TWI703892B - 窄頻物聯網裝置 - Google Patents

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    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

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  • Selective Calling Equipment (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

一種連接至少一電子裝置及一電源的窄頻物聯網裝置。包含一控制單元、一通訊單元及一電源單元。該控制單元包括一資訊控制模組及至少一資訊輸入端口。該資訊輸入端口與該電子裝置連接以將該電子裝置的資訊傳輸至該資訊控制模組。該通訊單元包括一無線通訊模組。該無線通訊模組選自於窄頻物聯網(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)以提供該資訊控制模組利用無線網路傳輸資訊。該電源單元包括一電源管理模組及一電力輸入端口。該電力輸入端口與該電源連接以使該電源管理模組對該電源之電力進行管理,並提供該窄頻物聯網裝置運作之電力。

Description

窄頻物聯網裝置
本發明是有關於一種無線資訊傳輸裝置,尤其是一種窄頻物聯網裝置。
物聯網(Internet of Things;縮寫IoT),指的是物物相連,每個裝置都可以透過網路來互相交換訊息,以達成遠端監控的功能。IoT這個概念不算太新的名詞,早在1995年比爾蓋茲的《未來之路》一書中,就首次提到了物聯網的概念。
然而,當年受限於技術瓶頸,IoT產業一直沒有廣大地發展起來。直到近年雲端運算、雲端儲存成本降低,以及大數據、AI等技術應用的提升,再加上終端連網數量不斷的增加,IoT技術才終於在近幾年逐漸由學界及業界重視,並大鳴大放了起來。
其中,低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network;縮寫LPWAN)之新興無線通訊技術逐漸受到關注,能大幅擴展物聯網的應用情境,其中,「SIGFOX」、「LoRa」、「NB-IoT」均為LPWAN技術之一種,也正是LPWAN技術中市場滲透率最高的技術。
不同於傳統的Wi-Fi、Bluetooth等短距離通訊協定,LPWAN因為具有低耗電、低速度、低資料量、低成本等特性,因此非常適合用在智慧能源、智慧城市、智 慧農業,例如海上油井設施、停車位管理、農場牛隻追蹤、魚塭水質監控、土石流監控等低頻次資料傳輸的應用場域。
雖然與SIGFOX、LoRa等其他LPWAN技術相比,NB-IoT技術發展起步較晚。不過,由於它是由國際電信標準制定組織3GPP所支持,針對IoT所打造的電信級網路,對於網路傳輸品質、數據安全都有更高的保障,再加上建置成本較低,電信商不用大幅更改現行的4G LTE電信網路架構,就能快速部署,因而備受各國電信商所支持。
但是要完成實際應用,除了要有上述電信網路架構支持之外,還需要有一模組來做為應用承載,目前市面上並無此類終端產品存在,而必須要由系統或整合元件供應商來主導專門客製提供。因為是特別進行整合,所以需要費用較高,對於想要直接應用的使用者來說相當不便,也拉高了NB-IoT的推廣應用門檻。
因此,如何建構一種用於NB-IoT之控置模組,以利使用者直接編輯程式,並設置於長距離監視及控制之用,以降低NB-IoT的使用門檻,是相關技術人員亟需努力的目標。
有鑑於此,本發明之一目的是在提供一種窄頻物聯網裝置,適用於連接至少一電子裝置及一電源,該窄頻物聯網裝置包含一控制單元、一通訊單元,及一電源單元。
該控制單元包括一資訊控制模組,及至少一與該資訊控制模組連接之資訊輸入端口,該資訊輸入端口用以與該電子裝置連接以將該電子裝置之資訊傳輸至該資訊控制模組。
