CN109005520A - 一种基于nb-iot的低功耗智能传感器采集节点 - Google Patents

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李晓武
刘超
向南
高凤
王铂涵
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Abstract

本发明涉及一种基于NB‑IOT的低功耗智能传感器采集节点，其包括RS485传感器接口模块、RS485传感器供电管理模块、数据存储模块、NB‑IOT无线发射模块、电池及电源管理模块、主控模块。其中RS485传感器接口模块为RS485接口的传感器提供硬件接口，把数据转换成标准的串口TTL电平信号提供给主控模块；RS485传感器供电管理模块为RS485接口的传感器提供电源，使得外接的传感器能够正常工作；数据存储模块是用来存储采集节点的配置参数及采集到的传感器数据；NB‑IOT无线发射模块供主控模块使用；本发明实现了不同协议的RS485接口的传感器无线组网和数据采集的归一化，与传统的数据采集相比简化了无线数据采集系统的软硬件架构，并具有超低功耗，覆盖范围广等优点。

Description

一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点
本发明涉及传感器数据采集技术领域，特别涉及一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点。
背景技术
以物联网为代表的信息通信技术驱动着新一轮科技革命与产业变革，深刻改变着传统产业形态和生活方式。物联网的通信技术主要分为两种，一种是短距离通信方式，如Zigbee、WIFI、蓝牙等通信方式，另一种则是基于传统运营商的2G/3G/4G等长距离通信方式。但是这2种通信技术都不能兼顾长距离和低功耗，都不适合作为物联网的通信技术。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构建于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，具有长距离传输、海量连接、深度覆盖、低功耗、低成本等优势，特别符合物联网传感器采集节点采集频率低，微功耗的要求。
在工业控制、电力通讯、智能仪表、物联网传感器数据采集等领域，RS485得到了广泛的应用，主要有这几个优点，RS485是差分信号传输，可以抑制复杂现场环境产生的共模干扰，抗干扰能力强；RS485通信速度快，最大传输速度可以达到10Mb/s以上；RS485传输距离长，最大距离可以到1200米；RS485可以在总线上进行联网实现多机通信，简化了布线；RS485的接口非常简单，只需要一个RS485转换器，就可以直接和我们单片机的UART串行接口连接起来，并且完全使用的是和UART一致的异步串行通信协议。目前在物联网数据采集领域，绝大部分的传感器都支持RS485的通信方式。
由于厂家众多，目前的各种类型的物联网传感器的通信接口、通信协议、功耗控制都不统一，这就造成了在搭建物联网传感器采集系统的时候，通常都是采用多种通信方式共存的网络架构，网络比较复杂，增加了布设的难度和出问题的可能性，此外，很多物联网传感器没有实现低功耗的功能，在供电方式上就需要拉线或者太阳能的方式供电，进一步增加了施工的难度。因此如何实现较为理想的低功耗、网络架构简单的传感器数据采集是物联网传感器采集面临的一个大问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，该节点采用NB-IOT做为物联网通信方式，通过程序实现了多协议收发处理和转换，并以低功耗的方式工作，实现了不同协议的RS485接口的传感器无线组网和数据采集的归一化，与传统的数据采集相比简化了无线数据采集系统的软硬件架构，并具有超低功耗，覆盖范围广等优点。
为了实现以上目的，本发明是通过下述方案实现的：
本发明提供了一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，所述的采集节点包括外壳，所述的外壳内部固定有电路板，电路板上的模块包括：RS485传感器接口模块、RS485传感器供电管理模块、数据存储模块、NB-IOT无线发射模块、电池及电源管理模块、主控模块。
所述的RS485传感器接口模块为RS485接口的传感器提供硬件接口，把数据转换成标准的串口TTL电平信号提供给主控模块；RS485传感器供电管理模块为RS485接口的传感器提供电源，使得外接的传感器能够正常工作；数据存储模块是用来存储采集节点的配置参数及采集到的传感器数据；NB-IOT无线发射模块供主控模块使用，发送采集到的数据到数据服务器；电池及电源管理模块实现了整个采集节点的供电及低功耗管理；主控模块是整个采集节点的控制核心，所有的功能都由主控模块来总体控制和调度。
本发明的进一步设置为：所述的采集节点的外壳为防水外壳,适用于室内或者室外使用。
本发明的进一步设置为：所述的RS485传感器接口模块支持所有RS485硬件接口类型的传感器接入。
