基于NB-IoT技术无线电表计费系统的设计

郭雷岗，卢珊，张慧丽，王兵涛

（1.郑州电力高等专科学校，河南郑州，450001；2.郑州市祥和集团有限公司电力科技分公司，河南郑州，450001）

1 NB-IoT的发展现状

1.1 NB-IoT的发展

和其他技术一样，事物的互联网概念和定义是基于实际应用。事物互联得最早的应用程序。1990年初，创造性地生产了分散在美国街道上的在线焦炭自动贩卖机，事先实践了互联网的基本概念。麻省理工大学（MIT）的凯文·阿什顿教授首先明确阐述了1999年的网络概念。简单易懂的说明是，所有的内容都可以通过网络相互连接。2003年，继著名的美国杂志技术评论之后，随着全球互联网的普及，作为在各个领域广泛使用的“改变未来人们生活的10种新技术”被选择。另外，本研究提出的智能仪表读取系统是传感应用之一1）传统的仪表读取方法有一些问题，如高劳动成本、大错误、低实时性和大的人的影响因素，它不再适合现代快速生产和生活。因此，不需要实时将各个房间的数据直接读入电脑室，可以减少不必要的浪费。使用NB-IoT的智能仪表读取系统不仅可以大大提高传统网络连接系统的读取效率，而且考虑到各种对象之间的连接，使用较少的模块解系统整体性能下降，系统整体性能下降。传统互联网系统中使用的设备耗电大，因此不能长时间独立工作。所以，越标准规格的新单元格网络的需求量就越大。第二，装置必须为低功耗装置，而且能够长时间地独立工作。最后，它有一个强大的覆盖，一个特别关键的事情是互联网分公司NB批次（窄带LNTENET网络）,NB有一个简单的结构和狭窄的占用带宽（只有180kHz)，拥有建设和低功耗的优势。例如，我认为NB批量是基于蜂窝网络的，可以直接在低成本的GSM网络、UMTS网络和LTE网络等多个网络系统中展开。NB批量支持低功率设备的蜂窝数据连接，被称为低功率广域网络（LPWAN)，它支持长时间的待机和高要求的网络连接提供非常全面的室内移动电话数据连接覆盖。这些优点在感测系统中被广泛使用。

1.2 项目概述

最近，为了确保人们生活和财产的安全性，依次发布了相关的红头文件，并对防止电气火灾、防止地区电气火灾的必要条件和实施方法进行了详细说明加快建设使用系统和事物的互联网，通过大数据人工智能和其他技术和知识领域的数据挖掘和分析，发现隐藏的危险性，识别隐藏的危险种类，对隐藏的危险发生和开发的法则进行洞察预测隐患发展趋势，将相关危险因素与社会化服务系统相结合，最终实现预测和早期警告，隐患措施社会服务和政府信息收集将连接到安全的生产防止系统预测和早期警惕生产中隐含的危险性和安全性事故和社会化服务，提高了早期火灾和预防和电气火灾安全性事故的控制能力，实现了市场电气火灾事故大幅减少的目标，确保人们生活和财产安全的目标。

本项目旨在构建学校安全的电力管理系统，安全电力管理云平台通过单技术互联网引发电火灾（电缆温度、电流、电压、残余泄漏、电能）的主要因素进行连续数据跟踪和统计分析，依靠电气危险性、物技术互联网、云计算等大数据分析技术，实时电线和电气装置的潜在安全风险（例如异常的电缆温度、短路、过载、过电压、过电压、漏出等）我们将通过互联网技术整合离线服务机构，为相关单位提供广泛的离线处理服务，以避免电气火灾大幅度减少标区域的电火灾概率，发生电火灾，防止灾害的发生。

2 NB-IoT的设计

2.1 系统方案设计

目前，短距离无线通信技术在以低功率和广域覆盖为特征的互联网领域被广泛使用，在窄带无线通信技术中，窄带无线通信技术具有很强的优点。虽然窄带互联网的性能比其他短程无线通信（WiFi等）更好，尤其是大的报道、安全性和可靠性。系统计划主要基于用于监测信息采集、信息传递、住宅用水、电力和煤炭信息采集终端的状态的NB-IoT技术。系统配置主要包括智能计费机，获取终端，NB-IoT基站和服务器。其中，智能仪表及其连接设备有责任收集和测量用户的水、电、煤信息。测量信息通过网络以非常低的功率消耗通过数据摘要发送到NB-IoT基站。NB-IoT基站连接到服务器中心，并通过无线设备网络向服务器中心发送由获取设备收集的智能仪表参数。

