一种超声波水表信号转换器的制作方法

本发明涉及信号转换电路技术领域，具体的说，涉及一种超声波水表信号转换器。

背景技术：

自动读取数据的流量表已经越来越普及，但是流量水表读取数据后需要将信号发送至管理中心，则信号的收发就尤为重要，而传统的超声波水表天线所采用的方案为接收与发送的信号均为相同的射频信号，仅实现了将地下的水表信号变为地上无线信号的目的，但超声波信号的自身缺陷未作出应对策略。

现有的水表信号一般采用低成本的lora信号，但lora信号同时存在普及度低的缺点，作为区域内使用的私有网络，使得水表天线所发出的数据受传输范围和应用场景的限制严重，但若能将天线的接收射频改进为远距离传输、普及广的发出射频，则能大大提高水表天线的使用效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超声波水表信号转换器，将普及度低、区域覆盖范围小的lora信号转换成范围广、普及度高的4g的nbiot信号，使水表的数据可直接通过4g网络传输到远端的服务器上，不再需要每隔一定距离就设置一个信号接收/转发的终端进行数据传输，从而更及时、方便地收集水表数据，提高了水表天线的应用范围，降低了整体建设成本。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种超声波水表信号转换器，设置有：

lora信号转换模块：接收超声波水表的信号并转换为传输数据；

mcu：识别、存储所述传输数据，并转发至nbiot信号转换模块；

nbiot信号转换模块：接收所述mcu所发出的数据转换为nbiot信号，将该nbiot信号发送到天线；

sim贴片电路：为nbiot信号提供身份信息；

nb天线模块：发送nbiot信号至信号终端；

所述mcu分别与lora信号转换模块和nbiot信号转换模块双向连接，所述nbiot信号转换模块还分别与sim贴片电路和nb天线模块双向连接。

通过上述设计，水表天线接收水表的lora信号后，lora信号转换模块将信号转换成传输数据，再经由mcu把传输数据发送给nbiot信号转换模块，则所述nbiot信号转换模块把获得的数据转换为nbiot信号经nb天线模块发送出去，其中，nbiot信号所需要的身份验证由sim贴片电路提供。则只要能够接入nbiot信号网络的设备都能直接接收到超声波水表的数据，从而使水表数据的传播范围更大，而不再需要每隔一定距离就设置一个信号接收/转发的终端进行数据传输，从而更及时、方便地收集水表数据，提高了水表天线的应用范围，降低了整体建设成本。

进一步描述，所述mcu的lora复位脚pc15连接lora信号转换模块的复位脚rst，所述mcu的lora控制端组pc14、pc13、pd7、pd6、pb11分别连接lora信号转换模块的控制端组dio0、dio1、dio2、dio3、dio4，所述mcu的lora片选脚pe13连接lora信号转换模块的片选脚nss，所述mcu的lora时钟脚pe12连接lora信号转换模块的时钟脚sck，所述mcu的lora数据输入脚pe11连接lora信号转换模块的数据输出脚so，所述mcu的lora数据输出脚pe10连接lora信号转换模块的数据输入脚si；

所述mcu的nbiot复位脚pa0串接第五电阻r5后连接第二三极管q2的基极，所述第二三极管q2的集电极连接nbiot信号转换模块的复位脚reset，所述第二三极管q2的发射极接地，所述第二三极管q2的基极和发射极之间还连接有第六电阻r6，所述mcu的nbiot数据输出脚pb13串接第十五电阻r15后连接nbiot信号转换模块的数据输入脚rxd，所述mcu的nbiot数据输入脚pb14串接第十六电阻r16后连接nbiot信号转换模块的数据输出脚txd；

所述mcu的电源端组iovdd-0、avdd-2、iovdd-3、avdd-0、iovdd-5、调压电源脚vdd-dreg分别连接3v电源，所述mcu的调压输出脚decouple串接第四九电容c49后接地，所述mcu的nb开关脚连接有nb模块开关电路，所述nb模块开关电路控制nbiot信号转换模块的电源开关，所述mcu的复位脚resetn连接mcu复位端口，所述mcu的复位脚resetn还串接第一〇一电阻r101后连接3v电源，所述mcu的复位脚resetn还串接第一〇四电容c104后接地，所述mcu的接地脚vss接地。

