一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NB‑IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，解决当前物联网标准不统一、终端成本高、接入能力不足的问题，包含智能表，以及与其一一对应连接的采集设备，还包含NB‑IoT基站和服务器中心；本发明专利技术采用NB‑IoT无线通信模块进行智能电表、智能水表、智能气表和三表合一的采集，其NB‑IoT技术具备深度覆盖、海量连接、超低功耗和低成本四大优势，对满足地下通信、统一多表通信协议、提高传输速率和扩大通信容量而言，基于NB‑IoT技术的多表合一集抄可以取消各种中继设备，进行地下管网通信，简化通讯协议，降低运维成本，减少安装空间，为智慧水务、智慧燃气、智慧供电、提供远传抄表计量数据，进而更好地为智慧城市建设提供服务。

A Remote Meter Reading Intelligent Monitoring System Based on NB-IoT Wireless Communication Module

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统
本专利技术属于涉及一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统。
技术介绍
智慧城市离不开互联网，而互联网的基础，就是数据的互联互通。“多表合一”信息采集建设，构建起社会公用事业终端能源数据采集与分析平台，有利于降低公共事业综合运营成本，实现资源共享、业务互通，有效提升公共领域的整体服务能力。密集出台的国家与地方政策明确表示要大力推进“多表合一”信息采集工作，并将其与智慧城市建设紧密联系在一起。通信系统是保障“多表合一”采集系统实现的关键，优秀的通信系统可以实现良好的数据信息通信，进而保证数据采集过程顺利、高质量完成。现阶段在“多表合一”工程中应用的通信系统建设技术呈现出多样化的特点，其中应用最为广泛的主要有以下几种。(1)M-BUS通信。此系统由主机、从机和两个通信电缆构成，从机按照主机的控制命令发挥作用，利用此系统，可以保证电力用户的水表、热量表、天然气表等可以获得电力系统的供电，进而实现通信。但在应用的过程中，受其结构组成的影响，需要进行现场布线，工程量增加，而且后期维护的难度较大。(2)RS-485通信。此项技术虽然在原理和构成等方面和M-BUS通信系统基本类似，但相比之下既存在明显优势，又存在明显不足。优势主要体现在数据传输效率高和覆盖距离远等方面；而不足主要体现在：通信系统在应用过程中不能对各种测量仪表提供电源，所以需要完成独立的电源线连接作业，这在一定程度上也加大了工程量。(3)微功率无线通信。该通信系统在应用过程中只需要向系统发射功率不超过50mW，且通信频段在470～510MHz以内的无线信号即可，可见该系统在应用过程中工程量非常少，而且数据传输的效率也得到保证。但由于通讯信号在传输的过程中受干扰额可能性较大，所以具体应用范围受到较严重的限制。(4)无线公网通信。该系统是基于公共网络进行分组无线通信，所以在覆盖范围、适用性和传输效率等方面均较理想。但考虑到公网的运营商覆盖并不全面，而且公网设备的运营成本相对较高，在实践中利用此系统可能会造成局部信息的遗失和投入成本的增加。(5)电力线载波通信，该系统是基于工频电力线实现的四表合一通信。由于目前电力资源已经基本实现普及，所以利用该系统实现四表合一，不仅可以保障采集数据的全面性、及时性，而且可以有效地缩减建设投入。但该系统在通信过程中，数据传输会受到电磁干扰，稳定性受到冲击，所以在应用过程中应有意识的对电磁干扰进行优化和处理。目前“多表合一”改造工程中，普遍采用的方案是电力线载波通信+微功率无线通信方案。现有国内外“多表合一”集中采集改造工程经验表明，通信系统是“多表合一”采集系统实现的瓶颈，并制约智慧城市的建设。基于蜂窝的窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)是物联网领域一门新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被称为低功耗广域网(LPWA)。虽然是一门新兴技术，但NB-IoT技术发展迅速，已成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只占用大约200KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。电表抄表需求:电力抄表的场景分为用户侧通信和配网通信系统。电力负荷监控系统频段采用230MHz+1.8GHz的TD-LTE专网。用户电表的远程抄表采用过很多技术，包括GPRS、3G、LTE、PLC、Zigbee、433MHz等等，抄表频率的目标是15分钟一次采集和上传，每天96个点，以便实现电网的在线监测控制。中国等居住集中的地方主要是采用集中式抄表，主要有电力光纤集抄和GPRS集抄(占比超过50％)，欧美等居住分散的地方主要采用独立抄表。由于电力抄表供电不是问题，数据量相对较大，目前尚未体会到电力抄表利用NB-IoT的迫切需求。水表抄表需求:预计2016年全球智能水表安装数将上升到3250万只，占全部水表的比例将超过30％。目前，中国智能水表安装比例仅为15％，预计从2016年起年均复合增长率超过30％。水表的增量市场大多采用M-Bus总线通信。水表的存量市场是无线水表的机会。无线水表的施工简单，因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题。气表抄表需求:气表对安全性要求较高，需要测试时间1-2年。现阶段，燃气表计开始大量使用GPRS通信，一周抄一次，一年资费约6元人民币。目前，自动抄表成本高于人工成本，但燃气面临阶梯定价的问题。因功耗、信号覆盖和电池寿命的问题，迫切需要NB-IoT技术来解决现实的问题，但前提是解决安全性测试问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供了一种能耗低、传输距离远的基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其采用NB-IoT，有望解决当前物联网标准不统一、终端成本高、接入能力不足的问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，包含智能表，以及与其一一对应连接的采集设备，还包含NB-IoT基站和服务器中心；所述采集设备通过NB-IoT基站连接服务器中心，用于将采集设备采集的智能表参数通过无线传输网络传输至NB-IoT基站进行汇总，进而上传至服务器中心。作为本专利技术一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统的进一步优选方案，所述采集设备包含接口模块、微控制器模块、NB-IoT通信模块和电源模块，所述接口模块、NB-IoT通信模块和电源模块分别与微控制器模块连接；接口模块，用于获取智能表的数据参数；微控制器模块，用于对接口模块上传的智能表的数据参数进行处理；NB-IoT通信模块，用于将接口模块上传的智能表的数据参数上传至NB-IoT基站进行汇总，进而上传至服务器中心；电源模块，用于提供接口模块、微控制器模块和NB-IoT通信模块所需电能。作为本专利技术一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统的进一步优选方案，所述电源模块包含调压模块、恒流模块、升压模块、整流模块和微处理器模块，所述调压模块、恒流模块、升压模块、整流模块依次连接，所述微处理器模块分别与调压模块和整流模块连接；所述整流模块包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述稳压电路分别与限幅泄流电路、稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到限幅检测电路上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流；所述稳压电路用于进行稳压处理；其中调压模块，用于调节三相电源的三相电压；恒流模块，用于将三相电源的三相电压转换成三相电流源；升压模块，用于将恒流模块转换的三相电流源进行升压；整流模块，用于对升压后的电流源进行整流；微处理器模块，用于根据整流模块输出的二次电流的大小调节所述调压模块。作为本专利技术一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统的进一步优选方案，所述采集设备包含时钟模块、存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB‑IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：包含智能表，以及与其一一对应连接的采集设备，还包含NB‑IoT基站和服务器中心；所述采集设备通过NB‑IoT基站连接服务器中心，用于将采集设备采集的智能表参数通过无线传输网络传输至NB‑IoT基站进行汇总，进而上传至服务器中心。

