CN108710024A - 一种基于nb-iot技术电量测量系统 - Google Patents

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董双锐
战大成
王权
刘璐
王志超
王云鹏
马佳微
刘志丹
李海达
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Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IOT技术电量测量系统，包括数传模块、服务器、单片机和模拟开关，所述单片机通过控制总线连接模拟开关，模拟开关还通过ADC连接单片机，单片机还通过串口连接数传模块，所述数传模块通过电信NB‑IOT平台连接服务器，本发明可以不改变现场的情况下准确将各个设备用电量统计并做用电量智能分析。多路电量采集，通过NB‑IOT技术传输，将数据通过远端进行分析管理，能够解决多个用电终端的电量同时采集并传输，采用NB‑IOT低功耗广域网传输技术，其特点是功耗低，成本低；解决了传统传输技术功耗大，成本高的问题。

Description

一种基于NB-IOT技术电量测量系统
技术领域
本发明涉及一种测量系统，具体是一种基于NB-IOT技术电量测量系统。
背景技术
现有电量采集技术是用一个电表采集电量；单个电表单独传输；单路电表或多路电表电量采集并不进行数据远传，单路电量数据采集传输采集路数少并无法统计各个用电终端的各个具体用电量。传统的单项电表传输通过2.5G（GPRS）传输，功耗大，成本高。
NB-IOT 基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things,NB-IOT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT构建与蜂窝网络，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，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IOT是IOT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）.NB-IOT支持待机时间长，对网络连接要求较高的高效连接。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。
本设计的NB-IOT技术多用电量精准统计分析终端是将多个设备终端的用电量统一采集并通过窄带物联网技术传输，用户可以通过电脑，手机实时监控管理各个终端的电量采集情况，并呈现大数据分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NB-IOT技术电量测量系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于NB-IOT技术电量测量系统，包括数传模块、服务器、单片机和模拟开关，所述单片机通过控制总线连接模拟开关，模拟开关还通过ADC连接单片机，单片机还通过串口连接数传模块，所述数传模块通过电信NB-IOT平台连接服务器。
作为本发明的进一步技术方案：所述单片机采用STM32系列单片机。
作为本发明的进一步技术方案：所述模拟开关上还连接有多个传感器。
作为本发明的进一步技术方案：所述数传模块为BC95-B5型NB-IOT数传模块。
作为本发明的进一步技术方案：所述服务器连接用户手机端和用户web端。
作为本发明的进一步技术方案：所述模拟开关是CD4051芯片。
作为本发明的进一步技术方案：所述控制总线、串口和ADC为单片机自带模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以不改变现场的情况下准确将各个设备用电量统计并做用电量智能分析。多路电量采集，通过NB-IOT技术传输，将数据通过远端进行分析管理，能够解决多个用电终端的电量同时采集并传输，采用NB-IOT低功耗广域网传输技术，其特点是功耗低，成本低；解决了传统传输技术功耗大，成本高的问题。
附图说明
图1为本发明的结构方框图。
图2为本发明实施例的方框图。
图3为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~3，一种基于NB-IOT技术电量测量系统，包括采用了高端32位微处理器STM32，通过模拟开关对多路传感器进行分时切换，采集到的传感器数据通过系统内数据算法优化，提高采集数据的准确性，最大限度体现实时用电情况；通过NB-IOT数传模块将采集的数据传输到NB-IOT平台，再转发至服务器。
设备数据采集部分：通过模拟开关切换要采集的传感器通道，通过模数转换单元，将电流的模拟量转化为数字量，再通过内部的软件计算电压、电流与时间的乘积，得到最终的电量值，存储于存储器中。
数据传输部分：通过NB-IOT数传模块（BC95-B5）将采集到的数据传输至NB平台再转发至服务器。
用户查询:用户可以通过web前端和手机App来查看用户的各个设备在各个时间段的耗电量。
本发明的工作原理是：
模数转换：模拟信号只有通过A/D化为数字信号后才能用软件进行处理，这一切都是通过A/D转换器（ADC）来实现的。与模数转换相对应的是数模转换，数模转换是模数转换的逆过程，接下来本文将主要介绍几种模数转换的方法以及模数转换器的参数等。
