基于NB-IOT通信的智能电表设计

基于NB-IOT通信的智能电表设计

陆昌琪

(安徽南瑞中天电力电子有限公司，安徽合肥230088)

[摘要]针对当前智能电表存在数据需要多次传递、容易受到电网干扰等问题，介绍了一种基于新一代物联网NB -IOT通信技术的智能电表。其通过NB - IOT通信模块将数据直接传递至主站，摒弃复杂的中间环节，数据传递实时性高，而且鉴于NB - IOT具有远距离传输以及穿透能力强等特点，对解决偏远地区的抄表覆盖问题及设备安装在地下室的抄表问题，在智能抄表领域具有巨大的优势。

关键词 物联网 智能电表 数据传递

中图分类号 TM933.4

引言

智能电表投入到智能电网的建设中已历经10年，发挥了重要的作用，也暴露出一些问题，当前的电力线载波技术以及小无线技术分别存在易受干扰和通信距离受限等缺点，而且采用“电能表——采集器——集中器——服务器的多次数据传递方式”，中间环节多，容易出现数据传递实时性差，还会因为中间设备的故障导致抄表失败，在运行中需要投入大量的人力、财力进行维护。随着NB—lOT技术标准的冻结，为解决这些问题提供了依据。

1 功能结构

智能电表由核心处理模块、上行通信模块(NB - IOT)、电能计量模块、时钟模块、存储模块、拉闸控制模块纵及电源模块等主要模块组成，功能结构框图如图1所示。

2硬件设计

2.1 核心处理模块

核心处理单元由MCU、时钟及复位电路组成，MCU采用瑞能微公司RN8613，集成了ARM Cortex - MO内核、256 kB FLASH和32 kB SRAM，在2.3～5.5 V电压，范围内CPU可正常工作。

2.2上行通信模块(NB - IOT)

上行通信模块采用上海移远公司的BC - 95模块，它基于华为海思NB - IOT芯片，休眠功耗仅为6uA，支持本地UART、远程两种下载(升级模式)。

2.3电能计量模块

电能计量模块由计量芯片，电压、电流采样电路组成。电压采样由多颗精密电阻串联分压获取，而电流采样则由锰铜电阻采样获取，锰铜电阻的温度特性极稳定，可确保在大电流发热时的采样精度。

2.4拉闸控制模块

控制模块由继电器和回路检测组成，继电器用于对不良用户拉闸限电，回路检测用于对拉合闸的状态进行检测，确保拉合闸有效。

2.5时钟模块

智能表的分时电价功能对时钟精度提出很同的要求，使用EPSON公司的RX8025T对钟芯片，它狂全温度范围下的精度非常高(≤0. 5SlD)，超低功耗：≤1tlA/3V( TYP)，一节ER14250的锂电池可供其使用8年以上。

2.6存储模块

在运行过程中智能电表要保存大量的数据，以及主站下发的参数，智能表采用EEPROM和FROM两种存储介质，同一参数分别写入这两种介质，确保在电源波动或异常掉电情况下数据不丢失。

2.7液晶显示模块

液晶显示单元由液晶驱动芯片、段码液晶以及背光源组成，作为智能表直观的人机交互单元，用户可以通过液晶显示单元查看当前电量，现场运维人员可以查看运行状态、故障情况以及故障类型。

2.8系统电源模块

系统电源模块为整个电能表提供工作电源，市电经过线性变压器后整流、滤波、稳压得到稳定的直流电源，驱动系统工作，需要注意的是单片机、计量芯片以及时钟、存储等芯片的电源接入脚要增加去耦和滤波电容，以确保数据读写稳定性和计量精度准确性。

3软件设计

软件的具体流程是：上电启动、硬件初始化，配置寄存器、时钟等相关参数系统自检;对存储、时钟、显示、电源等系统外设进行自检;轮询采集，存储，显示等任务;掉电检测：检查市电是否正常，如果正常则轮训任务，发现掉电则进入低功耗状态;在低功耗状态下进行上电检测，如果此时已有市电，则进入上电启动、硬件初始化流程，如果依然处于掉电状态，则依然在低功耗状态下运行。

4结束语

随着NB - IOT通信标准的冻结，将有越来越多的行业加入NB - IOT阵营，事实上目前基于NB - IOT通信已经被广泛运用到共享单车、智能水表等领域，智能电网中也出现NB - IOT的身影，期待NB - lOT在智能电表中发挥更大的作用。系统软件流程如图2所示：

参考文献

[1]康华光.电子技术基础——模拟部分[Ml.4版.北京：高等教育出版社，1999