該通訊單元包括一與該資訊控制模組連接之無線通訊模組,該無線通訊模組選自於窄頻物聯網(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)以提供該資訊控制模組利用無線網路傳輸資訊。
該電源單元包括一與該資訊控制模組連接之電源管理模組,及一與該電源管理模組連接之電力輸入端口,該電力輸入端口用以與該電源連接以使該電源管理模組對該電源之電力進行管理,並提供該窄頻物聯網裝置運作之電力。
本發明的又一技術手段,是在於上述之該控制單元更包括一設置於該資訊控制模組及該無線通訊模組間之第一電力控制模組,該資訊控制模組與該電力輸入端口連接,該無線通訊模組於無線資訊傳輸時可取得適當之輸出功率,該第一電力控制模組用以依據該無線通訊模組之適當輸出功率控制該資訊控制模組輸出至該無線通訊模組的電力。
本發明的另一技術手段,是在於上述之該控制單元更包括一與該資訊控制模組連接之計時模組,該計時模組用以提供該資訊控制模組取得時間資訊。
本發明的再一技術手段,是在於上述之該控 制單元更包括一與該資訊控制模組連接之記憶模組,該記憶模組用以提供該資訊控制模組記憶資料。
本發明的又一技術手段,是在於上述之該控制單元更包括一與該資訊控制模組連接之顯示模組,該顯示模組用以提供該資訊控制模組顯示運作的狀況。
本發明的另一技術手段,是在於上述之該電源單元更包括一與該資訊控制模組及該電源管理模組連接之參考電壓模組,該參考電壓模組用以提供參考電壓以使該電源管理模組及該資訊控制模組之工作電壓一致。
本發明的再一技術手段,是在於上述之該電源單元更包括一與該資訊控制模組連接之電池刷新模組,該電池刷新模組提供該資訊控制模組取得該電源之電力。
本發明的又一技術手段,是在於上述之該電源單元更包括一與該資訊控制模組及該電源管理模組連接之穩壓模組,該穩壓模組用以穩定該電源管理模組供應至該資訊控制模組的電壓。
本發明的另一技術手段,是在於上述之該控制單元更包括至少一與該資訊控制模組連接之電力輸出端口,該電力輸出端口用以與該電子裝置連接以供應該電子裝置運作之電力。
本發明的再一技術手段,是在於上述之該控制單元更包括一與該資訊控制模組連接之第二電力控制模組,該第二電力控制模組用以控制該電力輸出端口是否對外輸出電力。
本發明之有益功效在於,該電源單元之電力輸出端口可以提供該電源連接,該電源管理模組管理該電源之電力,以避免無謂的運算造成電力的損耗,有助延長該電源之電力的使用時間,該控制單元之第一電力控制模組可以適當地控制該無線通訊模組使用的電力,也可以延長該電源之電力的使用時間,該第二電力控制模組依據設定的時間開啟該電力輸出端口的電力,可以避免無謂的電力消耗,令該窄頻物聯網裝置可以設置於偏遠沒有電力系統供電之地區,並監控該地區的電子裝置。
31‧‧‧電子裝置
32‧‧‧電源
33‧‧‧控制單元
331‧‧‧資訊控制模組
332‧‧‧資訊輸入端口
333‧‧‧第一電力控制模組
334‧‧‧計時模組
335‧‧‧記憶模組
336‧‧‧顯示模組
337‧‧‧電力輸出端口
338‧‧‧第二電力控制模組
34‧‧‧通訊單元
341‧‧‧無線通訊模組
35‧‧‧電源單元
351‧‧‧電源管理模組
352‧‧‧電力輸入端口
353‧‧‧參考電壓模組
354‧‧‧電池刷新模組
355‧‧‧穩壓模組
41‧‧‧蚵架
42‧‧‧浮具
43‧‧‧水面
44‧‧‧窄頻物聯網裝置
45‧‧‧第一電子裝置
46‧‧‧第二電子裝置
圖1是一裝置示意圖,說明本發明一種窄頻物聯網裝置之一較佳實施例;及圖2是一使用示意圖,說明該較佳實施例之使用態樣。
有關本發明之相關申請專利特色與技術內容,在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中,將可清楚地呈現。
參閱圖1,為本發明一種窄頻物聯網裝置之一較佳實施例,該窄頻物聯網裝置適用於連接至少一電子裝置31及一電源32,該窄頻物聯網裝置包含一控制單元33、一通訊單元34,及一電源單元35。
