探討窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT在智能水表中的應(yīng)用

馮潔 高立沔

三川智慧科技股份有限公司 江西 鷹潭 335200

引言

窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT在智能水表中應(yīng)用，能夠降低水表安裝的難度，水表能夠長期保持穩(wěn)定、高效的狀態(tài)運行，維護(hù)成本大大降低，讓智能水表的發(fā)展進(jìn)入全新的發(fā)展模式，因而對其進(jìn)行研究具有現(xiàn)實意義。

1 NB-loT技術(shù)的主要特征分析

NB-IoT技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中的一種較為先進(jìn)的技術(shù)類型，是將傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為技術(shù)運行的背景環(huán)境，然后設(shè)置SC-FDMA形式的信道結(jié)構(gòu)用于技術(shù)系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)，其技術(shù)信號的發(fā)射功率值為23dBm，系統(tǒng)構(gòu)建完善之后可以大面積覆蓋需求區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)的升級也非常便利，整體技術(shù)運行的效率較高。每一條信道的寬帶比例為200KHz，信道的部署方式可以采取多樣化的設(shè)計，根據(jù)實際需求進(jìn)行合理調(diào)控，包括獨立、帶內(nèi)、邊帶等幾種類型，適用于GSM、UMTS、TLE等網(wǎng)絡(luò)形式[1]。技術(shù)網(wǎng)絡(luò)運行的安全性良好，覆蓋能力較傳統(tǒng)模式高，一個基站的終端接入數(shù)量可以達(dá)到50000個，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)覆蓋鏈接，終端設(shè)備的安裝與維護(hù)都比較容易。物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術(shù)具有低功耗的特性，能夠順暢地與廣域網(wǎng)蜂窩數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)運行，待機的時間也比較長，性能優(yōu)質(zhì)。因而NB-IoT技術(shù)自身具備安全可靠、經(jīng)濟性強、功耗低等優(yōu)勢，在智能水表當(dāng)中的應(yīng)用能夠顯著發(fā)揮積極改善作用。

2 NB-loT智能水表系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)分析

NB-IoT智能水表的系統(tǒng)主要包括由帶NB-IoT通信模組的水表、NB—IoT通信基站、物聯(lián)網(wǎng)云平臺、業(yè)務(wù)服務(wù)器、客戶端管理軟件等構(gòu)成。將 NB-IoT智能水表設(shè)備安裝在居住用戶的家中，水表設(shè)備開啟運行時就會自動連接 NB-IoT技術(shù)通信站，通過信號傳輸將水表設(shè)備注冊到物聯(lián)網(wǎng)云平臺當(dāng)中進(jìn)行信息儲存認(rèn)證，這樣一來水表設(shè)備的運行數(shù)據(jù)就能夠直接傳輸至云平臺，在云平臺就可以獲取智能水表的運行數(shù)據(jù)，而云平臺的控制指令也可以傳輸?shù)街悄芩碓O(shè)備。客戶端軟件結(jié)構(gòu)連接業(yè)務(wù)服務(wù)器，對云平臺的用戶智能水表運行數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，實現(xiàn)實時抄收，對用戶用水情況進(jìn)行監(jiān)控，同時還能夠?qū)用裼盟闆r進(jìn)行分析，然后采取階梯調(diào)價控制操作，將每個月度的用水?dāng)?shù)據(jù)與費用信息發(fā)送給用戶。相應(yīng)的基本 NB-IoT智能水表系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、物聯(lián)網(wǎng)平臺以及應(yīng)用軟件。

3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-loT在智能水表中的應(yīng)用分析

3.1 智能水表的設(shè)計

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術(shù)應(yīng)用的智能水表設(shè)計，是在機械水表的基礎(chǔ)上，應(yīng)用水表的TI微處理器與旋轉(zhuǎn)掃描接口SCANIF銜接結(jié)構(gòu)的MSP430FW42X型號芯片，這種芯片使用的功能消耗比較低，運行測量范圍相對較大，并且能夠保持良好的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，不容易受到外界因素的影響。芯片結(jié)構(gòu)當(dāng)中的金屬膜葉輪是在流體當(dāng)中旋轉(zhuǎn)運行，再通過無磁非接觸式的傳感器設(shè)備轉(zhuǎn)變成電信號，傳輸?shù)轿⑻幚砥鱏CANIF接口，通過計算得到轉(zhuǎn)動流體的具體流量與防衛(wèi)，信號的檢測能夠?qū)崿F(xiàn)自動化運行，信號數(shù)據(jù)統(tǒng)一由微處理器接收與處理，并進(jìn)行安全加密保護(hù)，儲存到數(shù)據(jù)報文處，最終由NB-IoT通信結(jié)構(gòu)進(jìn)行發(fā)送。另外，水表主控MCU結(jié)構(gòu)運行的功能消耗最低能夠達(dá)到5uA水平，驅(qū)動為LCD集成模式，具備監(jiān)控和安全保護(hù)功能，經(jīng)濟性也良好。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺的應(yīng)用

NB-IoT技術(shù)本身就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當(dāng)中的一種，在智能水表中應(yīng)用會建設(shè)專門的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息共享云平臺，應(yīng)用智能水表的地區(qū)都建設(shè)了相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)運營結(jié)構(gòu)，能夠為云平臺的運行提供網(wǎng)絡(luò)通信支持，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的全面覆蓋，讓云平臺物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備終端和用戶軟件注冊能夠便捷地實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)通信速率較快，能夠?qū)崿F(xiàn)實時的數(shù)據(jù)發(fā)動與接收。

3.3 水表業(yè)務(wù)服務(wù)器與客戶端管理軟件應(yīng)用

智能水表的業(yè)務(wù)服務(wù)器主要是負(fù)責(zé)抄表操作控制、水業(yè)管理終端控制和用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)的處理，而客戶端管理軟件的設(shè)計運用的物聯(lián)網(wǎng)站結(jié)構(gòu)形式為B／S，Microsoft Visual Studio 2015是主要的開發(fā)平臺，采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言C#作為開發(fā)語言，前端頁面應(yīng)用HTMLS，java-script和jQuery等主流前端技術(shù)[2]。

3.4 系統(tǒng)性能檢測

在應(yīng)用NB-IoT技術(shù)設(shè)計智能水表時，需要對技術(shù)運行系統(tǒng)的實際性能進(jìn)行檢測，保證其通信功能的順暢與高效性。具體的檢測可以在住宅樓開展，在樓道內(nèi)部空間安裝若干個NBIoT智能水表，然后在住宅樓小區(qū)外部區(qū)域的NB-IoT通信基站對智能水表設(shè)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行抄收統(tǒng)計，檢測時間至少控制在90天，對水表抄收成功率進(jìn)行統(tǒng)計，達(dá)到100%時則證明系統(tǒng)性能優(yōu)良。還需要對公稱流量、分界流量等內(nèi)容進(jìn)行檢測，其中公稱流量檢測值為100L，其誤差計算公式為誤差E=[（現(xiàn)在表讀數(shù)-初始表讀數(shù)-1000）÷1000]×100%；分界流量檢測值為20L，其誤差計算公式為誤差E=[（現(xiàn)在表讀數(shù)-初始表讀數(shù)-200）÷200]×100%。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，更多智能科技在社會建設(shè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用，NB-IoT智能水表的應(yīng)用，能夠使水表設(shè)備運行性能的全面提升，用戶管理的便捷性也更佳，值得加強推廣。