，单片机检测到该低电平信号则进行联网的逻辑判断和处理。中央处理单元通过I0口与各个单元相连，是数传模块的控制中心，其主要的逻辑功能为：控制多模合一移动数据传输单元的联网行为，其会通过串口发送指令从多模合一移动数据传输单元读取当前网络状态，若当前低功耗网络状态即NB-IoT网络或eMTC网络正常，则通过指令让其优先进行该网络的连接，否则通过指令使用GPRS网络连接。同时可控制多模合一移动数据传输单元的6PS定时定位逻辑功能；对多模合一移动数据传输单元发送过来的字符格式的数据进行解析，得到的结果以HEX格式发送给仪表的主控单元，同时对仪表主控单元发送过来的HEX数据进行字符转码，然后通过多模合一移动数据传输单元发出。状态指示灯单元指示通讯状态和数传模块的工作状态。
作为优选，所述的通讯接口包括接口SPI、接口USART和接口I2C；接口SPI的1脚接地，接口SPI的6脚接电压AVCC/DVCC，接口SPI的2脚～5脚分别和单片机U1的14脚～17脚相连；接口USART的4脚接地，接口USART的1脚接电压AVCC/DVCC，接口USART的2脚、3脚分别和单片机U1的30脚、31脚相连；接口I2C的4脚接地，接口I2C的1脚接电压AVCC/DVCC，接口I2C的2脚、3脚分别和单片机U1的32脚、33脚相连。
作为优选，所述的多模合一移动数据传输单元包括多模合一移动数据传输模块U2和SIM卡单元，多模合一移动数据传输模块U2采用C1100通讯模块；多模合一移动数据传输模块U2的1脚、2脚及3脚均接电压VBAT-C1100，电压VBAT-C1100和二极管ZD1的负极相连，二极管ZD1的正极接地，二极管ZD1上并联有电容C12～电容C16，多模合一移动数据传输模块U2的4脚、6脚、15脚、20脚、21脚、31脚、43脚、44脚、46脚、52脚、54脚、60脚、61脚、63脚、64脚及73脚均接地，多模合一移动数据传输模块U2的9脚经电阻R16和单片机U1的40脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的12脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端经电平转换电路和单片机U1的39脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的5脚、12脚、13脚、23脚、24脚及74脚分别经电平转换电路和单片机U1的41脚、39脚、20脚、21脚、22脚及42脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的53脚、62脚分别和全球卫星导航系统天线J1、主天线J2相连，多模合一移动数据传输模块U2的77脚～80脚分别和所述的SIM卡单元相连。C1100通讯模块是一款eMTC/NB-IOT/GPRS无线通信模块，它同时支持GPS定位导航服务。C1100通讯模块的低功耗、高性能特点使其特别适合物联网终端的无线连接。C1100通讯模块可连接NB-IOT网络、eMTC网络和GPRS网络，通过判断当前网络状态并将状态信息返回给中央处理单元，让中央处理单元选择合适的网络进行联网。同时C1100通讯模块兼具GPS模块，实现定位功能。
作为优选，所述的SIM卡单元包括SIM卡U3，SIM卡U3采用M2M SIM卡，SIM卡U3的1脚接地，SIM卡U3的2脚和3脚相连并且经电阻R5和多模合一移动数据传输模块U2的78脚相连，SIM卡U3的2脚和稳压管ESD3的负极及电容C7的一端相连，稳压管ESD3的正极及电容C7的另一端接地，多模合一移动数据传输模块U2的78脚和80脚之间连接有电阻R3；多模合一移动数据传输模块U2的77脚经电阻R4和SIM卡U3的6脚相连，SIM卡U3的6脚和稳压管ESD6的负极及电容C11的一端相连，稳压管ESD6的正极及电容C11的另一端接地；多模合一移动数据传输模块U2的79脚经电阻R6和SIM卡U3的7脚相连，SIM卡U3的7脚和稳压管ESD4的负极及电容C10的一端相连，稳压管ESD4的正极及电容C10的另一端接地；多模合一移动数据传输模块U2的80脚和SIM卡U3的8脚相连，SIM卡U3的8脚和稳压管ESD5的负极及电容C8、电容C9的一端相连，稳压管ESD5的正极及电容C8、电容C9的另一端接地。本技术方案实现数传模块体积最小化。
