[发明专利]一种基于NB-IoT的电表数据采集系统

权利要求书

1.一种基于NB-IoT的电表数据采集系统，其特征在于：该系统包括电表通信控制模块、主控制器、电源模块、NB模组、物联网云平台、数据服务器与用户终端；

电表通信控制模块通过RS485协议与电表之间双向通信，通过采集器实现电表数据的读取与电表状态的控制；所述电表状态的控制包括电表的拉闸、合闸、保电；

主控制器实现系统不同任务的调度，并控制数据的采集频率；主控制器通过电表通信控制模块向电表下发读取电量数据的指令后监听电表的返回数据，然后对收到的数据包进行解码，提取有效数据，再向电表发送新的数据读取指令；在获取到该电表的所有用户指定的数据类型后主控制器改变电表地址，开始获取下一个电表的各项参数；当一个周期内数据获取完成后，主控制器将不同的电表的各项数据进行压缩，并按照NB模组的通信协议进行打包，加入安全验证密钥后，将完整的数据包按照NB模组的协议要求发送至NB模组；接收NB模组解析的有效用户指令，根据用户指令控制电表进入不同的工作状态；

NB模组收到主控制器的数据包后被激活，从休眠状态切换至工作状态，将接收到的数据包发送到物联网云平台；接收并解析物联网云平台下发的用户指令数据；

物联网云平台收到数据包时，首先对数据包进行校验与识别，滤掉不合法的数据包文；在合法的数据包中解析出有效数据并将数据储存在物联网云平台上，同时根据用户要求将有效数据推送至用户的数据服务器和用户终端；物联网云平台还接收用户终端发送的用户指令，将用户指令下发至NB模组；

在采集器获取电表数据后，通过加密算法保证用户数据的安全；主控制器将多个电表的数据按照NB模组的通信要求压缩与打包后，加入安全验证密钥，再将完整的数据包发送至物联网云平台；用户获取数据包后，进行安全密钥匹配，只有在验证通过后才能获取电量数据；

所述主控制器为TI公司推出的超低功耗微控制器MSP430FR5969；微控制器带有64KB的超低功耗铁电RAM，休眠模式下电流低至0.4uA；工作电压范围为1.8～3.6V；

主控制器上电后，首先对硬件接口进行初始化，完成串口波特率与校验位的配置；然后对NB模组进行配置，激活NB模组进入工作状态，搜索NB网络信号，并完成入网操作；NB模组接入网络后，主控制器开始执行连接物联网云平台操作，使NB模组接入用户指定的物联网云平台；NB模组连接到物联网云平台并向物联网云平台发送验证信息，验证成功时物联网云平台下发校验成功指令；

主控制器收到校验成功消息后开始读取电表的数据，依次向电表通信控制模块发送电流、电压、电量读取指令，同时监听电表的数据返回，并对返回数据包进行解码；对所有的电表节点进行轮询，然后将不同的电表数据进行压缩；根据NB模组的通信协议要求生成完整的数据包文；主控制器通过UART接口将完整的数据包发送给NB模组后进入休眠状态，等待下一次RTC闹钟唤醒或UART中断指令唤醒；当主控制器处于休眠状态时，用户下发的指令由物联网云平台下发至NB模组；NB模组完整接收指令的解码工作，并将有效指令数据发送至主控制器UART；主控制器被激活，解析指令数据，获得用户指令并对命令作出响应与应答；

电表数据在物联网云平台完成解析与储存，同时推送至用户的数据服务器与用户终端；

首先，采集器控制NB模组连接到IOT Cloud Platform，需要2个步骤：北向注册和南部绑定；北向注册是在IOT Cloud Platform上创建一个虚拟采集设备；此步骤要求用户终端发送一个http或https请求到IOT Cloud Platform，其身份包括采集器的IMEI号码，实现采集器的云平台注册；南边绑定是将一个采集器终端与IOT Cloud Platform上注册的虚拟采集设备进行绑定；当采集器将数据发送到IOT Cloud Platform时，会向IOT CloudPlatform发送校验数据，包括采集设备的IMEI号码，以便IOT Cloud Platform匹配到实际的采集器；为了提高安全性，需要对采集器中的数据进行编码，并对IOT Cloud Platform中的数据进行解码；

第二，用户终端读取从采集器接收的数据；当IOT Cloud Platform从采集器接收数据时，将会向服务器发送其主体包含数据的发布请求；服务器将数据存储在其数据库中，需要时，用户终端直接从服务器的数据库获取数据；

第三，用户终端向采集器发送命令；用户终端向IOT Cloud Platform发送一个包含命令的https请求，然后IOT Cloud Platform将该命令发送到采集器；采集器接收命令时，它将执行命令并将电表状态返回到IOT Cloud Platform；之后，IOT Cloud Platform将设备的状态发送到用户的数据服务器，以便用户找到有关设备是否正确执行命令的信息；

用户终端从物联网云平台或用户的数据服务器获取采集器的数据，并在物联网云平台实现对电表数据的监控与分析；用户终端能够对电表进行充值、拉闸、合闸操作；当电表数据出现异常情况，用户终端根据数据的分析结果及时给用户提供警告信息，同时向采集器下发安全维护指令；用户终端包括管理端与用户端，管理端能够对采集系统在线裁剪，在线添加任意数量的采集器，配置采集器搭载的电表数量，并能够查找指定电表，设置数据上传频率或者对指定电表进行删除操作，同时根据用户要求获取用户指定的电表数据；用户端以可视化图形界面显示用户电量信息与消费情况。