CN213279649U - 一种NB-IoT无线通信电路 - Google Patents
一种NB-IoT无线通信电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN213279649U CN213279649U CN202022342855.6U CN202022342855U CN213279649U CN 213279649 U CN213279649 U CN 213279649U CN 202022342855 U CN202022342855 U CN 202022342855U CN 213279649 U CN213279649 U CN 213279649U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- iot
- power supply
- wireless communication
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Transceivers (AREA)
Abstract
一种NB‑IoT无线通信电路，包括电源变换电路，电源变换电路的输入端与前级电源输出端连接，电源变换电路的输出端连接至限能电路输入端，限能电路输出端连接至NB‑IoT电路的电源端；NB‑IoT电路中NB‑IoT芯片的UART接口和WKUP引脚与MCU电路中MCU芯片的GPIO连接；NB‑IoT电路的电源端放置电容储能电路，电源变换电路输出电压等于NB‑IoT电路最高工作电压。所述电容储能电路由2个220uF电容并联而成，放置在NB‑IoT电路中NB‑IoT芯片电源引脚1cm范围内。本实用新型克服了上述型电路限能和无线发射时瞬间高耗能间的矛盾，使得NB‑IoT无线通信技术得以在型防爆产品上应用。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电路技术领域，设计电路和无线通信功率控制，具体涉及一种NB-IoT无线通信电路。
背景技术
NB-IoT全称NarrowBand–InternetofThing，是基于蜂窝网络的窄带物联网技术，具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点。近年来随着技术的不断创新应用，当前的物联网应用理念实现普及，在“智慧城市”建设中，物联网已经在环境、交通、市政、家居等领域广泛应用。在工业领域物联网也逐渐开始普及，如物联网仪表、物联网数据采集系统等。
对于石化行业防爆场所的大量仪器仪表，数据的采集和监控消耗大量人力物力，使用NB-IoT技术可很大程度降低这一成本，同时可提高数据采集的实时性和可靠性，降低人员安全风险。然而由于防爆场所的特殊性，具有NB-IoT功能的仪器仪表必须同时满足相应的防爆性能才能在防爆场所使用。目前防爆场所的仪器仪表多采用隔爆型和型防爆型式。隔爆型防爆型式外壳笨重，体积大，要求较大的安装空间。电路防爆型式通过限制电路能量，对结构没有要求，因此型防爆产品一般体积小、重量轻，易于安装，受到安全行业的青睐。基于NB-IoT网络的无线通信，与其他无线通信产品类似，在无数据发送时，NB-IoT电路处于空闲状态，消耗极小的电流；在进行数据发送时，与NB-IoT电路中的功率放大模块瞬时消耗极大的电流。对于电路，其特点在于通过限制电路能量来达到安全目的，与NB-IoT电路数据发送时要求提供瞬间大电流相互冲突。即电路的限能作用会导致NB-IoT无线通信失败，同时，瞬间的脉冲电流还会引起电路电压跌落，当电压跌落超过电路最小工作电压时，还会引起电路复位甚至死机。因此目前上述防爆场所类产品很少有型无线仪表。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种NB-IoT无线通信电路，克服上述型电路限能和无线发射时瞬间高耗能间的矛盾，使得NB-IoT无线通信技术得以在型防爆产品上应用。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下电路：
一种NB-IoT无线通信电路，包括电源变换电路，电源变换电路的输入端与前级电源输出端连接，电源变换电路的输出端连接至限能电路输入端，限能电路输出端连接至NB-IoT电路的电源端；NB-IoT电路中NB-IoT芯片的UART接口和WKUP引脚与MCU电路中MCU芯片的GPIO连接；NB-IoT电路的电源端放置电容储能电路。
进一步的，电源变换电路输出电压等于NB-IoT电路最高工作电压。
进一步的，限能电路限制电源变换电路最大输出电流不能超过国标《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由型“i”保护的设备》中表A中规定的参数。
进一步的，限能电路限制电源变换电路输出电压不能超过设计电压的1.3倍。
进一步的，所述电容储能电路的电容值不超过国标《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由型“i”保护的设备》中表A中规定的参数。
进一步的，所述电容储能电路放置在NB-IoT电路中NB-IoT芯片电源引脚1cm范围内。
进一步的，所述电容储能电路由2个220uF电容并联而成。
进一步的，所述GPIO与UART、WKUP间增加电平转换电路。
所述MCU电路通过UART接口读取当前NB-IoT网络信号质量，MCU中软件算法通过获取的当前NB-IoT网络信号质量值计算出当前数据发送时NB-IoT电路所需电流，当NB-IoT网络信号质量下降至启动无线通信NB-IoT电路所需电源电流大于限能电路限定值时，MCU强制NB-IoT电路处于空闲状态；当监测到NB-IoT网络信号质量提高至启动无线通信所需电源电流小于限能电路限定值时，再启动数据无线传输。
本实用新型的有益效果：