作为优选，所述的电平转换电路包括三极管Q1～三极管Q5；多模合一移动数据传输模块U2的5脚和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极和单片机U1的41脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的12脚和三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极既经电阻R14接电压AVCC/DVCC又和单片机U1的39脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的74脚和三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极和单片机U1的42脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的13脚经电阻R13和三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极和多模合一移动数据传输模块U2的24脚相连，三极管Q2的集电极，一路经电阻R9接电压AVCC/DVCC，另一路经电阻R8和单片机U1的20脚相连，还有一路和单片机U1的22脚相连；单片机U1的21脚和三极管Q1的发射极相连，三极管Q1的基极和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端既经电阻R10接电压AVCC/DVCC又经电阻R11和单片机U1的20脚相连，三极管Q1的集电极既和多模合一移动数据传输模块U2的23脚相连又经电阻R7和多模合一移动数据传输模块U2的13脚相连。
本实用新型的有益效果是：利用多模合一移动数据传输单元多模合一的特点，无需单独设置NB-IOT模块、eMTC模块、GPRS模块和GPS模块，简化线路，提高可靠性，也节省成本。通过网络判断机制，可实现不同网络的切换，保证网络的稳定性，从而确保仪表数据远传通信的的顺利进行，同时能优先选择低功耗的通信网络，达到低功耗运行的目的。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。
图2是本实用新型中中央处理单元、按键单元、状态指示灯单元、通讯接口的一种电路原理图。
图3是本实用新型中电平转换电路的一种电路原理图。
图4、图5是本实用新型中多模合一移动数据传输单元的一种电路原理图。
图中1.中央处理单元，2.按键单元，3.多模合一移动数据传输单元，4.状态指示灯单元，5.通讯接口，6.电源单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于多模通讯的低功耗仪表数传模块，如图1所示，包括中央处理单元1、按键单元2、多模合一移动数据传输单元3、状态指示灯单元4、通讯接口5和为整个数传模块提供工作电压的电源单元6，按键单元2、多模合一移动数据传输单元3、状态指示灯单元4及通讯接口5分别和中央处理单元1相连。
如图2所示，中央处理单元1包括单片机U1，单片机U1采用STM32L052C8单片机；按键单元2包括按键S1，状态指示灯单元4包括发光二极管D2和发光二极管D3；通讯接口5包括接口SPI、接口USART和接口I2C。按键S1的2脚接地，按键S1的1脚，一路和单片机U1的5脚相连，另一路经电容C21接地，还有一路经电阻R17接电压AVCC/DVCC；发光二极管D2及发光二极管D3的正极均接电压AVCC/DVCC，发光二极管D2的负极经电阻R21和单片机U1的27脚相连，发光二极管D3的负极经电阻R22和单片机U1的26脚相连，单片机U1的3脚和4脚之间连接有晶振X，单片机U1的3脚、4脚分别经电容C25、电容C28接地，单片机U1的7脚经电容C24接地，单片机U1的8脚、23脚、35脚、44脚及47脚接地，单片机U1的9脚、24脚、36脚及48脚接电压AVCC/DVCC，单片机U1的41脚、39脚、20脚、21脚、22脚及42脚分别和多模合一移动数据传输单元3相连。接口SPI的1脚接地，接口SPI的6脚接电压AVCC/DVCC，接口SPI的2脚～5脚分别和单片机U1的14脚～17脚相连；接口USART的4脚接地，接口USART的1脚接电压AVCC/DVCC，接口USART的2脚、3脚分别和单片机U1的30脚、31脚相连；接口I2C的4脚接地，接口I2C的1脚接电压AVCC/DVCC，接口I2C的2脚、3脚分别和单片机U1的32脚、33脚相连。
