一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于NB‑IoT的低功耗无线传感数据采集装置、系统及方法，NB‑IoT模块与主控模块建立连接关系，NB‑IoT模块用于数据采集装置进行无线数据传输通信；数据传感模块与信号调理模块建立连接关系，数据传感模块用于获取数据源的传感数据；信号调理模块与数据传感模块建立连接关系，信号调理模块对数据传感模块驱动并且把数据传感模块转变的电信号进行滤波、放大到适应A/D采集的电压范围；A/D采集模块用于将信号调理模块调理后的模拟信号转变为数字信号；电源模块与主控模块建立连接关系，电源模块用于为数据采集装置提供工作电压。本发明专利技术实现传感器数据管理的一体化，距离传输远，成本低，功耗低。

A low power wireless sensor data acquisition device, system and method based on NB-IoT

The invention discloses a low power wireless sensor data acquisition device, system and method based on NB IoT. The connection relationship between the NB IoT module and the main control module is established. The NB IoT module is used in the data acquisition device for the wireless data transmission communication; the data sensing module is connected with the signal conditioning block, and the data sensing module is used. The sensing data used to obtain the data source; the signal conditioning module is connected with the data sensing module. The signal conditioning module is driven by the data sensing module and filters the electrical signals of the data sensing module to the voltage range adapted to the A/D acquisition. The A/D acquisition module is used to adjust the signal conditioning module after the adjustment. The analog signal is converted into a digital signal, and the power module is connected with the main control module, and the power module is used to provide the working voltage for the data acquisition device. The invention realizes the integration of sensor data management, far distance transmission, low cost and low power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置、系统及方法
本专利技术涉及物联网
，具体涉及一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置、系统及方法。
技术介绍
物联网通信技术主要分为两类，一类是短距离通信方式，如Zigbee、Z-wave及蓝牙等通信方式，另一类则是基于传统3G/4G等长距离通信方式。短距离通信方式具有低功耗、低成本等优势，但由于其传输距离较短，导致长距离传输需要部署多个中继节点，因此网络拓扑复杂、稳定性较差；3G/4G通信方式则具有通信覆盖面广、传输速率高等优势，然而其对设备能量消耗大，不适合作为底层物联网通信技术。NB-IoT作为一种基于LTE蜂窝移动网络的窄带IoT技术，具有长距离传输、海量连接、深度覆盖、低功耗、低成本等优势。NB-IoT上行链路采用单载波SC-FDMA多址方式，使用BPSK或QPSK进行调制，通过单频传输尽可能降低终端设备功耗以延长设备待机时间，上行链路单频传输占用48个子载波，除了LTE网络中规定的15kHz子载波间隔，还增设3.75kHz子载波间隔，上行链路传输速率在160～250kb/s之间；下行链路兼容LTE下行链路，采用间隔15kHz的OFDMA子载波，调制方式为QPSK，传输速率在160～250kb/s。据悉，工信部正在推动NB-IoT(窄带物联网)标准化，将从NB-IoT模块外形、封装以及针脚定义等方面提出新的要求。业内人士认为，标准将促进物联网规模化商用全面提速，NB-IoT也必将成为主流的物联网通讯方式。传感器作为一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。现有的传感器一般采用有线方式。现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。现有的传感数据采集，一般为单类型采集，无法实现对多种传感数据的统一分析和处理，数据采集成本高，不能满足数据的实时监测需求。低功耗是电池供电无线传输产品的灵魂，只有实现低功耗，无线传输产品才能脱离有线外接电源，实现自带电池供电，才能真正做到无线，充分体现无线带给用户的便利性，从而实现大规模应用，最终实现产品的社会、经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置、系统及方法，实现传感数据信号的调理、采集、显示和远距离无线传输一体化，让每个传感器成为独立的物联网的一个终端，提高传感数据的监测效率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据采集装置包括壳体，所述壳体内部设有电路板，所述数据采集装置还包括主控模块、NB-IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块、信号调理模块和电源模块；所述主控模块设置在所述壳体内部；所述NB-IoT模块与所述主控模块建立连接关系，NB-IoT模块包括NB-IoT芯片，NB-IoT模块用于数据采集装置进行无线数据传输通信；所述数据传感模块与所述信号调理模块建立连接关系，数据传感模块用于获取数据源的传感数据；所述信号调理模块与所述数据传感模块建立连接关系，信号调理模块对数据传感模块驱动并且把数据传感模块转变的电信号进行滤波、放大到适应A/D采集的电压范围；所述A/D采集模块与所述主控模块建立连接关系，A/D采集模块与所述信号调理模块建立连接关系，A/D采集模块用于将信号调理模块调理后的模拟信号转变为数字信号；所述电源模块与所述主控模块建立连接关系，电源模块用于为数据采集装置的主控模块、NB-IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块和信号调理模块提供工作电压。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述NB-IoT模块采用移远通信BC28模块。NB-IoT模块基于蜂窝的窄带物联网，是IoT领域一个新兴技术，构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据传感模块采用热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器、位移传感器、应变传感器和/或液位传感器。