通过采用限能电路限制NB-IoT电路工作能量，使得NB-IoT电路也符合本质安全电路要求；在NB-IoT电路中NB-IoT芯片的电源引脚端增加符合本质安全要求的电容储能电路，为NB-IoT电路提供无线传输时的瞬时能量，保证NB-IoT电路正常工作；MCU电路通过监测NB-IoT网络信号质量，限定NB-IoT电路的最大工作电流，解决了在NB-IoT网络信号质量较弱环境下，NB-IoT电路工作电流较大引起限能电路产生较大压降，导致电路出现复位和死机现象。该电路算法简单，低成本、高安全性，实现了NB-IOT技术在防爆场所型产品上的应用。
附图说明
图1为本实用新型提供一种NB-IoT无线通信电路的结构示意图；
图2为实际测试NB信号质量与通信电流需求的对应关系图；
图3为NB-IoT电路工作电流监测图；
图4为本实用新型的MCU软件控制流程图；
图5为本电路与常规电路NB-IoT数据传输时对供电电源的跌落情况对比；
图1中：1为电源变换电路；2为限能电路；3为NB-IoT电路；4为MCU电路；5为电容储能电路。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释，并不用以限制本实用新型。
参见图1所示，一种NB-IoT无线通信电路，包括电源变换电路(1)，电源变换电路(1)的输入端与前级电源输出端连接，电源变换电路(1)的输出端连接至限能电路(2)输入端，限能电路(2)输出端连接至NB-IoT电路(3)的电源端；NB-IoT电路(3)中NB-IoT芯片的UART(串口)接口和WKUP(唤醒信号)引脚与MCU电路(4)中MCU芯片的GPIO连接，所述GPIO与UART、WKUP间增加电平转换电路；NB-IoT电路(3)的电源端放置电容储能电路(5)。电容储能电路(5)放置在NB-IoT电路中NB-IoT芯片电源引脚1cm范围内，由2个220uF电容并联而成。
限能电路(2)限制电源变换电路(1)最大输出电流、电容储能电路(5)的电容值均不能超过国标《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由型“i”保护的设备》中表A中规定的参数。
依照上述电路，电源电路选择BUCK降压电路，将前级提供的12V电源降压值3.6V，选用的降压芯片最大输出电路1A。限能电路采用金属膜电阻限制电流，稳压二极管限制输出电压，采用3重保护，依照国标，限能电阻选择1.2欧2W电阻，二极管选用6.2V2W稳压型二极管，限能电路限制电源电路输出最大电流1A，稳压管限制NB-IoT电路最大储能电容值500uF。NB-IOT电路中NB芯片选用中移物联网公司的M5311型全网通NB芯片，工作电压2.3V～3.6V。电容储能电路选用2个220uF钽电容并联以降低ESR值。MCU电路中MCU选用ST公司的STM32F103系列单片机。
表A.1电压和设备级别相对应的允许短路电流
表A.2(续)
根据限能电路器件参数，计算电路本的本安参数最大短路电流1A，按1.5倍安全系数计算最大为1.5A；最大负载电容440uF，按1.5倍安全系数计算为660uF。本安参数均符合国标要求(如上表)。
MCU通过串口实时采集当前NB信号质量，根据NB信号质量值计算当前启动数据发送任务需要消耗的电流，当计算消耗电流值超过设定门限，则禁止NB启动数据发送任务。实际测试NB信号质量与通信电流需求的对应关系如下图2所示。
实验时，测的NB信号质量为22，NB-IoT工作电流为192mA，如下图3所示为NB-IoT电路工作电流监测图，其中大电流点为进行数据无线传输。经计算，190mA电流在本安限能电阻上引起的压降为0.692V，此时NB-IoT电路实际供电电压为2.908V(3.6V-0.43V)，大于NB-IoT电路的最小工作电压2.3V，电路工作正常。
综上，本实用新型提供了一种NB-IoT无线通信电路，电源电路输出端连接至本安限能电路输入端；本安全限能电路输出端连接至NB-IoT电路，NB-IoT电路与限能电路之间增加储能电路；MCU电路通过GPIO与NB-IoT电路连接，MCU采集当前网络环境的NB信号质量，通过信号质量控制NB-IoT电路功率，可以解决限能电路与NB-IoT无线通信瞬间大耗能间的矛盾，实现NB-IoT电路的化。
此外，本实用新型的MCU软件控制流程如下图4：
MCU在启动数据发送任务前，连续3秒查询当前网络环境下的NB信号质量，当NB-IoT芯片返回NB信号质量值在13-31范围内时，MCU进入NB-IoT数据发送任务，控制NB-IoT芯片进行数据发送。当NB-IoT芯片返回NB信号质量值在1-12范围内时，MCU通过GPIO控制NB芯片WKUP引脚为低电平，强制芯片进入空闲模式。
对比使用本电路与常规电路NB-IoT数据传输时对供电电源的跌落情况如下图5(左图为常规电路NB引起的电源跌落，右图为本电路NB引起的电源跌落)。
对比测试可知，采用本实用新型的NB-IoT无线通信设计电路，在本质电路的基础上，NB无线数据发送时，对电源电压造成的跌落明显降低，有效解决了因电源跌落造成的电路复位、死机现象。
以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
Claims (8)
1.一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，包括电源变换电路(1)，电源变换电路(1)的输入端与前级电源输出端连接，电源变换电路(1)的输出端连接至限能电路(2)输入端，限能电路(2)输出端连接至NB-IoT电路(3)的电源端；NB-IoT电路(3)中NB-IoT芯片的UART接口和WKUP引脚与MCU电路(4)中MCU芯片的GPIO连接；NB-IoT电路(3)的电源端放置电容储能电路(5)。
2.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述电源变换电路(1)输出电压等于NB-IoT电路(3)最高工作电压。