通过上述设计，所述mcu通过lora控制端组pc14、pc13、pd7、pd6、pb11对lora信号转换模块的工作进行控制，并通过lora数据输入脚pe11和lora数据输出脚pe10与lora信号转换模块进行数据传输；所述mcu通过nbiot数据输出脚pb13和nbiot数据输入脚pb14与nbiot信号转换模块进行数据传输；

则mcu起到连接收、发模块的作用，并存储所接收到的水表数据备份。

更进一步描述，所述lora信号转换模块的电源脚连接电源vdd-rfs，所述lora信号转换模块的电源脚还并联第四五电容c45、第四六电容c46、第四七电容c47后接地，所述lora信号转换模块的信号接收端rf连接超声波天线ant2，所述lora信号转换模块的接地端接地。

通过上述设计，所述lora信号转换模块通过信号接收端rf接收超声波天线ant2所获取的水表信号，lora信号转换模块将水表信号转换成传输数据。

更进一步描述，所述nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant连接nb天线模块的输入端，所述nbiot信号转换模块的电源端组vbat连接nb模块开关电路的输出端，所述nbiot信号转换模块调压输出脚vdd-ext并联第五十电容c50、第五一电容c51后接地，所述nbiot信号转换模块的接地端组gnd、接地脚usim-gnd接地。

通过上述设计，所述nbiot信号转换模块将mcu传输的数据转换成nbiot信号后，通过信号发射脚rf-ant将nbiot信号发送给nb天线模块。

更进一步描述，所述nb模块开关电路包括转换开关芯片u7，所述转换开关芯片u7的输入端组s均连接3.6v电源bat3v6，所述转换开关芯片u7的输入端组s串接第二八电阻r28后连接第一三极管q1的集电极，所述第一三极管q1的基极串接第二二电阻r22后连接所述mcu的nb开关脚，所述第一三极管q1的发射极接地，所述第一三极管q1的基极与发射极之间还连接有第二三电阻r23，所述第一三极管q1的集电极串接第二五电阻r25后连接转换开关芯片u7的地脚g，所述转换开关芯片u7的地脚g还串接第五二电容c52后连接3.6v电源bat3v6；

所述转换开关芯片u7的输出端组d连接nbiot信号转换模块的电源脚vbat，所述所述转换开关芯片u7的输出端组d还串接第五三电容c53后接地。

通过上述设计，mcu通过nb开关脚控制转换开关芯片u7工作，使nbiot信号转换模块的电源受控制导通或断开，从而控制nbiot信号转换模块的开关。

更进一步描述，所述sim贴片电路包括sim信号芯片u5，所述sim信号芯片u5的数据传输脚dat串接第一电阻r1后连接nbiot信号转换模块的sim数据脚usim-data，所述sim信号芯片u5的数据传输脚dat还串接第八电容c8后接地，所述sim信号芯片u5的时钟脚clk串接第二电阻r2后连接nbiot信号转换模块的sim时钟脚usim-clk，所述sim信号芯片u5的时钟脚clk还串接第九电容c9后接地，所述sim信号芯片u5的复位脚rst串接第三电阻r3后连接nbiot信号转换模块的sim复位脚usim-rst，所述sim信号芯片u5的复位脚rst还串接第十电容c10后接地，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc串接第四电阻r4后连接nbiot信号转换模块的sim电位脚usim-vdd，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc还串接第十一电容c11后接地，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc还串接第二一电阻r21后连接所述sim信号芯片u5的数据传输脚，所述sim信号芯片u5的接地脚gnd接地。

任一nb设备必须通过身份信息验证后才能接入网络，则通过上述设计，所述sim贴片电路通过sim信号芯片u5的数据传输脚dat将nb身份验证信息发送至nbiot信号转换模块，使nbiot信号转换模块所发出的信号可以顺利接入nb网络，而nbiot信号转换模块的sim电位脚usim-vdd控制sim信号芯片u5工作。

更进一步描述，所述nb天线模块包括nb天线ant1，所述天线ant1的数据传输端串接第七电阻r7后连接nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant，所述nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant还串接第七电容c7后接地；

所述天线ant1的数据传输端还连接第一稳压二极管z1的阴极，所述第一稳压二极管z1的阳极接地，所述天线ant1的数据传输端还串接第六电容c6后接地，所述天线ant1的接地端接地。