本发明的进一步设置为：所述的RS485传感器供电管理模块给RS485接口的传感器提供的直流电源电压可调节,可选的直流电压分别为5V、9V、12V、24V。
本发明的进一步设置为：所述的主控模块通过程序实现了多协议收发处理和转换，可以处理modbus协议以及常用的私有RS485协议，并且可以通过程序在线升级，不断增加新的RS485协议。
本发明的进一步设置为：所述的电池及电源管理模块中的电池为低自放、长寿命的电池。
本发明的进一步设置为：所述的智能传感器采集节点以间歇式唤醒的低功耗工作方式。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：软硬件结构简单，超低功耗，覆盖范围广、环境适应性强。并且采用智能化管理，操作方便。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的工作流程图。
图中：1-主控模块，2-RS485传感器供电管理模块，3-RS485传感器接口模块，4-电池及电源管理模块，5-NB-IOT无线发射模块，6-主控模块，11-多协议收发处理模块。
具体实施方式
为了使得本发明的技术手段、工作原理与达成目的易于明确理解，以下结合具体实施例予以说明：
实施例： 如图1所示，电路板上的模块包括：RS485传感器接口模块3、RS485传感器供电管理模块2、数据存储模块6、NB-IOT无线发射模块5、电池及电源管理模块4、主控模块1、主控模块内的多协议收发处理模块11。主控模块1间歇式的从低功耗唤醒，每次唤醒的时候，主控模块1会给RS485传感器接口模块3、RS485传感器供电管理模块2上电，这个时候外接于RS485传感器接口模块3的RS485接口的传感器得到电源，开始工作。主控模块1调用多协议收发处理模块11和RS485传感器接口模块3读取 RS485接口传感器的数据，传感器返回的数据经过多协议收发处理模块11的处理以后发送给主控模块1，主控模块1给数据存储模块6上电，把接收到的传感器数据存储到数据存储模块6中，最后，主控模块1给NB-IOT无线发射模块5上电，通过NB-IOT无线发射模块5把采集到的数据送到NB-IOT服务器，主控模块1关掉所有外设的电源，进入低功耗模式，单次传感器数据采集过程完成。循环的进行以上的过程就实现了传感器数据的连续采集。
如图2所示，为本发明的工作流程图，主要包括以下步骤：
如步骤S1，传感器采集节点唤醒，初始化外设，给传感器供电；
如步骤S2，传感器采集节点采集并解析传感器数据；
如步骤S3，传感器采集节点存储传感器数据，调用NB-IOT模块把采集到的传感器数据发到服务器；
如步骤S4，传感器采集节点关掉所有外设的电源，进入低功耗模式。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明系统结构和工作方式的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，所述的采集节点包括外壳，所述的外壳内部固定有电路板，其特征在于，包括：RS485传感器接口模块、RS485传感器供电管理模块、数据存储模块、NB-IOT无线发射模块、电池及电源管理模块、主控模块。
2.所述的RS485传感器接口模块为RS485接口的传感器提供硬件接口，把数据转换成标准的串口TTL电平信号提供给主控模块；RS485传感器供电管理模块为RS485接口的传感器提供电源，使得外接的传感器能够正常工作；数据存储模块是用来存储采集节点的配置参数及采集到的传感器数据；NB-IOT无线发射模块供主控模块使用，发送采集到的数据到数据服务器；电池及电源管理模块实现了整个采集节点的供电及低功耗管理；主控模块是整个采集节点的控制核心，所有的功能都由主控模块来总体控制和调度。
3.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的采集节点的外壳为防水外壳,适用于室内或室外使用。
4.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的RS485传感器接口模块支持所有RS485硬件接口类型的传感器接入。
5.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的RS485传感器供电管理模块给RS485接口的传感器提供的直流电源电压可调节,可选的直流电压分别为5V、9V、12V、24V。
6.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的主控模块通过程序实现了多协议收发处理和转换，可以处理modbus协议以及常用的私有RS485协议，并且可以通过程序在线升级，不断增加新的RS485协议。
7.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的电池及电源管理模块中的电池为低自放、长寿命的电池。
8.根据权利要求 1 所述的一种基于NB-IOT的低功耗智能传感器采集节点，其特征在于，所述的智能传感器采集节点以间歇式唤醒的低功耗工作方式。
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