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：包含智能表，以及与其一一对应连接的采集设备，还包含NB-IoT基站和服务器中心；所述采集设备通过NB-IoT基站连接服务器中心，用于将采集设备采集的智能表参数通过无线传输网络传输至NB-IoT基站进行汇总，进而上传至服务器中心。2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：所述采集设备包含接口模块、微控制器模块、NB-IoT通信模块和电源模块，所述接口模块、NB-IoT通信模块和电源模块分别与微控制器模块连接；接口模块，用于获取智能表的数据参数；微控制器模块，用于对接口模块上传的智能表的数据参数进行处理；NB-IoT通信模块，用于将接口模块上传的智能表的数据参数上传至NB-IoT基站进行汇总，进而上传至服务器中心；电源模块，用于提供接口模块、微控制器模块和NB-IoT通信模块所需电能。3.根据权利要求2所述的一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：所述电源模块包含调压模块、恒流模块、升压模块、整流模块和微处理器模块，所述调压模块、恒流模块、升压模块、整流模块依次连接，所述微处理器模块分别与调压模块和整流模块连接；所述整流模块包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述稳压电路分别与限幅泄流电路、稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到限幅检测电路上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流；所述稳压电路用于进行稳压处理；其中调压模块，用于调节三相电源的三相电压；恒流模块，用于将三相电源的三相电压转换成三相电流源；升压模块，用于将恒流模块转换的三相电流源进行升压；整流模块，用于对升压后的电流源进行整流；微处理器模块，用于根据整流模块输出的二次电流的大小调节所述调压模块。4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：所述采集设备包含时钟模块、存储器模块、显示模块、按键模块；所述时钟模块、存储器模块、显示模块、按键模块分别与微控制器模块连接，所述时钟模块用于记录时间，所述存储器模块用于存储采集的智能表的数据参数；所述显示模块用于显示智能表的数据参数，所述按键模块用于设定参数阈值。5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：所述采集设备包含光耦隔离模块，所述接口模块通过光耦隔离模块连接微控制器模块，所述光耦隔离模块用于隔离由于环境恶劣带来的影响。6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通信模块的远程抄表智能监控系统，其特征在于：所述采集设备还包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明军，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32