通过上述设计，所述nb天线ant1接收nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant所发出的nbiot信号后发送该信号至nb网络中。

更进一步描述，还包括调压电路，所述电压转换电路包括调压芯片u6，所述调压芯片u6的输入脚in连接第二二极管z2的阴极，所述第二二极管z2的阳极连接3.6v电源bat3v6，所述3.6v电源bat3v6串接第二二电容c22后接地，所述调压芯片u6的输出脚out即为3v电源，所述调压芯片u6的输出脚还并联第二三电容c23、第二四电容c24后接地，所述调压芯片u6的控制脚en连接3.6v电源bat3v6，所述调压芯片u6的接地脚gnd接地；

所述3.6v电源bat3v6串接第十二电容c12后接地；

所述3v电源串接磁珠fb101后输出电压即为电源vdd-rfs；

所述电源vdd-rfs串接第一电容c1后接地。

则通过上述设计，所述调压电路将3.6v电源转换成整体电路所需的3v电源和电源vdd-rfs，即只需配备一个3.6v的电源即可满足不同芯片的电压要求，减少多电压值输入的不便设计。

更进一步描述，所述mcu的调试输出脚pc0连接调试输出接口，所述mcu的调试输入脚pc1连接调试输入接口，所述mcu的调试时钟脚pb7串接第一〇二电容c102后接地，所述mcu的调试片选脚pb8串接第一〇三电容c103后接地；

所述mcu的程序下载传输脚pf1连接下载传输接口，所述mcu的程序下载时钟脚pf0连接下载时钟接口。

通过上述设计，所述mcu可通过调试输出脚pc0和调试输入脚pc1接收调试工作，还可通过程序下载传输脚pf1下载必要程序。

更进一步描述，所述nbiot信号转换模块的调试输入脚dbg-rxd连接调试输入接口，所述nbiot信号转换模块的调试输出脚dbg-txd连接调试输出接口，所述nbiot信号转换模块的信号灯脚netlight连接信号灯接口；

所述nbiot信号转换模块的复位脚reset还连接有固件升级复位接口，所述nbiot信号转换模块的数据输入脚rxd还连接有固件升级输入接口，所述nbiot信号转换模块的数据输出脚txd还连接有固件升级输出接口。

通过上述设计，所述nbiot信号转换模块可通过调试输入脚dbg-rxd和调试输出脚dbg-txd接收芯片的调试工作，也可以通过信号灯脚netlight发出信号指示灯的工作信号，还可经数据输入脚rxd和数据输出脚txd进行固件升级的数据传输。

本发明的有益效果：只要能够接入nbiot信号网络的设备都能直接接收到超声波水表的数据，从而使水表数据的传播范围更大，而不再需要每隔一定距离就设置一个信号接收/转发的终端进行数据传输，从而更及时、方便地收集水表数据，提高了水表天线的应用范围，降低了整体建设成本；且只需配备一个3.6v的电源即可满足不同芯片的电压要求，减少多电压值输入的不便设计。

附图说明

图1是实施例的结构示意图

图2是mcu的电路连接示意图

图3是lora信号转换模块的电路连接示意图

图4是nbiot信号转换模块和nb天线模块的电路连接示意图

图5是sim贴片电路的电路连接示意图

图6是调压电路的电路连接示意图

图7是nb模块开关电路的电路连接示意图

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，一种超声波水表信号转换器，设置有：

lora信号转换模块、mcu、nbiot信号转换模块、调压电路、sim贴片电路和nb天线模块；

所述mcu分别与lora信号转换模块和nbiot信号转换模块双向连接，所述nbiot信号转换模块还分别与sim贴片电路和nb天线模块双向连接，所述调压电路为mcu和lora信号转换模块供电；

其中，如图2所示，所述mcu的lora复位脚pc15连接lora信号转换模块的复位脚rst，所述mcu的lora控制端组pc14、pc13、pd7、pd6、pb11分别连接lora信号转换模块的控制端组dio0、dio1、dio2、dio3、dio4，所述mcu的lora片选脚pe13连接lora信号转换模块的片选脚nss，所述mcu的lora时钟脚pe12连接lora信号转换模块的时钟脚sck，所述mcu的lora数据输入脚pe11连接lora信号转换模块的数据输出脚so，所述mcu的lora数据输出脚pe10连接lora信号转换模块的数据输入脚si；