NB-IOT基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IOT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz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是IOT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。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。
模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能。采用CD4051芯片实现了对信号链路关断或者打开；由于其功能类似于开关，而用模拟器件的特性实现，成为模拟开关。
模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。
下面将结合本发明实施例中的电路原理图附件，对本发明实施例中的电路图进行完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1，传感器数据采集电路：参照图纸1分析附件中的原理图，原理图中将两个电流传感器集成到一个8针的接线端子中，每一路传感器都经过一组偏置电路连接到一个模拟开关的输入端，在本实施例中，采集了16路传感器的电流值，因此在电路的设计中需要两个8位模拟开关，STM32单片机通过三根IO控制线控制模拟开关使用哪个通道，在模拟开关的输出端直连到了STM32单片机的ADC的数据采集输入端，通过这种方式，单片机实现了16路传感器被分时采集到STM32的CPU内，经过CPU的运算就能够计算出被采集传感器的功率和耗电量，除此之外，STM32单片机的一路UART（通用异步收发器）经过max3232芯片被转换成了RS232电平，方便用户对设备运行状态的监控，在数据存储方面，本发明实施例中采用了一片EEPROM芯片FM25CL64，和一片FLASH存储芯片W25Q128FV，通过这两个芯片可以把采集到的电量信息存储到本地，除此之外，STM32的一路uart通过max3485芯片转换成了RS485接口，方便系统功能的扩展。
2，主控芯片电路：本发明实施例中的主控芯片采用高性能的STM32f103r8t6单片机,主控芯片的主时钟采用的是外部8Mhz的晶体振荡器，为CPU以及芯片的外围设备提供精准的时钟源。主控芯片在整个设计中起着至关重要的作用，扮演着本实施例的大脑角色，存储于主控芯片中的程序决定着如何切换模拟开关以及何时启动ADC的转换，并根据内部的算法计算传感器的电流值，该主控芯片提供了三路uart，其中的两路用于RS232的调试接口和RS485的扩展，第三路则用于控制NB-IOT模块（BC95-B5）与服务器进行交互。
3，NB-IOT模块的外围电路：本实施例中广域网通信方案采用的是NBIOT通信技术，采用的模组为上海移远科技的BC95-B5，为了兼容BC95与主控芯片STM32的IO电压，本实施例中将BC95与STM32通信的链路中串入了限流电阻，在BC95模块的电源处，并联了三个电容来减少电源对BC95的冲击。
4，电源设计：本实施例中的电源是由现场提供的DC54V，然后经由DC-DC模块转换成DC12V,然后再经由LM2596S-5V将DV12V转换成了DC5V的电压，由于BC95与主控芯片STM32的工作电压不同，因此需要借助LDO芯片LM1117-ADJ和LM1117-3.3将DC5V转换成3.8V和3.3V分别给BC95和STM32提供电源。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于NB-IOT技术电量测量系统，包括数传模块、服务器、单片机和模拟开关，其特征在于，所述单片机通过控制总线连接模拟开关，模拟开关还通过ADC连接单片机，单片机还通过串口连接数传模块，所述数传模块通过电信NB-IOT平台连接服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述单片机采用STM32系列单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述模拟开关上还连接有多个传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述数传模块为BC95-B5型NB-IOT数传模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述服务器连接用户手机端和用户web端。
6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述模拟开关是CD4051芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述控制总线、串口和ADC为单片机自带模块。
8.根据权利要求3所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，所述传感器包括两个电流传感器，两个电流传感器集成到一个8针的接线端子中，每一路传感器都经过一组偏置电路连接到一个模拟开关的输入端，STM32单片机通过三根I/O控制线控制模拟开关，模拟开关的输出端直接连接STM32单片机的ADC的数据采集输入端，STM32单片机的一路UART经过max3232转换成RS232接口，STM32的另一路UART通过max3485芯片转换成了RS485接口。
9.根据权利要求3所述的一种基于NB-IOT技术电量测量系统，其特征在于，还包括存储器，所述存储器包括一片EEPROM芯片FM25CL64和一片FLASH存储芯片W25Q128FV。
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