2.2 采集终端方案设计

取得终端是系统的数据源。众所周知，居民生活所需的水、电、煤的消费一直在更新。大量用户水、电和煤测量信息由获取终端从智能仪表定期采样，并根据一个传输周期进行封装和上传。取得终端装置无线收集智能仪表的周期数据，通过单技术的窄带因特网无线上传到基站。因此，取得终端基本上是相对独立的电子系统，具有超低消耗功率、休眠模式、智能切换等特性。硬件系统主要包括数据输入输出接口模块、光耦合器分离模块、键模块、显示模块和NBIOT通信模块。基于stm32嵌入处理器，其中还包含大功率模块的NBIoT无线通信模组。其中stm32l 433是基于2016年由意大利和法国的零点五工业企业最新发售的"Arm contex-m4"的低输出mcu"stm32l4系列"单臂数据处理器。CPU内核的运行频段为八十MHz。在项目中主要承担着数据获取、积累、显示等功能的调度与管理。而数据获取接口模块则主要用来周期性地获取智能装 置的数据参数。获取模块中主要包含了时钟模块、存储单元、显示电路和键电路。同时获取装置中还包含了AD/DC切换电路。数据获取接口通过A/D变换模块，对高频电流的模拟信号进行取样、变换，并通过光电耦合器对信息进行隔离。有效防止或干扰在复杂的电气环境中，工业领域的数字控制系统上的模拟信号，从而有效地增强了控制系统的安全性。NB-IoT通讯模组则采用了上海移动通信科技株式会社所研制的NB-IoT无线通信模组BC95，并使用省电技术和低耗电模块（psw)。这能够达到大约5%的最低电量损耗，产品规格为23.×19.，为了最大限度地实现对小模块产品及终端设备的要求，客户还可减小产品规格，以优化生产成本。BC95无线通信模块主要封装根据NIOT无线数据协议收集的智能乐器数据，并发送给NB-IoT基站。BC95模块将集成丰富的接口资源，包括简单方便的RF接口和UART串行端口，以促进与STM 32L433的数据通信。另外，由于NI OTT装置需要运营商的网络支持，所以具有能够与SIM卡、IOMINT CLK RESSIMMM、USIMANT数据MSIMUNR RST、USMINN VDD交互的接口。功率模块用于提供所有硬件系统所需的功率。功率模块主要由电压调整模块、恒流模块、升压模块、整流稳压模块和微处理器模块等组成。其中电流调节模块用来调整由三相电源的三相电压。而恒流模块用来把由三相电源的三相电压转换成三相电流源，而整流器模块则用来对由恒流模块变换的三相电流源进行升压。微处理器模块随后使用整流器模块对增强的输出电压源进行整流，并通过二次额定电流输出来调整稳压调节模块。获取终端的硬件控制系统即为最复杂的模拟－数字混合系统。我们已经在电路线上处理了实际调试过程中出现的若干问题，并添加了若干组件。

2.3 计费功能设计

网上购物和网上支付变得平凡了，但是购物网还出现了。收费管理系统结合了互联网燃气NB-IoT模块的无线通信功能，具有无线通信过程的加密和解密系统、网络、支付宝、信用卡和在线银行等第三方支付功能。为了实现燃气用户的自服务，在线购物气功能源。加密和解密系统采用3DES+MAC加密。mac算法是不对称的不可逆算法。在计费系统与因特网燃气表通信之前，16字节的16进制代码密钥集和8字节的16进制代码加密因子集必须预先设置，以加密和解密再充电命令和响应命令。在收费模块中，系统设计了两种模式：离线充电和在线再充电。在前者对用户进行了再充电之后，收费系统首先保存收费解析数据库的用户再充电信息。当无线通信随后建立时，计费系统从数据库读取原始地重新充电信息，加密MAC，然后将其发送到经由无线信道的NB-IoT模块。在接收到加密数据之后，对燃气仪表的ESAM模块进行再充电处理的解码、验证和积累。接下来，如图1所示，响应命令被发送到计费系统的NB-IoT模块，并且当完成所有气体购买过程的用户重新充电时，计费信息被直接加密并被发送到IOT燃气仪表。其他工序和上述相同。