所述mcu的nbiot复位脚pa0串接第五电阻r5后连接第二三极管q2的基极，所述第二三极管q2的集电极连接nbiot信号转换模块的复位脚reset，所述第二三极管q2的发射极接地，所述第二三极管q2的基极和发射极之间还连接有第六电阻r6，所述mcu的nbiot数据输出脚pb13串接第十五电阻r15后连接nbiot信号转换模块的数据输入脚rxd，所述mcu的nbiot数据输入脚pb14串接第十六电阻r16后连接nbiot信号转换模块的数据输出脚txd；

作为优选，本实施例中所述mcu优选型号为efm32g210f128，所述第五电阻r5优选阻值为4.7kω的电阻，所述第六电阻r6优选阻值为47kω的电阻，所述第十五电阻r15与第十六电阻r16均优选阻值为20r的电阻，所述第二三极管q2优选型号为bc847。

所述mcu的电源端组iovdd-0、avdd-2、iovdd-3、avdd-0、iovdd-5、调压电源脚vdd-dreg分别连接3v电源，所述mcu的调压输出脚decouple串接第四九电容c49后接地，所述mcu的nb开关脚连接有nb模块开关电路，所述nb模块开关电路控制nbiot信号转换模块的电源开关，所述mcu的复位脚resetn连接mcu复位端口，所述mcu的复位脚resetn还串接第一〇一电阻r101后连接3v电源，所述mcu的复位脚resetn还串接第一〇四电容c104后接地，所述mcu的接地脚vss接地；

作为优选，本实施例中所述第四九电容c49优选容值为1μf的电容，所述第一〇一电阻r101优选阻值为47kω的电阻，所述第一〇四电容c104优选容值为0.1μf的电容。

所述mcu的调试输出脚pc0连接调试输出接口，所述mcu的调试输入脚pc1连接调试输入接口，所述mcu的调试时钟脚pb7串接第一〇二电容c102后接地，所述mcu的调试片选脚pb8串接第一〇三电容c103后接地；

作为优选，本实施例中所述第一〇二电容c102和第一〇三电容c103均优选容值为1μf的电容。

所述mcu的程序下载传输脚pf1连接下载传输接口，所述mcu的程序下载时钟脚pf0连接下载时钟接口。

如图3所示，所述lora信号转换模块的电源脚连接电源vdd-rfs，所述lora信号转换模块的电源脚还并联第四五电容c45、第四六电容c46、第四七电容c47后接地，所述lora信号转换模块的信号接收端rf连接超声波天线ant2，所述lora信号转换模块的接地端接地；

作为优选，本实施例中所述lora信号转换模块优选型号为lsd4rf-2f717n20，所述第四五电容c45优选容值为0.1μf的电容，所述第四六电容c46优选容值为33pf的电容，所述第四七电容c47优选容值为10pf的电容。

如图4所示，所述nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant连接nb天线模块的输入端，所述nbiot信号转换模块的电源端组vbat连接nb模块开关电路的输出端，所述nbiot信号转换模块调压输出脚vdd-ext并联第五十电容c50、第五一电容c51后接地，所述nbiot信号转换模块的接地端组gnd、接地脚usim-gnd接地；

作为优选，本实施例中所述第五十电容c50优选容值为4.7μf的电容，所述第五一电容c51优选容值为0.1μf的电容。

所述nb天线模块包括nb天线ant1，所述天线ant1的数据传输端串接第七电阻r7后连接nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant，所述nbiot信号转换模块的信号发射脚rf-ant还串接第七电容c7后接地；

所述天线ant1的数据传输端还连接第一稳压二极管z1的阴极，所述第一稳压二极管z1的阳极接地，所述天线ant1的数据传输端还串接第六电容c6后接地，所述天线ant1的接地端接地；

作为优选，本实施例中所述第七电阻r7优选阻值为0r的电阻，所述第七电容c7和第六电容c6优选为备用的nc电容，所述第一稳压二极管z1优选型号为bv05c。

所述nbiot信号转换模块的调试输入脚dbg-rxd连接调试输入接口，所述nbiot信号转换模块的调试输出脚dbg-txd连接调试输出接口，所述nbiot信号转换模块的信号灯脚netlight连接信号灯接口；

所述nbiot信号转换模块的复位脚reset还连接有固件升级复位接口，所述nbiot信号转换模块的数据输入脚rxd还连接有固件升级输入接口，所述nbiot信号转换模块的数据输出脚txd还连接有固件升级输出接口。