該控制單元33包括一資訊控制模組331、至少一與該資訊控制模組331連接之資訊輸入端口332、一 設置於該資訊控制模組331及該無線通訊模組341間之第一電力控制模組333、一與該資訊控制模組331連接之計時模組334、一與該資訊控制模組331連接之記憶模組335、一與該資訊控制模組331連接之顯示模組336、至少一與該資訊控制模組331連接之電力輸出端口337,及一與該資訊控制模組331連接之第二電力控制模組338。
該通訊單元34包括一與該資訊控制模組331連接之無線通訊模組341。
該電源單元35包括一與該資訊控制模組331連接之電源管理模組351、一與該電源管理模組351連接之電力輸入端口352、一與該資訊控制模組331及該電源管理模組351連接之參考電壓模組353、一與該資訊控制模組331連接之電池刷新模組354,及一與該資訊控制模組331及該電源管理模組351連接之穩壓模組355。
該電子裝置31可以收發數位資訊、類比資訊,或電阻資訊。舉例來說,電子式水表、電子式壓力計、電子式溫度計、電子式濕度計等,或是可程式控制器(PLC)、微控制器、電子式家具等。由於該電子裝置31種類繁多,於此不再詳加贅述。
該電源32為一般的蓄電池,可提供直流電壓的電源,較佳的是一種具有超低放電特性的電池,以提供該窄頻物聯網裝置設置於輸電系統無法到達的區域,並節省電力消耗。
該資訊控制模組331是一種微控制電路 (MCU),內建記憶電路,可以儲存程式以提供該資訊控制模組331運作,使用者可以編輯該資訊控制模組331專屬該電子裝置31的程式,以監視或控制該電子裝置31,較佳地,使用者可以利用該通訊單元34編輯該資訊控制模組331中的程式。
該資訊輸入端口332用以與該電子裝置31連接以使該電子裝置31與該資訊控制模組331傳輸資訊,該資訊輸入端口332可以使用RS232、RS485、USB、或一般的電極接點。
其中,該資訊控制模組331與該電力輸入端口352連接,以將該電源32之電力提供給該無線通訊模組341及該電子裝置31。該控制單元33內部為一般電子元件,也就是積體電路(IC),用電量極小,單利用該電源單元35提供之電力即可使該控制單元33穩定的運作,但是該無線通訊模組341及該電子裝置31使用的電量無法標準,因此該無線通訊模組341及該電子裝置31之運作電量直接由該電源32所提供,而該第一電力控制模組333及該第二電力控制模組338再分別控制該無線通訊模組341及該電子裝置31的電力。
該無線通訊模組341選自於窄頻物聯網(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)以提供該資訊控制模組331利用無線網路傳輸資訊(4G/5G Module),該無線通訊模組341於無線資訊傳輸時可取得適當之輸出功率,該第一電力控制模組333用以依據該無線通訊模組341 之適當輸出功率控制該資訊控制模組331輸出至該無線通訊模組341的電力。無線訊號的傳輸功率會依據傳輸距離而增加,當無線傳輸距離較長就必須使用較大的功率傳輸無線資訊,當無線傳輸距離較短可以減少功率來傳輸無線資訊。
該無線通訊模組341可依據接收之無線訊號的強弱來判斷無線資訊的傳輸距離,也可以不同的功率輸出來判斷是否收到回傳的資訊,由於該無線通訊模組341取得適當之輸出功率之技術手段種類繁多,也實際運用於手機產品中,於此不再詳加贅述。
該計時模組334用以提供該資訊控制模組331取得時間資訊,該計時模組334為電子式計時元件(RTC)。該計時模組334具有時間資訊,以使遠端的接收者可以取得數據的記錄時間,該計時模組334也可以提供該第二電力控制模組338定時開啟該電力輸出端口337的電源32。
