基于NB-IOT的多源發電緊急定位報警系統

宋文波

【關鍵詞】NB-IOT;物聯網;定位系統;水力發電

定位系統在工程野外作業中必不可少[1]，但是一般情況下定位裝置均采用電池供電，并且由于野外供電限制，往往不能夠得到及時充電，所以長續航、低功耗的定位報警系統就成為迫切的需求。由于野外自然資源較為豐富，太陽能、風能、水能等資源至少能夠滿足一樣[2]，所以本系統在傳統衛星定位（北斗，GPS）的基礎上加入多樣的發電裝置（手搖，風力，水力）可以避免定位裝置因無能耗而無法定位的問題，同時將普通的通信方式替換為低功耗的NB-IOT通信，用戶可以輕松地將位置信息傳輸到后端的云平臺中[3]，有效保證了野外作業人員的安全。

一、總體設計

渦輪發電緊急定位報警系統由NB-IOT通信模塊、發電裝置以及電源控制模塊三部分組成，其中NB-IOT采用BC20模塊來完成系統地控制和定位。整個多源發電緊急定位報警系統主要分為硬件和軟件兩部分，其中硬件主要是NB-IOT模塊、GPS模塊、發電裝置以及電源控制模塊;軟件部分主要是系統的下位機代碼設計以及云平臺可視化軟件設計。系統能夠實現定位信息的實時準確傳輸，管理員能夠在后臺云平臺中查看到作業人員的位置信息和運行軌跡，如果發生緊急情況，可以進行一鍵報警。

二、系統硬件設計

（一）NB-IOT硬件設計

系統采用低功耗BC20模塊作為核心控制器，BC20模塊可基于B5、B8、B3等多個頻段。基于先進的GSNN技術，BC20可支持北斗和GPS雙衛星導航系統解調算法[4]，使其定位更加精準、抗多路徑干擾能力更強，比傳統單一GPS定位模塊更強。另外BC20模塊內置LAN和低功耗算法：在保證更高的靈敏度的情況下，保證低功耗模式下能耗更低。系統核心板電路較為簡潔，模塊體積較小，支持豐富的外部接口和多種網絡服務協議棧，應用便利。

（二）GPS硬件設計

系統要采集的信息主要是經緯度、海拔等，NB-IOT覆蓋能力比現有網絡增益20dB，使信號能夠穿透墻面或地板，覆蓋更深的室內場景，使電池運行時間至少達到10年，理想情況下，每個扇區可連接約5萬臺設備。假設居住密度是每平方公里1500戶，每戶家庭有40個設備，這種環境下的設備連接是可以實現低成本等技術優勢。由于系統選用的是BC20模塊，可以直接接入GPS+北斗定位的模塊[5]，使用起來十分便捷。

（三）多源發電模塊

多源發電模塊是本系統的核心模塊，為了保證系統的可兼容性，在原有太陽能發電的基礎上增加了水力、風力以及手搖發電。基于統一設計理念，水力、風力以及手搖發電均采用同一個發電機，水力發電是指用水流沖擊渦輪，帶動發電機轉動;風力和手搖發電是在渦輪外部增加了卡扣，可以直接卡住旋轉葉片，風力或者人力轉動葉片帶動渦輪旋轉，從而產生電能。

（四）電源模塊模組設計

電源模塊是實現系統功能最為重要的部分，它連接著發電機和NB-IOT模塊，將發電機產生的不穩定的電能轉化成5V標準電能給鋰電池進行充電，進而為整個定位系統的正常運轉，提供了充足、穩定的電源。

三、系統軟件設計

（一）GPS定位系統程序設計

GPS信息采集是實現系統功能最為重要的部分，其中我們采用的GPS為北斗衛星導航系統。NB-IOT模塊讀取相關距離產生的定位信息數據后，首先要通過BC20模塊內部自帶的DSN將定位數據讀取暫存，再通過總線將數據傳給開發機。

（二）云平臺可視化設計

系統云平臺主要是實現位置信息顯示和運動軌跡的顯示，云平臺在獲取到系統所發的位置信息后，能夠自動調用第三方地圖平臺，將設備位置在地圖上進行標注，如果設備上傳報警信息，云平臺上會自動產生報警。

四、總結

基于NB-IOT的多源發電緊急定位報警系統采用了多種自發電技術，在保證定位精準的同時縮短了定位時間，極大地提高偏僻地區的定位效率。用戶監測功能能夠實現實時監測、數據分析、數據存儲、報警提醒等多種功能，界面美觀實用，經過測試能夠滿足野外作業定位的實際需求。