基于红外与NB-IoT技术的智能抄表系统

刘 晨

（中移物联网有限公司，北京 100011）

0 引言

当前智能抄表领域存在着众多的解决方案，早些年，基本是通过电力线载波方式，将数据先汇总到集中器上，再通过集中器上搭载的通信模组把数据上传到平台。后来2G模组开始普及，就出现了在电表里集成2G模组的方式，这样每台电表就可以独立进行数据上报了，比有线方式进步了很多。近年来，随着NBIoT技术的日趋成熟，出现了一批采用NB-IoT网络来进行传输的解决方案。NB-IoT技术具有的低功耗、广覆盖、大连接的特点，非常适用于抄表领域，本文就是对这种场景作的一个详细介绍。

1 系统介绍

中移物联网公司基于M2M芯片、物联网专网、OneNET云平台的云、管、端解决方案，研发出了远程智能抄表系统。该系统主要由数据采集终端、远程抄表平台、手机APP以及客户管理平台组成。

图1 系统架构图

其中数据采集终端每天定时唤醒，通过控制终端上的红外探头完成与电表的通信，获取所需的电表数据，再通过NB模组将数据上传到云平台，由云平台推送到电量管理平台，客户可通过电量管理平台查看所需的电表数据。

2 终端介绍

2.1 主控制器

终端采用中移物联网公司自研的NB-IoT模组M5311作为主控制器，同时负责数据传输。M5311模组支持opencpu模式，方便开发人员对模组程序进行修改，以控制终端完成数据采集和传输的任务。

2.2 红外光收发管

通过主控制器生成调制信号，经由红外发射管，将调制在38kHz频率下的数据信号发送给电表，同时接收管负责接收电表返回的数据信号，并在解调后，传给主控制器，从而实现终端与电表的双向通信。

2.3 终端防拆设计

当终端与电表正常安装后，会长期处于无人值守状态，若终端被人拆卸或晃动，则需将异常状态上报平台。当前终端是采用加速度传感器来实现该功能的。当终端正常运行时，传感器处于待机状态，一旦终端被拆卸或被晃动，传感器立刻产生中断信号并唤醒主控制器，将异常状态上报平台。

2.4 终端特点

2.4.1 安装简单

终端没有选用当前抄表终端大多采用的拍照方式，而是采用红外通信方式来获取数据，主要是考虑到拍照方式对终端安装位置要求较高，一旦安装位置不合适，拍到的相片就容易被误识别。而红外通信这种方式，对安装位置要求较低，只要是红外光照射范围内，都可以实现准确抄读，并且红外光不受光线影响，无论室内、室外还是全黑暗环境下，都可以正常工作。

2.4.2 识别准确

通过拍照方式获取数据，不仅对照片质量要求较高，且当字轮处于中间态时，也容易造成误识别。而红外通信则是直接读取电表内部计数值，与字轮无关，所以任何时刻都可以准确获取到电表当时的数据。

2.4.3 数据丰富

拍照方式只能获取到电表表盘所显示的数值，虽然这已可满足大部分客户对用电量统计的需求，但从市场调研情况看，有一部分用户还想获取到更为丰富的用电数据。针对这些特殊需求，拍照方式就难以满足客户了。而红外通信这种方式，则可以通过发送不同的指令，获取到电表不同的信息值，为客户提供更丰富的数据。

2.4.4 耗电量小

由于红外通信这种方式，获取到的就是最终数据，因此与拍照方式取得的照片相比，数据量差了至少一个数量级。数据量小，传输时间就短。据实验，采用同样的NB-IoT模组，拍照方式传输一张10kb大小左右的照片，工作时间大概是60～80秒，而通过红外通信方式，需要传输的数据量只有1kb左右，工作时间只有3～5秒。更短的工作时间，使得终端可以采用容量更小的电池。据实验，按照一天工作一次计算，1500mAh的电池，就可以满足终端5年的工作时间。而若要获得同样的工作年限，拍照方式的终端则要7000mAh的电池容量。

3 OneNET平台

3.1 平台介绍

中国移动物联网开放平台是中移物联网有限公司基于物联网技术和产业特点打造的开放平台和生态环境，适配各种网络环境和协议类型，支持各类传感器和智能硬件的快速接入和大数据服务，提供丰富的API和应用模板以支持各类行业应用和智能硬件的开发，能够有效降低物联网应用开发和部署成本，满足物联网领域设备连接、协议适配、数据存储、数据安全、大数据分析等平台级服务需求。

3.2 设备接入

整套系统由三部分组成：设备层、OneNET接入层、中国移动电量管理平台。终端数据先发送给OneNET平台，再由OneNET平台将数据推送给中国移动电量管理平台做后续处理。反之，中国移动电量管理平台发送数据至OneNET，再由OneNET推送至终端设备。

4 电量管理平台

为方便最终用户查看其管理的电表的各项信息，中移物联网公司特开发了终端管理平台。在该平台上，用户可以方便的对各电表状态进行查看、管理，平台还可以统计和分析不同时间跨度下的用电情况，并以图形方式展示，方便客户查阅。

图2 平台主界面

在主界面上可以看到用户名下所有电表的基本情况，包括正常、异常运行的电表数，本月总耗电量，以及每日用电量信息等。如果客户要查看某台电表的详细数据，可以通过电表管理项进入下一级菜单，通过点击“详细”按钮，就可以看到该电表抄读的所有详细数据。包括日耗电量，月耗电量等。通过这个界面，用户就可以掌握该终端每一次唤醒后抄读到的电表数据，方便客户作进一步的分析。

5 结束语

中移物联网公司基于红外抄表终端、OneNET 云平台和电量管理平台打造的云、管、端一体化解决方案，给电表的智能化改造提供了一种全新的方式。基本上市面上具备红外通信功能的电表，都可以与该终端进行适配。这套基于红外通信与NB-IoT技术的智能抄表系统，以低价格、高可靠性、高适配性等优点，帮助客户实现用电的精细化管理。是节能减排，万物智联的全新选择。