如图4、图5所示，所述sim贴片电路包括sim信号芯片u5，所述sim信号芯片u5的数据传输脚dat串接第一电阻r1后连接nbiot信号转换模块的sim数据脚usim-data，所述sim信号芯片u5的数据传输脚dat还串接第八电容c8后接地，所述sim信号芯片u5的时钟脚clk串接第二电阻r2后连接nbiot信号转换模块的sim时钟脚usim-clk，所述sim信号芯片u5的时钟脚clk还串接第九电容c9后接地，所述sim信号芯片u5的复位脚rst串接第三电阻r3后连接nbiot信号转换模块的sim复位脚usim-rst，所述sim信号芯片u5的复位脚rst还串接第十电容c10后接地，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc串接第四电阻r4后连接nbiot信号转换模块的sim电位脚usim-vdd，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc还串接第十一电容c11后接地，所述sim信号芯片u5的电位脚vcc还串接第二一电阻r21后连接所述sim信号芯片u5的数据传输脚，所述sim信号芯片u5的接地脚gnd接地；

作为优选，本实施例中所述第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3均优选阻值为22r的电阻，所述第四电阻r4优选阻值为0r的电阻，所述第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10均优选容值为33pf的电容，所述第十一电容c11优选容值为0.1μf的电容，所述第二一电阻r21优选阻值为10kω的电阻。

如图6所示，还包括调压电路，所述电压转换电路包括调压芯片u6，所述调压芯片u6的输入脚in连接第二二极管z2的阴极，所述第二二极管z2的阳极连接3.6v电源bat3v6，所述3.6v电源bat3v6串接第二二电容c22后接地，所述调压芯片u6的输出脚out即为3v电源，所述调压芯片u6的输出脚还并联第二三电容c23、第二四电容c24后接地，所述调压芯片u6的控制脚en连接3.6v电源bat3v6，所述调压芯片u6的接地脚gnd接地；

所述3.6v电源bat3v6串接第十二电容c12后接地；

所述3v电源串接磁珠fb101后输出电压即为电源vdd-rfs；

所述电源vdd-rfs串接第一电容c1后接地；

作为优选，本实施例中所述调压芯片u6优选型号为tps78230，所述第二二极管z2优选型号为1sma7.0a，所述第二二电容c22、第二四电容c24均优选容值为0.1μf的电容，所述第二三电容c23优选容值为4.7μf的电容，所述第十二电容c12与第一电容c1均优选容值为100μf的电容。

如图7所示，所述nb模块开关电路包括转换开关芯片u7，所述转换开关芯片u7的输入端组s均连接3.6v电源bat3v6，所述转换开关芯片u7的输入端组s串接第二八电阻r28后连接第一三极管q1的集电极，所述第一三极管q1的基极串接第二二电阻r22后连接所述mcu的nb开关脚，所述第一三极管q1的发射极接地，所述第一三极管q1的基极与发射极之间还连接有第二三电阻r23，所述第一三极管q1的集电极串接第二五电阻r25后连接转换开关芯片u7的地脚g，所述转换开关芯片u7的地脚g还串接第五二电容c52后连接3.6v电源bat3v6；

所述转换开关芯片u7的输出端组d连接nbiot信号转换模块的电源脚vbat，所述所述转换开关芯片u7的输出端组d还串接第五三电容c53后接地；

作为优选，本实施例中所述转换开关芯片u7优选型号为ao4453，所述第二八电阻r28与第二五电阻r25均优选阻值为100kω的电阻，所述第一三极管q1优选型号为bc847，所述第二二电阻r22优选阻值为4.7kω的电阻，第二三电阻r23优选阻值为47kω的电阻，所述第五二电容c52与第五三电容c53均优选容值为0.01μf的电容。

本发明的工作原理：

水表天线接收水表的lora信号后，lora信号转换模块将信号转换成传输数据，再经由mcu把传输数据发送给nbiot信号转换模块，则所述nbiot信号转换模块把获得的数据转换为nbiot信号经nb天线模块发送出去，其中，nbiot信号所需要的身份验证由sim贴片电路提供；

所述调压电路将3.6v电源转换成整体电路所需的3v电源和电源vdd-rfs，满足不同芯片的电压需求。