該記憶模組335用以提供該資訊控制模組331記憶資料,該記憶模組335為電子式記憶元件(FRAM/FLASH)。本發明之窄頻物聯網裝置是一種記錄資訊並以省電的方式將記錄的資訊以無線輸出的技術傳輸至遠端的電腦,不是一種即時控制裝置,因此由該資訊輸入端口332取得的資訊會先儲存於該記憶模組335,該資訊控制模組331再將儲存於該記憶模組335的資料傳輸出去。
該顯示模組336用以提供該資訊控制模組 331顯示運作的狀況,可以使用LCD/LED,以燈號之顯示來表示該資訊控制模組331是否正在運作。
該電力輸入端口352用以與該電源32連接以使該電源管理模組351對該電源32之電力進行管理,並提供該窄頻物聯網裝置運作之電力。
該參考電壓模組353用以提供參考電壓(VRef)以使該電源管理模組351及該資訊控制模組331之工作電壓一致,可以穩定該電源管理模組351及該資訊控制模組331的工作電壓,能保持始終恆定的一個電壓。參考電壓可以被用於電源供應系統的穩壓器,模擬數字轉換器和數字模擬轉換器,以及許多其他測量、控制系統,令該資訊輸入端口332取得的資訊更為準確。
該電池刷新模組354提供該資訊控制模組331取得該電源32之電力,該電池刷新模組354是一種Battery Refresh Circuit,利用小電流充放電或Pulse充電等方法,消除鉛酸電池的鈍化層,或鎳鎘電池記憶效應之措施,稱之為電池活化。
該穩壓模組355用以穩定該電源管理模組351供應至該資訊控制模組331的電壓,該穩壓模組355是一種系統穩壓電路(Sys VDetect),以提供該資訊控制模組331穩定的壓力(VCD)。
該電力輸出端口337用以與該電子裝置31連接以供應該電子裝置31運作之電力,該電力輸出端口337可以是一般的電極連接點,或是與該資訊輸入端口332 結合成USB連接端口,實際實施時,該資訊輸入端口332及該電力輸出端口337可以使用現有的資訊傳輸端口,不應以此為限。
該第二電力控制模組338用以控制該電力輸出端口337是否對外輸出電力,該第二電力控制模組338可以使用一般的繼電器,或是電子開關,以控制該電力輸出端口337是否輸出電力。
參閱圖2,為本發明之窄頻物聯網裝置使用於養蚵結構之實施態樣。將一蚵架設置於複數浮具(例如浮桶等等…)上,該複數浮具飄浮於水面上,該蚵架為一般的水管或竹子所搭建的蚵架,用來養殖牡蠣。其中,可於其中之一浮具上設置一窄頻物聯網裝置44,一與該窄頻物聯網裝置44連接之第一電子裝置45,及一與該窄頻物聯網裝置44連接之第二電子裝置46。該窄頻物聯網裝置44為本發明揭露的窄頻物聯網裝置,該第一電子裝置45為水質偵測元件,該第二電子裝置46為水面高度偵測元件(例如:浮球開關、紅外線測距儀等等)。實際實施時,該第一電子裝置45也可以是GPS定位元件,不應以此為限。
一般養蚵結構會設置於離海岸一段距離的海面上,電力供應系統無法深入至養蚵場,因此早期養蚵漁民都必須對每一蚵架記憶或記錄,以瞭解哪一蚵架上之牡蠣可以採收,以及採收的位置。
由於牡蠣會隨著養殖時間長大,身上的蚵殼會逐漸增重,該養蚵結構會因為蚵殼之重量有不同的沉水 深度,該第一電子裝置45可以提供該養蚵結構所在位置的水質,該第二電子裝置46可以偵測該養蚵結構之沉水深度以判斷該養蚵結構之牡蠣是否可以採收,或是重量消失養殖資產被竊。
由於牡蠣的養殖時間為6個月至24個月,時間較久,不需要即時偵測,該窄頻物聯網裝置44可以設定一周回報該第一電子裝置45及該第二電子裝置46之資訊,以使漁民不用常常驅船到達養殖現場,就可以取得該養蚵結構上之牡蠣的養殖狀況,更可以瞭解該養蚵結構上之牡蠣是否被竊,或是該養蚵結構是否遭受颱風的破壞。
由上述說明可知,本發明之窄頻物聯網裝置確實具有下列功效:
一、使用簡單:
該窄頻物聯網裝置以模組化,使用者可以針對該電子裝置31編輯專屬的程式,以監視或控制該電子裝置31,使用起來非常方便。
二、穩定工作:
該電源管理模組351、該參考電壓模組353、該穩壓模組355可以提供該控制單元33準確且穩定的工作電壓,使該控制單元33穩定工作,也可以使該資訊輸入端口332取得的資訊更為準確。
