探討窄帶物聯網NB-IoT在智能水表中的應用

馮潔 高立沔

三川智慧科技股份有限公司 江西 鷹潭 335200

引言

窄帶物聯網NB-IoT在智能水表中應用，能夠降低水表安裝的難度，水表能夠長期保持穩定、高效的狀態運行，維護成本大大降低，讓智能水表的發展進入全新的發展模式，因而對其進行研究具有現實意義。

1 NB-loT技術的主要特征分析

NB-IoT技術是物聯網中的一種較為先進的技術類型，是將傳統蜂窩網絡作為技術運行的背景環境，然后設置SC-FDMA形式的信道結構用于技術系統運行調節，其技術信號的發射功率值為23dBm，系統構建完善之后可以大面積覆蓋需求區域，網絡的升級也非常便利，整體技術運行的效率較高。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計，根據實際需求進行合理調控，包括獨立、帶內、邊帶等幾種類型，適用于GSM、UMTS、TLE等網絡形式[1]。技術網絡運行的安全性良好，覆蓋能力較傳統模式高，一個基站的終端接入數量可以達到50000個，能夠實現室內覆蓋鏈接，終端設備的安裝與維護都比較容易。物聯網NB-IoT技術具有低功耗的特性，能夠順暢地與廣域網蜂窩數據進行關聯運行，待機的時間也比較長，性能優質。因而NB-IoT技術自身具備安全可靠、經濟性強、功耗低等優勢，在智能水表當中的應用能夠顯著發揮積極改善作用。

2 NB-loT智能水表系統基本組成結構分析

NB-IoT智能水表的系統主要包括由帶NB-IoT通信模組的水表、NB—IoT通信基站、物聯網云平臺、業務服務器、客戶端管理軟件等構成。將 NB-IoT智能水表設備安裝在居住用戶的家中，水表設備開啟運行時就會自動連接 NB-IoT技術通信站，通過信號傳輸將水表設備注冊到物聯網云平臺當中進行信息儲存認證，這樣一來水表設備的運行數據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據，而云平臺的控制指令也可以傳輸到智能水表設備。客戶端軟件結構連接業務服務器，對云平臺的用戶智能水表運行數據進行獲取，實現實時抄收，對用戶用水情況進行監控，同時還能夠對居民用水情況進行分析，然后采取階梯調價控制操作，將每個月度的用水數據與費用信息發送給用戶。相應的基本 NB-IoT智能水表系統組成結構包括終端層、網絡層、物聯網平臺以及應用軟件。

3 窄帶物聯網NB-loT在智能水表中的應用分析

3.1 智能水表的設計

基于窄帶物聯網NB-IoT技術應用的智能水表設計，是在機械水表的基礎上，應用水表的TI微處理器與旋轉掃描接口SCANIF銜接結構的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性和穩定性，不容易受到外界因素的影響。芯片結構當中的金屬膜葉輪是在流體當中旋轉運行，再通過無磁非接觸式的傳感器設備轉變成電信號，傳輸到微處理器SCANIF接口，通過計算得到轉動流體的具體流量與防衛，信號的檢測能夠實現自動化運行，信號數據統一由微處理器接收與處理，并進行安全加密保護，儲存到數據報文處，最終由NB-IoT通信結構進行發送。另外，水表主控MCU結構運行的功能消耗最低能夠達到5uA水平，驅動為LCD集成模式，具備監控和安全保護功能，經濟性也良好。

3.2 物聯網云平臺的應用

NB-IoT技術本身就是物聯網技術當中的一種，在智能水表中應用會建設專門的物聯網數據信息共享云平臺，應用智能水表的地區都建設了相應的通信網絡運營結構，能夠為云平臺的運行提供網絡通信支持，實現了物聯網的全面覆蓋，讓云平臺物聯網的設備終端和用戶軟件注冊能夠便捷地實現，網絡通信速率較快，能夠實現實時的數據發動與接收。

3.3 水表業務服務器與客戶端管理軟件應用

智能水表的業務服務器主要是負責抄表操作控制、水業管理終端控制和用戶應用數據的處理，而客戶端管理軟件的設計運用的物聯網站結構形式為B／S，Microsoft Visual Studio 2015是主要的開發平臺，采用面向對象的編程語言C#作為開發語言，前端頁面應用HTMLS，java-script和jQuery等主流前端技術[2]。

3.4 系統性能檢測

在應用NB-IoT技術設計智能水表時，需要對技術運行系統的實際性能進行檢測，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，在樓道內部空間安裝若干個NBIoT智能水表，然后在住宅樓小區外部區域的NB-IoT通信基站對智能水表設備運行數據進行抄收統計，檢測時間至少控制在90天，對水表抄收成功率進行統計，達到100%時則證明系統性能優良。還需要對公稱流量、分界流量等內容進行檢測，其中公稱流量檢測值為100L，其誤差計算公式為誤差E=[（現在表讀數-初始表讀數-1000）÷1000]×100%；分界流量檢測值為20L，其誤差計算公式為誤差E=[（現在表讀數-初始表讀數-200）÷200]×100%。

4 結束語

現代網絡技術發展逐漸成熟，更多智能科技在社會建設領域當中的應用，NB-IoT智能水表的應用，能夠使水表設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。