基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端的制作方法

本实用新型涉及物联网采集终端领域，具体的说，是基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端。

背景技术：

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，4.5G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场，然而，针对于物联网采集端的普通信息，又在采集点要求广泛的情况下，若是全都采用4.5G来进行传输，那必定会花费巨大的成本。

对于当今物联网的采集终端，提出的要求采集点的数量越来越多、采集信息种类越来越全面、成本花费越来越低。因此在蜂窝物联网的基础上，这种低窄带、低功率、低成本的NB-IOT技术变得越来越适用。

综上所述，在物联网发展迅速的当下，提供一种基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端是非常重要和迫切的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端，用于实现多种传感器的信息采集，以及射频身份信息识别采集，并且成本较低、功耗低、使用时间长、能够大范围地分布。

本实用新型通过下述技术方案实现：基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端，包括MCU以及分别与MCU连接的A\D转换模块接口、射频模块、电源转换模块接口、时钟模块、RS232模块接口；所述A\D转换模块接口接入温度传感器、压力传感器、气体浓度传感器、流量传感器中的一种或多种；所述RS232模块接口接入NB-IOT通信模块；所述电源转换模块接口接入电源模块。

其工作原理为：首先，电源模块接入电源转换模块接口，把通入的电压进行变压以及电压调制处理以符合驱动要求，处理后的电压对采集终端进行供电。温度传感器、压力传感器、气体浓度传感器、流量传感器上电后开始进行检测，把检测到的信号发送至A\D转换模块进行信号的调理，以便后续的MCU能够识别，这里的A\D转换模块不止有用于把模拟信号和数字信号的相互转换的AD转换电路，还包含有用于进行信号放大的放大电路。

采集信号经过调理后发送至MCU处理器进行处理，一方面MCU驱动时钟模块对采集信号的时间进行匹配并且存储。一方面启动射频模块，对一些需要采集身份信息的物品进行信息采集。另一方面，MCU启动NB-IOT通信模块把采集到的信息以及时间信息通过无线的方式发送至网络以实现物品上采集信息的共享。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述射频模块为RFID射频模块。这里采用RFID射频模块是因为RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术。可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等，因此采用RFID射频模块能够有效地进行采集终端的身份信息采集。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述时钟模块包括芯片U2、电容C3、电容C4、振荡源X1、备用电源BT1；所述U2为DS1302芯片；所述U2的引脚1接5V电压、引脚2通过电容C3接地、引脚3通过并联的振荡源X1和电容C4再与电容C3并联后接地、引脚4接地、引脚8通过备用电源BT1接地；所述U2的引脚7为RST复位端、引脚6为I/O口、引脚5为SCLK输入端。电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。DS1302组成实时时钟电路是一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，进一步保证计时工作的稳定性。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述振荡源X1外接32.768kHz晶振。通过采用最常用32.768kHz晶振来组成计时模块，比较容易分频以便于产生1秒的时钟频率，在能够正常计时的条件下，降低了成本，来实现采集终端的计时功能。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述电源模块为市电源电压。通过采用锂电池电源进行供电，不仅体积小巧、便于安装、简化了采集终端的结构，而且能够进行多次充电，节能环保。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述电源转换模块接口包括芯片U1、滤波电容C1、滤波电容C2、二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1以及电源灯LED1；所述芯片U1为LM2576芯片；所述芯片U1的引脚1通过二极管D1接入锂电池电源且于引脚1和二极管D1之间分出一条支路通过滤波电容C1接地、引脚3和引脚4接地、引脚8通过二极管D2接地并且在引脚8和二极管D2之间分出支路，支路连接电感L1后接入引脚5、L1与引脚5之间再分出支路通过并联的滤波电容C2和电阻R1接入引脚6；所述电源灯LED1与R1串联。这里通过电源转换模块简单高效地实现接入电压降压、稳压等处理，并且具有保护电路的作用。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述NB-IOT通信模块为SARA-N2模块。相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。而SARA-N2模块工作在许可频段，从而保障无线通信的安全和不受干扰。支持最高227 kbps峰值下行链路速率和21 kbps上行链路速率。由于可同时支持三个无线射频波段，同一模块可用于大部分国家地区的运营商网络。可以兼容u-blox GSM、HSPA或CDMA模块，同时面向未来，在多种无线技术间实现无缝扩展，而且，一块标配电池就可以持续工作10到20年。

相对于其他蜂窝无线技术，NB-IoT具有诸多优势，包括更低的设备复杂度，超低功耗，一个基站可支持15万设备。最重要的是，由于这项技术提供了比GPRS 更好的20 dB链路预算，在地下或楼宇内等弱信号区域都体现出出色的性能。与非许可频谱低功耗广域(LPWA)解决方案相比，由于NB-IoT使用许可频段网络，因此拥有更强的安全性和抗干扰能力。其他优势包括，点到点拓扑带来比网状网络更低的延迟，可在现有2G和LTE网络运行，仅需要200 kHz带宽;更高的传输功率限制，提高可靠性和距离。它还允许强大的双向通讯，意味着可无线更新固件。此外，NB-IoT还可全球漫游，而本地非许可频段技术是无法做到这一点的。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型通过设置用于多类传感器的A/D转换模块接口，可以任意接入多种传感器进行不同的信息采集，而且还设置射频模块进一步对身份信息进行采集，从而提高采集终端对信息采集的全面性。

（2）本实用新型通过采用NB-IOT技术，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，本身具有的覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优的特点，能够很容易地与现有网络共存，在相同成本的条件使采集终端的采集点更加广泛，在传输效果达到要求的条件下，更加适应于当今的物联网需求。