3.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述限能电路(2)限制电源变换电路(1)最大输出电流不能超过国标《GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由型“i”保护的设备》中表A中规定的参数。
4.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述限能电路(2)限制电源变换电路(1)输出电压不能超过设计电压的1.3倍。
5.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述电容储能电路(5)的电容值不超过国标《GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由型“i”保护的设备》中表A中规定的参数。
6.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述电容储能电路(5)放置在NB-IoT电路中NB-IoT芯片电源引脚1cm范围内。
7.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述电容储能电路(5)由2个220uF电容并联而成。
8.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线通信电路，其特征在于，所述GPIO与UART、WKUP间增加电平转换电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022342855.6U CN213279649U (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种NB-IoT无线通信电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022342855.6U CN213279649U (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种NB-IoT无线通信电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN213279649U true CN213279649U (zh) | 2021-05-25 |
Family
ID=75950304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202022342855.6U Active CN213279649U (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种NB-IoT无线通信电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN213279649U (zh) |
-
2020
- 2020-10-20 CN CN202022342855.6U patent/CN213279649U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203339816U (zh) | 一种感应取电的电源管理系统 | |
| CN110571941A (zh) | 一种无线电能传输系统及其负载识别定位方法 | |
| CN107172724B (zh) | 一种基于LoRa技术的网关 | |
| CN213279649U (zh) | 一种NB-IoT无线通信电路 | |
| CN210071937U (zh) | 一种负荷监测装置 | |
| CN215268079U (zh) | 一种开关电源并联供电系统 | |
| CN114200202B (zh) | 一种计量电路及其取电方法和介质 | |
| CN212459832U (zh) | 电压告警装置及系统 | |
| CN211860148U (zh) | 掉电告警装置及系统 | |
| CN210833863U (zh) | 光检测设备 | |
| CN108574294A (zh) | 一种主动逆功率保护方法 | |
| CN209627047U (zh) | Ups电源 | |
| CN221008227U (zh) | 一种14-24v宽电压输入dc-atx电源模块 | |
| CN219436700U (zh) | 一种高压直流发电机降压充电装置 | |
| CN212518455U (zh) | 一种低压直流供电系统智能终端主动功率调节控制系统 | |
| CN211785759U (zh) | 一种具有上电掉电提醒功能的物联监测终端 | |
| CN217010707U (zh) | 一种空载降压电路 | |
| CN217846675U (zh) | 一种基于4g数据传输的低功耗小型气象站 | |
| CN214822707U (zh) | 一种具有唤醒功能的交流充电cc信号检测电路 | |
| CN214585692U (zh) | 一种违规用电监控装置及系统 | |
| CN210327128U (zh) | 电容供电电路 | |
| CN109030965B (zh) | 一种带组网功能的三相电缺相检测装置 | |
| CN211718719U (zh) | 一种末端电能管控终端 | |
| CN217848985U (zh) | 一种无人车电池电压转换电路 | |
| CN218273127U (zh) | 一种外接设备状态感知装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |