基于紅外與NB-IoT技術(shù)的智能抄表系統(tǒng)

劉 晨

（中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，北京 100011）

0 引言

當(dāng)前智能抄表領(lǐng)域存在著眾多的解決方案，早些年，基本是通過電力線載波方式，將數(shù)據(jù)先匯總到集中器上，再通過集中器上搭載的通信模組把數(shù)據(jù)上傳到平臺(tái)。后來2G模組開始普及，就出現(xiàn)了在電表里集成2G模組的方式，這樣每臺(tái)電表就可以獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)了，比有線方式進(jìn)步了很多。近年來，隨著NBIoT技術(shù)的日趨成熟，出現(xiàn)了一批采用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸?shù)慕鉀Q方案。NB-IoT技術(shù)具有的低功耗、廣覆蓋、大連接的特點(diǎn)，非常適用于抄表領(lǐng)域，本文就是對(duì)這種場(chǎng)景作的一個(gè)詳細(xì)介紹。

1 系統(tǒng)介紹

中移物聯(lián)網(wǎng)公司基于M2M芯片、物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)、OneNET云平臺(tái)的云、管、端解決方案，研發(fā)出了遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、遠(yuǎn)程抄表平臺(tái)、手機(jī)APP以及客戶管理平臺(tái)組成。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中數(shù)據(jù)采集終端每天定時(shí)喚醒，通過控制終端上的紅外探頭完成與電表的通信，獲取所需的電表數(shù)據(jù)，再通過NB模組將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，由云平臺(tái)推送到電量管理平臺(tái)，客戶可通過電量管理平臺(tái)查看所需的電表數(shù)據(jù)。

2 終端介紹

2.1 主控制器

終端采用中移物聯(lián)網(wǎng)公司自研的NB-IoT模組M5311作為主控制器，同時(shí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。M5311模組支持opencpu模式，方便開發(fā)人員對(duì)模組程序進(jìn)行修改，以控制終端完成數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)娜蝿?wù)。

2.2 紅外光收發(fā)管

通過主控制器生成調(diào)制信號(hào)，經(jīng)由紅外發(fā)射管，將調(diào)制在38kHz頻率下的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給電表，同時(shí)接收管負(fù)責(zé)接收電表返回的數(shù)據(jù)信號(hào)，并在解調(diào)后，傳給主控制器，從而實(shí)現(xiàn)終端與電表的雙向通信。

2.3 終端防拆設(shè)計(jì)

當(dāng)終端與電表正常安裝后，會(huì)長(zhǎng)期處于無人值守狀態(tài)，若終端被人拆卸或晃動(dòng)，則需將異常狀態(tài)上報(bào)平臺(tái)。當(dāng)前終端是采用加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)該功能的。當(dāng)終端正常運(yùn)行時(shí)，傳感器處于待機(jī)狀態(tài)，一旦終端被拆卸或被晃動(dòng)，傳感器立刻產(chǎn)生中斷信號(hào)并喚醒主控制器，將異常狀態(tài)上報(bào)平臺(tái)。

2.4 終端特點(diǎn)

2.4.1 安裝簡(jiǎn)單

終端沒有選用當(dāng)前抄表終端大多采用的拍照方式，而是采用紅外通信方式來獲取數(shù)據(jù)，主要是考慮到拍照方式對(duì)終端安裝位置要求較高，一旦安裝位置不合適，拍到的相片就容易被誤識(shí)別。而紅外通信這種方式，對(duì)安裝位置要求較低，只要是紅外光照射范圍內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確抄讀，并且紅外光不受光線影響，無論室內(nèi)、室外還是全黑暗環(huán)境下，都可以正常工作。

2.4.2 識(shí)別準(zhǔn)確

通過拍照方式獲取數(shù)據(jù)，不僅對(duì)照片質(zhì)量要求較高，且當(dāng)字輪處于中間態(tài)時(shí)，也容易造成誤識(shí)別。而紅外通信則是直接讀取電表內(nèi)部計(jì)數(shù)值，與字輪無關(guān)，所以任何時(shí)刻都可以準(zhǔn)確獲取到電表當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。

