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物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

NB-IoT即窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things),NB-IOT建構在蜂窩網絡之上,隻消耗大約180KHZ的帶寬,可直接部署于GSM(2G)、UMTS(3G)、LTE(4G)網絡,因為這些網絡的基站等基礎裝置都已經有較好的覆寫範圍,是以這将很好的降低了NB-IOT的部署成本。

NB-IoT的優勢:

一是廣覆寫,将提供改進的室内覆寫,在同樣的頻段下,NB-IoT比現有的網絡增益20dB,相當于提升了100倍覆寫區域的能力,NB-IoT信号穿牆性遠遠超過現有的網絡,即使使用者深處地下停車場;

二是具備支撐連接配接的能力,NB-IoT一個扇區能夠支援10萬個連接配接,支援低延時敏感度、超低的裝置成本、低裝置功耗和優化的網絡架構。

常見的無線通信:

短距離:WiFi、藍牙、RFID、NFC、ZigBee、紅外

遠距離:2G\GPRS(2.5G)\3G\4G\5G、NB-IOT、LoRa

NB的型号介紹

國内做NB通信模組的廠家主要有移遠和芯訊通兩家。移遠是國内NB-IOT模組做的最出色的一家公司,NB模組出貨量排名第一,研發的NB模組型号衆多,功能齊全,方案涵蓋華為海思、聯發科和高通。

打開移遠官網:https://www.quectel.com/cn/product/list/LPWAIoTModule.htm 一目了然的就可以看到所有的NB産品。

BC95:

多為電信網絡

支援AT指令

是移遠最早量産的NB-IOT模組,基于海思120晶片(18年四季度開始采用150晶片)。子產品價格的從當初的120元,逐漸下降到90元,60元,40元,以及到現在的35元左右。可以說,BC95模組見證了國内NB-IOT的發展曆程。

BC35:

BC95的國内全網通版本

支援AT指令

BC28:

全網通

支援AT指令

華為Boudica150晶片

BC26:

全網通

支援AT指令

支援OpenCPU,可省去外圍MCU

支援高速移動(80km/h~120km/h)

采用聯發科的MT2625晶片

BC20:

全網通

支援AT指令

支援 AGPS 技術

內建NB-IOT和GNSS(GPS+BDS北鬥)

采用MT2625晶片

BC30:

全網通

支援AT指令

NB物聯網卡

1.每一個NB子產品必須插有一張物聯網卡才能正常通訊

2.Nb卡如同手機SIM卡,但兩者不能通用,NB卡的網絡是經過特殊處理的窄帶網絡,兩者網絡可以認為是平行的,沒有交集。

3.NB卡是三大營運商各種生産,其分為固定IP和非固定IP,固定IP的卡隻能與所固定的公網IP進行連接配接,非固定IP可以與任意公網IP進行連接配接。

4.連接配接的目标可以是華為、電信、移動等的物聯網平台,或者是自己在其他雲伺服器搭建的TCP、MQTT等伺服器。

OpenCPU

1. OpenCPU是基于移遠子產品的二次開發方案,使用者可以直接在子產品裡開發內建應用,進而省掉外部主要MCU。OpenCPU已被廣泛的用于M2M領域,例如智能家居、智能城市、資産追蹤,汽車能源等領域。

2. OpenCPU與傳統方案對比如下圖。 在傳統方案中,需要一個MCU作為主要制器,控制硬體外設,例如控制路燈的亮或滅,然後使用MCU的UART接口與标準子產品進行AT指令通信,上報目前路燈狀态,或接收來自遠端伺服器的開關燈指令。

而OpenCPU方案,可以直接在子產品中編寫程式控制路燈,節約硬體成本,加速應用開發。

3. OpenCPU核心系統是NB-IoT子產品的軟硬體結合。它内置ARM Cortex-M4處理器,建構在FreeRTOS作業系統之上,具有微核心、實時性、多任務等特點。

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

NB晶片本自帶有一些可供輸入輸出的IO口使用,但由于某種原因很多第三方廠商進行晶片封裝時會将其去掉,保留基礎的RX、TX、VCC、GND即可完成資料的收發。如果需要控制NB晶片裡的GPIO就不能使用AT指令完成,而需要通過opencup直接編寫代碼燒寫到晶片上進行GPIO控制。此時隻有BC26支援Opencup。

BC260子產品詳解

NB260是谷雨物聯網公司基于移遠NB-IOT子產品:BC26的小系統闆,闆載了IPEX射頻天線座,5V轉3.3V LDO穩壓電源,MicroSIM卡座,ESD防護電路,開機電路等,即插即用。使用者隻需注重上層應用,以最快的速度開發出基于NB-IOT應用的産品。

NB260小系統闆采用2.54标準間距排針,引出BC26子產品的全部可用GPIO口,整闆尺寸僅 25mm*33.02mm,便于嵌入到客戶産品中。

NB260采用了省電技術,在省電模式(PSM)下,低至40uA,其中BC26功耗5uA,LDO穩壓晶片靜功耗态35uA。

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

基本性能

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

引腳介紹

隻有當使用BC26的OpenCPU二次開發時才需要這麼多引腳,若隻當做普通的NB指令子產品時,僅使用CON1(P1)的雙排針的左側一列信号即可。

CON1(P1)左側一列信号為:GND,VIN,TXD,RXD,PEN,RST,EINT,NRI(NRI電壓域1.8V,若用作喚醒MCU,可以簡單串聯1K電阻然後上拉後與MCU的GPIO口相連。),該列信号還與NB101,NB200相容,可以互相替換。

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)
物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)
物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

子產品供電

NB260有兩種方式供電:一種是穩定的5V電壓供電,另外一種是電池直接供電。當使用VIN供電時,VCC引腳為3.3V輸出,不能再接到電池兩端。

1、穩定的5V電源供電要求如下表格:

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

5V供電電路圖,由圖可知子產品最終取電還是3.3V

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

2、電池直接供電的要求如下表格:

推薦電池型号:ER34615,CR17450。注意不能使用普通3.7V锂電池,因為其滿電電壓為4.1V,會燒壞子產品。

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

工作模式

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

子產品開機

NB260上電後處于關機狀态,需要拉高PEN引腳至少500ms使其開機。

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

PEN開機邏輯,以及PEN與BC26子產品的PWRKEY的關系如下圖所示(下圖是NB260的内部原理圖):

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)

其它

預設序列槽配置:波特率115200,無校驗,8位資料位,1位停止位

開機:PEN接VCC大于500ms,信号燈閃爍一下即可

休眠:當子產品等待一段時間後再發序列槽資料無響應,表明子產品處于休眠狀态,需要按照開機的辦法,也就是拉高PEN來喚醒子產品。

上電自啟:解決子產品上電不能自動啟動,方法是持續拉高PEN,但後果是子產品将不自動靜茹PSM模式(省電睡眠模式)

參考:谷雨文檔中心(http://doc.iotxx.com/)

物聯網之窄帶物聯網(NB-IOT)