数据传感模块用于获取数据源的传感数据，根据传感数据获取场合不同可以采用热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器、位移传感器、应变传感器和/或液位传感器。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据采集装置还包括显示模块、按键模块，所述显示模块与所述主控模块建立连接关系，显示模块用于显示数据传感模块的信号值以及操作菜单、设置界面，显示模块采用液晶或者数码管；所述按键模块与所述主控模块建立连接关系，按键模块用于设置数据采集装置的参数和显示界面切换。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据采集装置还包括有线通信模块，所述有线通信模块与主控模块建立连接关系，有线通信模块用于数据采集装置进行有线通讯，有线通信模块采用485、CAN接口或者以太网。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述信号调理模块给传感器供电芯片采用ADA4051-1，传感器信号输出阻容滤波的电容采用COG材质的电容，放大芯片采用AD8237，当传感器不工作的时候，通过CMOS管Q3关断信号调理模块的电源，当显示模块不工作的时候，通过CMOS管Q2关断显示模块的背光电源。主控芯片大部分时间维持低功耗状态。本专利技术还提供一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集系统，所述数据采集系统包括上述的数据采集装置，所述数据采集系统还包括NB-IoT基站、NB-IoT网络、管理服务器及客户端，所述数据采集装置与数据采集源建立连接关系，数据采集源与数据采集装置形成传感数据感知节点；所述NB-IoT基站与所述传感数据感知节点建立连接关系，NB-IoT基站与传感数据感知节点通过移动通信交换中心进行信息传递，NB-IoT基站通过所述NB-IoT网络与所述管理服务器建立连接关系；所述管理服务器包括数据存储模块、数据筛分模块及数据统计模块，所述数据存储模块用于存储数据采集装置采集的数据信号，所述数据筛分模块与所述数据存储模块建立连接关系，数据筛分模块用于对数据采集装置采集的数据信号按照数据采集源进行分类，所述数据统计模块与所述数据筛分模块建立连接关系，数据统计模块用于对数据采集装置采集的数据信号按照数据采集源进行统计分析；所述客户端与所述管理服务器建立连接关系，客户端用于接收所述管理服务器筛分、统计后的对应于数据采集源的传感数据信息。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集系统，所述数据采集源是指数据采集的场合，数据采集源包括热电偶采集场合、热电阻采集场合、压力采集场合、位移采集场合、应变采集场合和/或液位采集场合。如上所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集系统，所述客户端采用手机或电脑，所述手机运行有对接所述数据采集系统的微信公众平台或应用程序，所述电脑运行有连接到所述数据采集系统的浏览器。本专利技术还提供一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集方法，所述数据采集方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NB‑IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据采集装置包括壳体，所述壳体内部设有电路板，其特征在于：所述数据采集装置还包括主控模块、NB‑IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块、信号调理模块和电源模块；所述主控模块设置在所述壳体内部；所述NB‑IoT模块与所述主控模块建立连接关系，NB‑IoT模块包括NB‑IoT芯片，NB‑IoT模块用于数据采集装置进行无线数据传输通信；所述数据传感模块与所述信号调理模块建立连接关系，数据传感模块用于获取数据源的传感数据；所述信号调理模块与所述数据传感模块建立连接关系，信号调理模块对数据传感模块驱动并且把数据传感模块转变的电信号进行滤波、放大到适应A/D采集的电压范围；所述A/D采集模块与所述主控模块建立连接关系，A/D采集模块与所述信号调理模块建立连接关系，A/D采集模块用于将信号调理模块调理后的模拟信号转变为数字信号；所述电源模块与所述主控模块建立连接关系，电源模块用于为数据采集装置的主控模块、NB‑IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块和信号调理模块提供工作电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，所述数据采集装置包括壳体，所述壳体内部设有电路板，其特征在于：所述数据采集装置还包括主控模块、NB-IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块、信号调理模块和电源模块；所述主控模块设置在所述壳体内部；所述NB-IoT模块与所述主控模块建立连接关系，NB-IoT模块包括NB-IoT芯片，NB-IoT模块用于数据采集装置进行无线数据传输通信；所述数据传感模块与所述信号调理模块建立连接关系，数据传感模块用于获取数据源的传感数据；所述信号调理模块与所述数据传感模块建立连接关系，信号调理模块对数据传感模块驱动并且把数据传感模块转变的电信号进行滤波、放大到适应A/D采集的电压范围；所述A/D采集模块与所述主控模块建立连接关系，A/D采集模块与所述信号调理模块建立连接关系，A/D采集模块用于将信号调理模块调理后的模拟信号转变为数字信号；所述电源模块与所述主控模块建立连接关系，电源模块用于为数据采集装置的主控模块、NB-IoT模块、数据传感模块、A/D采集模块和信号调理模块提供工作电压。2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，其特征在于：所述NB-IoT模块采用移远通信BC28模块。3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，其特征在于：所述数据传感模块采用热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器、位移传感器、应变传感器和/或液位传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，其特征在于：所述数据采集装置还包括显示模块、按键模块，所述显示模块与所述主控模块建立连接关系，显示模块用于显示数据传感模块的信号值以及操作菜单、设置界面，显示模块采用液晶或者数码管；所述按键模块与所述主控模块建立连接关系，按键模块用于设置数据采集装置的参数和显示界面切换。5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，其特征在于：所述数据采集装置还包括有线通信模块，所述有线通信模块与主控模块建立连接关系，有线通信模块用于数据采集装置进行有线通讯，有线通信模块采用485、CAN接口或者以太网。6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的低功耗无线传感数据采集装置，其特征在于：所述信号调理模块给传感器供电芯片采用ADA4051-1，传感器信号输出阻容滤波的电容采用COG材质的电容，放大芯片采用AD8237，当传感器不工作的时候，通过CMOS管Q3关断信号调理模块的电源，当显示模块不工作的时候，通过CMOS管Q2关断显示模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江成，李抒阳，
申请(专利权)人：李江成，
类型：发明
国别省市：湖南,43