三、延長電池使用時間:
該資訊控制模組331控制該第一電力控制模組333及該第二電力控制模組338,避免浪費該電源32之 電力,可以使電池的供電時間延長。
綜上所述,本發明之電源單元35可以提供穩定的工作電力,以使該控制單元33中之電子電路不易損壞,可以延長該窄頻物聯網裝置的使用壽命,該第一電力控制模組333及該第二電力控制模組338受該資訊控制模組331之控制,以避免該電源32之電力浪費,遠端之電腦可透過該無線通訊模組341編輯該資訊控制模組331中的程式,以使該資訊控制模組331取得該電子裝置31之資訊,並以最省電的方式將訊號傳輸至遠端的電腦,故確實可以達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
31‧‧‧電子裝置
32‧‧‧電源
33‧‧‧控制單元
331‧‧‧資訊控制模組
332‧‧‧資訊輸入端口
333‧‧‧第一電力控制模組
334‧‧‧計時模組
335‧‧‧記憶模組
336‧‧‧顯示模組
337‧‧‧電力輸出端口
338‧‧‧第二電力控制模組
34‧‧‧通訊單元
341‧‧‧無線通訊模組
35‧‧‧電源單元
351‧‧‧電源管理模組
352‧‧‧電力輸入端口
353‧‧‧參考電壓模組
354‧‧‧電池刷新模組
355‧‧‧穩壓模組

Claims (3)

  1. 一種窄頻物聯網裝置,適用於連接至少一電子裝置及一電源並設置於一浮具上,其包含:一控制單元,包括一資訊控制模組、至少一與該資訊控制模組連接之資訊輸入端口、一與該資訊控制模組連接之計時模組、一設置於該資訊控制模組之第一電力控制模組、至少一與該資訊控制模組連接之電力輸出端口,及一與該資訊控制模組連接之第二電力控制模組,該資訊輸入端口用以與該電子裝置連接以使該電子裝置與該資訊控制模組傳輸資訊,該電力輸出端口用以與該電子裝置連接,該計時模組提供該資訊控制模組取得時間資訊並提供該第二電力控制模組定時開啟該電力輸出端口以供應該電子裝置運作之電力;一通訊單元,包括一分別與該資訊控制模組及該第一電力控制模組連接之無線通訊模組,該無線通訊模組選自於窄頻物聯網(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)以提供該資訊控制模組利用無線網路傳輸資訊;及一電源單元,包括一與該資訊控制模組連接之電源管理模組、一分別與該電源管理模組及該資訊控制模組連接之電力輸入端口、一與該資訊控制模組連接之電池刷新模組、一與該資訊控制模組及該電源管理模組連接之穩壓模組,及一與該資訊控制模組及該電源管理模組連接之參考電壓模組,該電力輸入端口用以與該電源連接以使該電源管理模組對該電源之電力進行管理,並提 供該窄頻物聯網裝置運作之電力,該參考電壓模組用以提供參考電壓以使該電源管理模組及該資訊控制模組之工作電壓一致,該電池刷新模組用以執行電池活化並提供該資訊控制模組取得該電源之電力,該穩壓模組用以穩定該電源管理模組供應至該資訊控制模組的電壓;其中,該無線通訊模組於無線資訊傳輸時可取得適當輸出功率,該第一電力控制模組依據適當輸出功率控制該資訊控制模組輸出至該無線通訊模組之電力,該電子裝置選自於水質偵測元件、水面高度偵測元件、GPS定位元件其中之一及其組合。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述窄頻物聯網裝置,其中,該控制單元更包括一與該資訊控制模組連接之記憶模組,該記憶模組用以提供該資訊控制模組記憶資料。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述窄頻物聯網裝置,其中,該控制單元更包括一與該資訊控制模組連接之顯示模組,該顯示模組用以提供該資訊控制模組顯示運作的狀況。
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