NB-IoT智慧电表解决方案
NB-IoT智慧电表【转】
- 1.智慧电表需求分析
- 1.1行业现状及发展趋势
- 1.2电表行业一般方案
- 1.2.1 IC卡和红外线电表系统
- 1.2.2 控电机柜系统
- 1.2.3 电力载波系统
- 1.2.4 485总线方式
- 1.2.5 CAN总线方式
- 1.2.6 中继无线通信方式
- 2 NB-IoT方案论证
- 2.1 强覆盖
- 2.2海量连接
- 2.3 低功耗
- 2.4 低成本
- 3 实施方案
- 3.1 方案架构
- 3.2 硬件
- 3.3 软件
- 4 总结
这篇文章关于nb-iot智慧电表的介绍还是很全面的，包括智慧电表的业内解决方案介绍，智慧电表的硬件终端，框架，平台介绍等。因此才在这里转发下，可供小伙伴们查阅。
1.智慧电表需求分析
1.1行业现状及发展趋势
当前，电费结算主要依靠工人抄表和电力局直接划帐的方式，但由于电表数量大，分布面广，安用电现场各式各样,有些电表由电网公司安装，有些电表为业主安装表的类型非常多，既有感应式电度表，也有电子式电度表，还有IC卡电表、本地化无线抄表等。由于点多面广，情况复杂，电力公司需要派专人经常抄表检查，这导致在用电管理中的真实性、准确性、实时性、可靠性及存在的诸多问题都缺乏有效的科学的手段进行监督，给用电管理工作带来了很大的难度。
归结如下几个问题特别突出：
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效率低下、效果不好、劳动强度大
由于电表的分布特别分散，不集中，而且安装环境各异，抄表的效率极其低下。工作人员每天都要不停地上楼、下楼、跑路，劳动强度相当大，特别是在夏季高温情况下，这种工作相当辛苦。 -
出现供电故障无法及时得知
有时会出现停电等各种各样的供电故障，给人们生活、生产造成不良影响，靠人工监控根本就无法及时发现并响应上述的故障。 -
私接电源窃电
许多电表安装无法规范，可人为私自改动电表或私接电源窃电的机会很多。由于没有先进的技术手段对此行为进行监督管理，既使有人改电表或窃电，电力系统工作人员也无法知道。这样的现场电表读数是无法真实反映工厂实际用电情况的。 -
电表余额为零时会造成停电故障
电业局安装的电表有很多是IC卡电表，这些电表当卡内余额用完之后就会自动停电。若对于IC卡表余额不足的提示无法及时知晓，常常会发生停电事故，影响工厂正常生产及运营 -
对于用户用电缺乏系统的统计资料
由于人工抄表时间不固定，不能进行日抄表，因此很难建立起系统的用电统计资料，难以采取系统性措施科学用电。
现阶段存在的上述问题，如果不及时采取措施通过统一实施远程用电监控，改变管理模式加以解决，所造成的损失是长期的。
1.2电表行业一般方案
目前市场上各种主要功能的产品类型有以下几种：
1.2.1 IC卡和红外线电表系统
- 主要优点：不用布线
- 主要缺点：
1）技术含量不高，容量被解密、破坏和造假，会给物业部门和国家带来巨大损失。
2）难以主动适应电价变动。
1.2.2 控电机柜系统
系统由软件、网络、用电管理器、控电机柜等组成，不用电表一般采用TCP/IP协议或485总线方式通讯，多用于学校宿舍。
- 主要优点：不用电表，可以利用现有的宽带网络
- 主要缺点：买电用电都由软件中控制，当用户质疑用电量的时候，用电管理部门不能拿出可信的证据说明用户实际用电量，容易引起纠纷。
1.2.3 电力载波系统
- 主要优点：不用布线，安装方便
- 主要缺点：电力线上的电磁干扰和负载变化产生的干扰是电力载波抄表的难题，通过电力载波方式传输数据，不能随时抄收数据和控制电表，也就是说不能实现预付费功能。
1.2.4 485总线方式
- 主要优点：可实现数据的实时传输和电表控制，优于以上其他方案
- 主要缺点：数据传输的安全可靠性，准确性不高，传输的距离有限，要布网线。
1.2.5 CAN总线方式
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主要优点：CAN总线是新型的局域网通讯协议，具有易使用、高可靠性、无误码的特点，是传统的RS-485总线方式无法比拟的，可实现电表实时抄收、预付费后付费可选、远程通断控制、电表状态远程监控。
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主要缺点：需要布线，且有网络接口协议转换，拓补结构相对复杂。
1.2.6 中继无线通信方式