图1 物联网购气流程图

2.4 综合界面

安全电力管理平台提供综合监测接口以综合显示诸如泄漏、过温、断线、短路、过电压、过电压等信息，并对这些信息进行均匀分析。保守负责人可以直观地理解现有系统的安全性。系统可以根据不同的角色和账号登录。

图2 界面图

系统采用B/S结构网站方式设计和建设，配合移动客户端，使用方便。

系统是完全按照Web技术设计的。任何管理部门的任何用户，相关人员都可以通过互联网访问系统网页，以便在任何地方都可以获得相应的许可。用户还可以登录，智能手机（通过安装应用程序的客户端，必须同时使用IOS的版本和Android的版本）。

图3

图4

点击“视图”按钮，跳转到隐藏危险巡逻界面或处理隐藏危险接口的界面。关于隐藏的危险性和课题的具体说明如下。

隐患：它意味着在发生隐患后，没有下达工作命令，并且相关人员必须分配来处理；

任务：参照当前登录时必须完成的任务顺序，形成隐藏的危险处理的闭环。

2.5 基于监测数据的隐患分析及监管系统

通过对电力线的各种重要电特性数据进行多维建模和分析，例如电缆的温度、电流、剩余电流等，系统可以更准确地反映输电线路的状态，并且发现隐患还可以识别隐藏的危险性类型，而且不能识别隐藏的危险性类型，还可以理解隐藏的危险性法则，预测隐藏的危险性的开发动向。系统根据负责的主题和管理科目的不同，向不同的用户提供不同的软件平台。负责主题的软件平台，会让你实时回忆，集中于活跃地控制实际隐藏的危险。管理机构的软件平台专注于评估区域安全状态和跟踪隐患处置，为社区、所有者、生产和商业单位提供在线服务。

图5

以隐匿危险统计曲线的形式显示，在历史上显示与每月隐藏的危险性统计信息的比较；本月以下的统计显示了那个月的故障和警报的总数。所有这些统计数据均引用当前登录用户和所有相关项目的隐患（包括缺点和警报）总和。

根据与当前登录用户关联的所有项目的地理位置动态展示地图范围，支持放大和缩小查询。

图6 地图查询

3 小结

本文讨论了基于NB-IoT无线通信模块的远程仪表读取智能监视系统的硬件部分。在互联网时代，NB-IoT可以实现与人类生活密切相关的水力、煤炭计量系统的知识管理，减少人力资源的成本。说明了远程仪表读取智能监视系统的各构成要素的原理，并介绍了嵌入stm32l 433、bc95rf系统的电路结构，特别是取得部的电路。该系统修正了将原型调试、测试数据和错误组合在一起的硬件电路，并在原型的下一个版本的开发过程中得到了改善。

贸泽开售Analog Devices用于卫星通信的ADMV4540K波段正交解调器

2022年3月,贸泽电子备货Analog Devices ADMV4540 K波段正交解调器。ADMV4540是一款高度集成的正交解调器，带有内置合成器，适用于需要全户外装置的新一代K波段高通量地面端卫星通信系统。

贸泽电子分销的Analog Devices ADMV4540正交解调器是一款单芯片解决方案，供电电压为3.3V，总功耗低于3.2W。该器件带有内置合成器，此合成器包含压控振荡器(VCO)、下变频器、滤波基带放大器、低噪声放大器(LNA)和串行外设接口(SPI)控制功能，能让设计人员进一步压缩整体占用空间。该器件的射频前端由两个LNA路径组成，可支持多天线极化，工作频率范围为17GHz至22GHz。每个路径都具有优化级联的5dB双边带噪声系数，可获得高增益。通过器件的可编程4线SPI可对LNA路径进行选择。