如图3、图4、图5所示，多模合一移动数据传输单元3包括多模合一移动数据传输模块U2和SIM卡单元，多模合一移动数据传输模块U2采用C1100通讯模块；SIM卡单元包括SIM卡U3，SIM卡U3采用M2M SIM卡。多模合一移动数据传输模块U2的1脚、2脚及3脚均接电压VBAT-C1100，电压VBAT-C1100和二极管ZD1的负极相连，二极管ZD1的正极接地，二极管ZD1上并联有电容C12～电容C16，多模合一移动数据传输模块U2的4脚、6脚、15脚、20脚、21脚、31脚、43脚、44脚、46脚、52脚、54脚、60脚、61脚、63脚、64脚及73脚均接地，多模合一移动数据传输模块U2的9脚经电阻R16和单片机U1的40脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的12脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端经电平转换电路和单片机U1的39脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的5脚、12脚、13脚、23脚、24脚及74脚分别经电平转换电路和单片机U1的41脚、39脚、20脚、21脚、22脚及42脚相连，多模合一移动数据传输模块U2的53脚、62脚分别和全球卫星导航系统天线J1、主天线J2相连。SIM卡U3的1脚接地，SIM卡U3的2脚和3脚相连并且经电阻R5和多模合一移动数据传输模块U2的78脚相连，SIM卡U3的2脚和稳压管ESD3的负极及电容C7的一端相连，稳压管ESD3的正极及电容C7的另一端接地，多模合一移动数据传输模块U2的78脚和80脚之间连接有电阻R3；多模合一移动数据传输模块U2的77脚经电阻R4和SIM卡U3的6脚相连，SIM卡U3的6脚和稳压管ESD6的负极及电容C11的一端相连，稳压管ESD6的正极及电容C11的另一端接地；多模合一移动数据传输模块U2的79脚经电阻R6和SIM卡U3的7脚相连，SIM卡U3的7脚和稳压管ESD4的负极及电容C10的一端相连，稳压管ESD4的正极及电容C10的另一端接地；多模合一移动数据传输模块U2的80脚和SIM卡U3的8脚相连，SIM卡U3的8脚和稳压管ESD5的负极及电容C8、电容C9的一端相连，稳压管ESD5的正极及电容C8、电容C9的另一端接地。
电平转换电路包括三极管Q1～三极管Q5；多模合一移动数据传输模块U2的5脚和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极和单片机U1的41脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的12脚和三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极既经电阻R14接电压AVCC/DVCC又和单片机U1的39脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的74脚和三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极和单片机U1的42脚相连；多模合一移动数据传输模块U2的13脚经电阻R13和三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极和多模合一移动数据传输模块U2的24脚相连，三极管Q2的集电极，一路经电阻R9接电压AVCC/DVCC，另一路经电阻R8和单片机U1的20脚相连，还有一路和单片机U1的22脚相连；单片机U1的21脚和三极管Q1的发射极相连，三极管Q1的基极和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端既经电阻R10接电压AVCC/DVCC又经电阻R11和单片机U1的20脚相连，三极管Q1的集电极既和多模合一移动数据传输模块U2的23脚相连又经电阻R7和多模合一移动数据传输模块U2的13脚相连。
使用时，按下按键，中央处理单元检测到按键的触发信号时首先唤醒多模合一移动数据传输单元，然后从多模合一移动数据传输单元读取当前网络状态，若当前低功耗网络状态即NB-IOT网络或eMTC网络正常，则优先使用该网络进行连接，否则使用GPRS网络连接，网络连接后，单片机对多模合一移动数据传输单元发送过来的字符格式的数据进行解析，得到的结果以HEX格式发送给仪表的主控单元，同时对仪表主控单元发送过来的HEX数据进行字符转码，然后通过多模合一移动数据传输单元发出。多模合一移动数据传输单元还具有GPS定位功能。
本实用新型利用多模合一移动数据传输单元多模合一的特点，无需单独设置NB-IOT模块、eMTC模块、GPRS模块和GPS模块，简化线路，提高可靠性，也节省成本。通过网络判断机制，可实现不同网络的切换，保证网络的稳定性，从而确保仪表数据远传通信的顺利进行，同时能优先选择低功耗的通信网络，达到低功耗运行的目的。