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主要优点：通过内置RF模组，对终端进行无线化改造，通过数据中继连接单元DCU接入移动网络或核心网络，进而链接云端管理平台，提供抄表数据，设备状态，异常报警等数据。典型的是Lora方案。
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主要缺点：中间增加一个DCU中继节点，网络复杂度增高，稳定性下降。
2 NB-IoT方案论证
NB-IOT是新一代无线通信技术，低功耗物联网技术的代表，应用在智慧电表行业具备天然优势。
2.1 强覆盖
在同样的频段下，NB-IOT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍。
对于环境复杂，工作条件恶劣，导致的无法通信或通信丢包率严重现象有极大改善。
2.2海量连接
具备支撑海量连接的能力，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。
未来NB-IoT的网络不仅支持电表，还有水表、气表，以及成百上千各种智慧家庭终端、环境物联网传感器，而NB-IoT的强连接特性足以满足各种环境大量设备联网需求，避免网络阻塞掉线问题。
2.3 低功耗
NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此设备功耗可以做到非常小，续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。
虽然在电表应用功耗不敏感，但是在故障、停电情况下，NB-IoT模组可利用有限的小容量电池工作，提供故障检测、远程控制等功能，也有很强的实用性。
2.4 低成本
低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势，这在未来规模化应用时可整体降低各类终端的成本。
另外更重要的是网络建设成本大大降低：一是NB-IoT直接与运营商基站通信，无须像LoRa协议另建中继网络；二是运营商基站的射频和天线基本上都是复用的，无需复杂硬件升级。
3 实施方案
3.1 方案架构
基于NB-IoT智慧电表解决方案架构如图所示：包括终端层、网络层、平台层、应用层。
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其中，终端层即为我们的智慧电表终端，其中抄表控制器采用华为LiteOS操作系统，通信模块采用移远BC95模块；
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网络层可通过移动、电信、联通NB-IoT基站接入核心网；
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平台层采用华为OceanConnect物联网平台，处理数据终端的连接，如SIM卡管理、连接管理、设备管理、安全与鉴权等；
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应用层采用华为云服务器，包含远程抄表、用户及数据管理、能耗优化、运维支撑系统等。
3.2 硬件
我们采用NB-IoT模组GEMN01与电子式电表控制器配合，实现NB-IoT电表终端的无线通信。
我们基于stm32单片机和BC95通信模块，主要调用了LiteOS中断管理、任务管理、任务同步等方面的能力，直观感受是LiteOS结构清晰，程序的升级、修改等很简单。
3.3 软件
我们软件包括web管理云平台、移动小程序。web管理云平台，含终端、用户、业务、权限管理等，可灵活、快速海量读取电表读数，对用电量跟踪统计。移动端小程序，可用来查看电表的安装、运行、统计及维护情况
Web云平台采用基于AJAX技术的B/S架构模式，结合Java、以及等编程技术，提高了B/S应用的访问效率，而且优化了B/S架构模式的内部结构，提高了软件的可维护性。如下是部分云平台页面。
4 总结
电力抄表需要投入大量的人力、物力和财力。因为数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不便。加强用电管理，实现节能降费今后将成为现代化城市管理中的重要工作。
利用NB-IoT智慧电表系统，能对电表实施远程数据采集、抄收、监测的用电综合管理系统，可减少人力资源、缩短修护时间并节省专线建设成本，并达到节能降费的目，符合国家倡导的智慧城市发展方向。
【说明】
文章转自华为云黑客松–上海智洋网络科技有限公司–智慧电表，相关版权解释权归原作者所有。