CN108008673A - 一种基于nb-iot的无线遥测终端机 - Google Patents

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苏腾飞
曾庆彬
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IOT的无线遥测终端机，包括：控制模块，控制模块连接有监控模块、电源模块及通讯模块。监控模块向控制模块发送检测信号，电源模块给控制模块供电，通讯模块采用NB‑IOT收发模块，控制模块通过通讯模块与工作站进行数据交互。本发明具有通信功耗低、工作可靠、数据安全、能够在恶劣环境中长期工作等优点。

Description

一种基于NB-IOT的无线遥测终端机
技术领域
本发明涉及遥测终端机技术领域，尤其涉及一种基于NB-IOT的无线遥测终端机。
背景技术
遥测终端机集数据采集、传输、存储功能于一体，采用低功耗设计，特别适用于太阳能供电的监测现场，可大大减少太阳能供电成本并降低施工难度，被广泛应用于气象、水文水利、地质等行业。尤其是在水文行业，无线遥测终端机应用非常广泛，满足水文遥测点分布广，具有无电源、不宜布线等特点，终端机根据实际监测需求配置不同的传感器，广泛用于水位、降雨（雪）量、流量、流速、蒸发量、泥沙、冰凌、墒情、水质等遥测项目。
目前遥测终端机的数据传输与网络接入技术现状主要是以下四项技术：1、总线组网(M-BUS、RS-485)+GPRS 接入网络；2、无线自组网络(局域、广域网)+ GPRS 接入网络；3、GPRS 接入互联网；4、无线自组网络+城市光纤或铜线接入网络。以上四项技术中前三项均是通过GPRS实现远程数据传输，存在速率低、延迟高、频宽利用率低、功耗大等缺点，且以上四项均存在在联网的过程中需要布线、可靠性不强、工作量大、需要终端企业组网功耗大、成本高等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种基于NB-IOT的无线遥测终端机，该无线遥测终端机具有通信功耗低、工作可靠、数据安全、能够在恶劣环境中长期工作等优点。
本发明采用的技术方案是，设计一种基于NB-IOT的无线遥测终端机，包括：控制模块，控制模块连接有监控模块、电源模块及通讯模块。监控模块向控制模块发送检测信号，电源模块给控制模块供电，通讯模块采用NB-IOT收发模块，控制模块通过通讯模块与工作站进行数据交互。
其中，监控模块包含至少一个传感器，例如，监控模块由水位计、雨量计、流量计、流速计中的一种或任意组合构成。
优选的，电源模块包括：电池、充电插口、连接在电池和充电插口之间的充电管理模块，充电管理模块控制电池的充放电状态。
在一实施例中，控制模块采用STM32F103VET6单片机，监控模块由水位计、雨量计、流量计和流速计构成，单片机的COM1至COM4引脚分别连接水位计、流量计、流速计和NB-IOT收发模块，单片机的DI0口连接雨量计。
与现有技术相比，本发明的控制模块通过NB-IOT收发模块与工作站进行数据交互，NB-IOT通信方式具备网络接入成本低、数据收发功耗低、不需要自己组网、无需日常维护与技术升级等优点，且当传感节点较多时，其通信资费相对较低。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明的原理示意框图；
图2是本发明的电路连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的无线遥测终端机，包括：控制模块，分别连接在控制模块上的监控模块、电源模块和通讯模块。监控模块包含至少一个传感器，通过传感器实时监测环境并将检测信号发送给控制模块，电源模块给控制模块供电，通讯模块与工作站无线连接。本发明中通讯模块采用NB-IOT收发模块，控制模块通过通讯模块与工作站进行数据交互，利用NB-IOT通信方式，实现无线遥测终端机的超低功耗，深度覆盖，安全稳定可靠，低成本的优点。并且，NB-IOT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了 100倍，即覆盖能力提升了100倍，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。
由于控制模块需要与工作站进行数据的双向交互，NB-IOT收发模块不仅具有双向通信功能，还继承4G网络安全能力，支持双向鉴权以及空口严格加密，确保用户数据的安全性。NB-IOT通信方式还具有低速率、低功耗、低带宽等特点，速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低；低功耗意味着RF设计要求低，小PA就能实现；低带宽就不要复杂的均衡算法。低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势，这些因素使得NB-IOT芯片可以做得很小，芯片成本往往和芯片尺寸相关，尺寸越小成本越低，模块的成本也随之变低。
由于无线遥测终端机较多应用在水文行业，监控模块可由水位计、雨量计、流量计、流速计中的一种或任意组合构成。如图1、2所示，在本发明的一实施例中，控制模块采用STM32F103VET6单片机，监控模块由水位计、雨量计、流量计和流速计构成，单片机的COM1至COM4引脚分别连接水位计、流量计、流速计和NB-IOT收发模块，单片机的DI0口连接雨量计。
较优的，电源模块包括：电池、充电插口、连接在电池和充电插口之间的充电管理模块，充电管理模块控制电池的充放电状态。充电管理模块通常具有充电监控模块、调节模块及保护模块，充电监控模块可监控电池的充电电流、充电电压及电池电量等参数，通过调节模块升高或降低充电电流及充电电压，以使其符合电池的充电需要，保护模块可在电池电量充满时断开充电回路，避免电池过充电存在的安全隐患，当然保护模块也可以在电池电量低时断开放电回路，避免电量过放对电池造成的伤害，实际应用中，充电管理模块可根据具体需要进行设计。由于NB-IOT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IOT设备功耗可以做到非常小，可以保障电池5年以上的使用寿命。
遥测终端的发展趋势是电池供电的执行器、传感器会增多，通信次数会大幅增加，智能终端会逐步具备自检、自校、报警等功能，终端厂家不必自己组网等。本发明的无线遥测终端机由于具备成本低、功耗低、无需自己组网等优点而符合市场需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于NB-IOT的无线遥测终端机，包括：控制模块，所述控制模块连接有监控模块、电源模块及通讯模块，所述监控模块向所述控制模块发送检测信号，所述电源模块给所述控制模块供电，所述通讯模块与工作站无线连接；
其特征在于，所述通讯模块采用NB-IOT收发模块，所述控制模块通过通讯模块与工作站进行数据交互。
2.如权利要求1所述的无线遥测终端机，其特征在于，所述监控模块包含至少一个传感器。
3.如权利要求2所述的无线遥测终端机，其特征在于，所述监控模块由水位计、雨量计、流量计、流速计中的一种或任意组合构成。
4.如权利要求1至3任一项所述的无线遥测终端机，其特征在于，所述电源模块包括：电池、充电插口、连接在电池和充电插口之间的充电管理模块，所述充电管理模块控制所述电池的充放电状态。
5.如权利要求3所述的无线遥测终端机，其特征在于，所述控制模块采用STM32F103VET6单片机。
6.如权利要求5所述的无线遥测终端机，其特征在于，所述监控模块由水位计、雨量计、流量计和流速计构成，所述单片机的COM1至COM4引脚分别连接水位计、流量计、流速计和NB-IOT收发模块，所述单片机的DI0口连接雨量计。
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