2.4.3 數(shù)據(jù)豐富

拍照方式只能獲取到電表表盤所顯示的數(shù)值，雖然這已可滿足大部分客戶對(duì)用電量統(tǒng)計(jì)的需求，但從市場(chǎng)調(diào)研情況看，有一部分用戶還想獲取到更為豐富的用電數(shù)據(jù)。針對(duì)這些特殊需求，拍照方式就難以滿足客戶了。而紅外通信這種方式，則可以通過發(fā)送不同的指令，獲取到電表不同的信息值，為客戶提供更豐富的數(shù)據(jù)。

2.4.4 耗電量小

由于紅外通信這種方式，獲取到的就是最終數(shù)據(jù)，因此與拍照方式取得的照片相比，數(shù)據(jù)量差了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。數(shù)據(jù)量小，傳輸時(shí)間就短。據(jù)實(shí)驗(yàn)，采用同樣的NB-IoT模組，拍照方式傳輸一張10kb大小左右的照片，工作時(shí)間大概是60～80秒，而通過紅外通信方式，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量只有1kb左右，工作時(shí)間只有3～5秒。更短的工作時(shí)間，使得終端可以采用容量更小的電池。據(jù)實(shí)驗(yàn)，按照一天工作一次計(jì)算，1500mAh的電池，就可以滿足終端5年的工作時(shí)間。而若要獲得同樣的工作年限，拍照方式的終端則要7000mAh的電池容量。

3 OneNET平臺(tái)

3.1 平臺(tái)介紹

中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)打造的開放平臺(tái)和生態(tài)環(huán)境，適配各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議類型，支持各類傳感器和智能硬件的快速接入和大數(shù)據(jù)服務(wù)，提供豐富的API和應(yīng)用模板以支持各類行業(yè)應(yīng)用和智能硬件的開發(fā)，能夠有效降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)和部署成本，滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全、大數(shù)據(jù)分析等平臺(tái)級(jí)服務(wù)需求。

3.2 設(shè)備接入

整套系統(tǒng)由三部分組成：設(shè)備層、OneNET接入層、中國(guó)移動(dòng)電量管理平臺(tái)。終端數(shù)據(jù)先發(fā)送給OneNET平臺(tái)，再由OneNET平臺(tái)將數(shù)據(jù)推送給中國(guó)移動(dòng)電量管理平臺(tái)做后續(xù)處理。反之，中國(guó)移動(dòng)電量管理平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)至OneNET，再由OneNET推送至終端設(shè)備。

4 電量管理平臺(tái)

為方便最終用戶查看其管理的電表的各項(xiàng)信息，中移物聯(lián)網(wǎng)公司特開發(fā)了終端管理平臺(tái)。在該平臺(tái)上，用戶可以方便的對(duì)各電表狀態(tài)進(jìn)行查看、管理，平臺(tái)還可以統(tǒng)計(jì)和分析不同時(shí)間跨度下的用電情況，并以圖形方式展示，方便客戶查閱。

圖2 平臺(tái)主界面

在主界面上可以看到用戶名下所有電表的基本情況，包括正常、異常運(yùn)行的電表數(shù)，本月總耗電量，以及每日用電量信息等。如果客戶要查看某臺(tái)電表的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可以通過電表管理項(xiàng)進(jìn)入下一級(jí)菜單，通過點(diǎn)擊“詳細(xì)”按鈕，就可以看到該電表抄讀的所有詳細(xì)數(shù)據(jù)。包括日耗電量，月耗電量等。通過這個(gè)界面，用戶就可以掌握該終端每一次喚醒后抄讀到的電表數(shù)據(jù)，方便客戶作進(jìn)一步的分析。

5 結(jié)束語

中移物聯(lián)網(wǎng)公司基于紅外抄表終端、OneNET 云平臺(tái)和電量管理平臺(tái)打造的云、管、端一體化解決方案，給電表的智能化改造提供了一種全新的方式?；旧鲜忻嫔暇邆浼t外通信功能的電表，都可以與該終端進(jìn)行適配。這套基于紅外通信與NB-IoT技術(shù)的智能抄表系統(tǒng)，以低價(jià)格、高可靠性、高適配性等優(yōu)點(diǎn)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)用電的精細(xì)化管理。是節(jié)能減排，萬物智聯(lián)的全新選擇。