基于紅外與NB-IoT技術的智能抄表系統

劉 晨

（中移物聯網有限公司，北京 100011）

0 引言

當前智能抄表領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，將數據先匯總到集中器上，再通過集中器上搭載的通信模組把數據上傳到平臺。后來2G模組開始普及，就出現了在電表里集成2G模組的方式，這樣每臺電表就可以獨立進行數據上報了，比有線方式進步了很多。近年來，隨著NBIoT技術的日趨成熟，出現了一批采用NB-IoT網絡來進行傳輸的解決方案。NB-IoT技術具有的低功耗、廣覆蓋、大連接的特點，非常適用于抄表領域，本文就是對這種場景作的一個詳細介紹。

1 系統介紹

中移物聯網公司基于M2M芯片、物聯網專網、OneNET云平臺的云、管、端解決方案，研發出了遠程智能抄表系統。該系統主要由數據采集終端、遠程抄表平臺、手機APP以及客戶管理平臺組成。

圖1 系統架構圖

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

2 終端介紹

2.1 主控制器

終端采用中移物聯網公司自研的NB-IoT模組M5311作為主控制器，同時負責數據傳輸。M5311模組支持opencpu模式，方便開發人員對模組程序進行修改，以控制終端完成數據采集和傳輸的任務。

2.2 紅外光收發管

通過主控制器生成調制信號，經由紅外發射管，將調制在38kHz頻率下的數據信號發送給電表，同時接收管負責接收電表返回的數據信號，并在解調后，傳給主控制器，從而實現終端與電表的雙向通信。

2.3 終端防拆設計

當終端與電表正常安裝后，會長期處于無人值守狀態，若終端被人拆卸或晃動，則需將異常狀態上報平臺。當前終端是采用加速度傳感器來實現該功能的。當終端正常運行時，傳感器處于待機狀態，一旦終端被拆卸或被晃動，傳感器立刻產生中斷信號并喚醒主控制器，將異常狀態上報平臺。

2.4 終端特點

2.4.1 安裝簡單

終端沒有選用當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據，主要是考慮到拍照方式對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別。而紅外通信這種方式，對安裝位置要求較低，只要是紅外光照射范圍內，都可以實現準確抄讀，并且紅外光不受光線影響，無論室內、室外還是全黑暗環境下，都可以正常工作。

2.4.2 識別準確

通過拍照方式獲取數據，不僅對照片質量要求較高，且當字輪處于中間態時，也容易造成誤識別。而紅外通信則是直接讀取電表內部計數值，與字輪無關，所以任何時刻都可以準確獲取到電表當時的數據。

2.4.3 數據豐富

拍照方式只能獲取到電表表盤所顯示的數值，雖然這已可滿足大部分客戶對用電量統計的需求，但從市場調研情況看，有一部分用戶還想獲取到更為豐富的用電數據。針對這些特殊需求，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據。

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據，因此與拍照方式取得的照片相比，數據量差了至少一個數量級。數據量小，傳輸時間就短。據實驗，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，工作時間大概是60～80秒，而通過紅外通信方式，需要傳輸的數據量只有1kb左右，工作時間只有3～5秒。更短的工作時間，使得終端可以采用容量更小的電池。據實驗，按照一天工作一次計算，1500mAh的電池，就可以滿足終端5年的工作時間。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

3.1 平臺介紹

中國移動物聯網開放平臺是中移物聯網有限公司基于物聯網技術和產業特點打造的開放平臺和生態環境，適配各種網絡環境和協議類型，支持各類傳感器和智能硬件的快速接入和大數據服務，提供豐富的API和應用模板以支持各類行業應用和智能硬件的開發，能夠有效降低物聯網應用開發和部署成本，滿足物聯網領域設備連接、協議適配、數據存儲、數據安全、大數據分析等平臺級服務需求。

3.2 設備接入

整套系統由三部分組成：設備層、OneNET接入層、中國移動電量管理平臺。終端數據先發送給OneNET平臺，再由OneNET平臺將數據推送給中國移動電量管理平臺做后續處理。反之，中國移動電量管理平臺發送數據至OneNET，再由OneNET推送至終端設備。

4 電量管理平臺

為方便最終用戶查看其管理的電表的各項信息，中移物聯網公司特開發了終端管理平臺。在該平臺上，用戶可以方便的對各電表狀態進行查看、管理，平臺還可以統計和分析不同時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、異常運行的電表數，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電表的詳細數據，可以通過電表管理項進入下一級菜單，通過點擊“詳細”按鈕，就可以看到該電表抄讀的所有詳細數據。包括日耗電量，月耗電量等。通過這個界面，用戶就可以掌握該終端每一次喚醒后抄讀到的電表數據，方便客戶作進一步的分析。

5 結束語

中移物聯網公司基于紅外抄表終端、OneNET 云平臺和電量管理平臺打造的云、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。基本上市面上具備紅外通信功能的電表，都可以與該終端進行適配。這套基于紅外通信與NB-IoT技術的智能抄表系統，以低價格、高可靠性、高適配性等優點，幫助客戶實現用電的精細化管理。是節能減排，萬物智聯的全新選擇。