（3）本实用新型通过设置时钟模块，对信息采集时的时间进行记录，而且本时钟模块的电路结构简单、价格低廉、使用方便，能够广泛被地运用，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，不仅降低功耗，而且进一步保证计时的稳定。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的电源转换模块接口电路原理图。

图3为本实用新型时钟模块的电路原理图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的基于NB-IOT技术的物联网智能采集终端，如图1所示：用于采集温度信息的温度传感器、采集压力信息的压力传感器、采集气体浓度信息的气体浓度传感器、采集流量信息的流量传感器在前端检测相关情况。各个传感器接入用于调理采集信号的A\D转换模块的接口，A\D转换模块接口连接MCU处理器，MCU处理器用于接收、处理采集信息号并把采集信号发送给后续模块。

MCU处理器还通过电源转换模块连接锂电池电源，通过RS232模块接口接入NB-IOT通信模块。其中，电源转换模块用于把电源模块的电压进行稳压、转换后以给整个采集终端供电；RS232模块用于实现MCU处理器与NB-IOT通信模块的信号通信；NB-IOT通信模块用于把采集到的信息无线发送至相对应的网络，以实现物联。

同时，MCU处理器还分别与用于采集物品身份信息的射频模块和用于进行采集时间记录的时钟模块相连接。这里的RS232模块、NB-IOT通信模块为现有的常用产品，因此不在此做过多细述。

其工作原理：电源模块接入电源转换模块接口，把通入的电压进行变压以及电压调制处理以符合驱动要求，处理后的电压对采集终端进行供电。温度传感器、压力传感器、气体浓度传感器、流量传感器上电后开始进行检测，把检测到的信号发送至A\D转换模块进行信号的调理，以便后续的MCU能够识别，这里的A\D转换模块不止有用于把模拟信号和数字信号的相互转换的AD转换电路，还包含有用于进行信号放大的放大电路。

采集信号经过调理后发送至MCU处理器进行处理，一方面MCU驱动时钟模块对采集信号的时间进行匹配并且存储。一方面启动射频模块，对一些需要采集身份信息的物品进行信息采集。另一方面，MCU启动NB-IOT通信模块把采集到的信息以及时间信息通过无线的方式发送至网络以实现物品上采集信息的共享。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示：所述电源转换模块接口包括芯片U1、滤波电容C1、滤波电容C2、二极管D1、二极管D2、电感L1、电阻R1以及电源灯LED1；所述芯片U1为LM2576芯片；所述芯片U1的引脚1通过二极管D1接入锂电池电源且于引脚1和二极管D1之间分出一条支路通过滤波电容C1接地、引脚3和引脚4接地、引脚8通过二极管D2接地并且在引脚8和二极管D2之间分出支路，支路连接电感L1后接入引脚5、L1与引脚5之间再分出支路通过并联的滤波电容C2和电阻R1接入引脚6；所述电源灯LED1与R1串联。其中，所述电源模块为锂电池电源。

其工作时：为了产生不同的输出电压， 通常将比较器的负端接基准电压1.23V，正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1kΩ可调-ADJ时开路，上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比从而使输出电压保持稳定。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，如图3所示：所述时钟模块包括芯片U2、电容C3、电容C4、振荡源X1、备用电源BT1；所述U2为DS1302芯片；所述U2的引脚1接5V电压、引脚2通过电容C3接地、引脚3通过并联的振荡源X1和电容C4再与电容C3并联后接地、引脚4接地、引脚8通过备用电源BT1接地；所述U2的引脚7为RST复位端、引脚6为I/O口、引脚5为SCLK输入端。所述振荡源X1外接32.768kHz晶振。

其工作时：VCC2也就是引脚1接入的5V电压为主电源进行供电，Vcc1也就是引脚8连接的备用电源为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。这里SCLK始终是输入端，在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。写入控制字和初始时间后就可以自动计时了。

本实施例的其他部分与实施例2相同，故不再赘述.

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上做进一步优化，所述NB-IOT通信模块为SARA-N2模块。相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。而SARA-N2模块工作在许可频段，从而保障无线通信的安全和不受干扰。支持最高227 kbps峰值下行链路速率和21 kbps上行链路速率。由于可同时支持三个无线射频波段，同一模块可用于大部分国家地区的运营商网络。可以兼容u-blox GSM、HSPA或CDMA模块，同时面向未来，在多种无线技术间实现无缝扩展，而且，一块标配电池就可以持续工作10到20年。

相对于其他蜂窝无线技术，NB-IoT具有诸多优势，包括更低的设备复杂度，超低功耗，一个基站可支持15万设备。最重要的是，由于这项技术提供了比GPRS 更好的20 dB链路预算，在地下或楼宇内等弱信号区域都体现出出色的性能。与非许可频谱低功耗广域(LPWA)解决方案相比，由于NB-IoT使用许可频段网络，因此拥有更强的安全性和抗干扰能力。其他优势包括，点到点拓扑带来比网状网络更低的延迟，可在现有2G和LTE网络运行，仅需要200 kHz带宽;更高的传输功率限制，提高可靠性和距离。它还允许强大的双向通讯，意味着可无线更新固件。此外，NB-IoT还可全球漫游，而本地非许可频段技术是无法做到这一点的。

所述射频模块为RFID射频模块。这里采用RFID射频模块，RFID射频模块包括了RFID标签和RFID读写器。因为RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术。可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等，因此采用RFID射频模块能够有效地进行采集终端的身份信息采集。使用时，把RFID标签设置于物品上，以RFID读写器识别RFID标签来实现物品身份信息区分和识别。

本实施例的其他部分与实施例3相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。