一種基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統的製作方法
2023-06-01 19:48:41
本實用新型屬於物聯網技術領域，具體涉及一種基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統。
背景技術：
目前，物聯網通信技術從傳輸距離上區分可分為兩類：
短距離通信技術，代表技術有Zigbee、Wi-Fi、Bauetooth、Z-wave等，典型的應用場景如智能家居；
廣域網通信技術，業界一般定義為LPWAN(1ow-power Wide-Area Network，低功耗廣域網)，即廣域網通信技術。LPWAN技術又可分為兩類：一種是工作在非授權頻段的技術，如Lora、Sigfox等，這類技術大多是非標、自定義實現；另一種是工作在授權頻段的技術，如GSM、CDMA、WCDMA等較成熟的2G/3G蜂窩通信技術，以及目前逐漸部署應用、支持不同category終端類型的LTE及其演進技術，這類技術基本都在3GPP(主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演進技術的相關標準)或3GPP2(主要制定CDMA相關標準)等國際標準組織進行了標準定義。
基於蜂窩的窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)成為萬物網際網路的一個重要分支；NB-IoT構建於蜂窩網絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網(LPWA)；NB-IoT支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接，同時還能提供非常全面的室內蜂窩數據連接覆蓋，如圖1所示；
目前，非接觸式控制電梯選層、門禁和停車場管理的各類方案中都是基於通信方式的不同；採用短距離通信技術Zigbee、WIFI、藍牙等，缺點都是通信距離短無法實現遠程控制，組網複雜，點對點比對連接速度慢，設備接入數量有限；採用廣域網通信技術中的Lora、Sigfox等，雖然通信距離長覆蓋廣，但缺點是需要自建網關或基站，組網複雜，信號有延遲；而用廣域網通信技術中的GSM、CDMA、WCDMA等較成熟的2G/3G蜂窩通信技術，利用的是運營商的現有基站，雖然解決通信距離長/覆蓋廣/組網簡單的問題，但缺點是由於其覆蓋的是中高速率，信號覆蓋能力不強，在電梯井道內和地下停車場內信號很弱或幾乎沒有，所以無法實現數據傳輸。因此以上的各類方案應用於本案的場所時都會導致用戶體驗不好，最終無法實現部署或部署後被用戶棄用。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本實用新型提出了一種基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統，以達到使用一種方案解決小區全部通行場景控制的目的。
一種基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統，包括用戶的移動終端、雲伺服器、物業管理平臺和設置有NB-IoT通信晶片的小區智能控制電路；所述的小區智能控制電路，包括：電梯智能控制電路、門禁智能控制電路和停車場智能控制電路；
所述的電梯智能控制電路設置於各電梯的操縱盤控制箱內，包括控制器、NB-IoT通信晶片和擴展板；
所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，控制器的擴展輸出端與擴展板的擴展輸入端相連接；擴展板的輸出端與電梯操縱盤各個按鍵的信號線短接；
所述的門禁智能控制電路設置於各門禁控制箱內，包括控制器和NB-IoT通信晶片；
所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，控制器的控制輸出端連接電鎖或者道閘的輸入端；
所述的停車場智能控制電路，包括控制器、NB-IoT通信晶片、車牌識別攝像機和二維碼顯示器；
所述的控制器和NB-IoT通信晶片設置於道閘控制箱內，所述的車牌識別攝像機設置於停車場入口和出口道閘前，所述的二維碼顯示器設置於出口車牌識別攝像機前；
所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，車牌識別攝像機的輸出端與控制器的另一485接口相連接；二維碼顯示器的輸入端與控制器的又一485接口相連接。
所述的移動終端內設置有應用APP或者微信小程序。
本實用新型提出一種基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統，該系統是一種基於窄帶物聯網NB-IoT通信技術、網絡技術、雲技術和控制技術組成的智能無線控制系統，應用於且不限於小區的電梯、門禁和停車場等領域；該系統是小區智能通行的全套解決方案；該系統包括用戶的移動終端(APP或微信小程序)、物業管理平臺、雲伺服器、NB-IoT通信模塊、控制器、擴展板、車牌識別攝像機、二維碼顯示器；所述的用戶移動終端(APP或微信小程序)將指令數據(電梯選層或開啟門禁)和用戶身份信息上傳至雲端伺服器，伺服器根據註冊信息核准用戶身份信息，如果是合法用戶伺服器將指令通過NB-IoT基站發出，控制器通過嵌入式的NB-IoT通信晶片模塊接收無線信號指令控制擴展板動作，使電梯指定樓層按鍵接通，或控制門禁電鎖打開，同時控制器將成功應答數據的ACK報文返回至用戶移動終端，顯示呼叫成功；所述的車牌識別攝像機將指令數據(車牌文本信息)和用戶身份信息上傳至雲端伺服器，伺服器根據註冊信息核准用戶身份信息，如果是合法用戶伺服器將指令通過NB-IoT基站發出，控制器通過嵌入式的NB-IoT通信晶片模塊接收無線信號指令控制停車場道閘打開，車輛進入停車場；
本實用新型的突出特點是採用了窄帶物聯網NB-IoT通信技術，是一種新的窄帶蜂窩通信LPWAN技術，具有其他方法無法比擬的海量連接、深度覆蓋、超低功耗、低成本、穩定可靠等眾多優點；是唯一能夠在信號覆蓋較弱的場景中實現有效通信的技術解決方案；
NB-IoT的五大優勢：
優勢一：海量連接
NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50-100倍的接入數；
優勢二：深度覆蓋
NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當於發射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到；
優勢三：超低功耗
通信設備消耗的能量往往與數據量或速率相關，即單位時間內發出數據包的大小決定了功耗的大小；數據量小，設備的數據機和功放就可以調到非常小的水平；NB-IoT聚焦小數據量、小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小；
優勢四：低成本
低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優勢；速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低；低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現；因為低帶寬，就不要複雜的均衡算法……這些因素使得NB-IoT晶片可以做得很小。晶片成本往往和晶片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低；
優勢五：穩定可靠
NB-IoT直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，即可與現有網絡基站復用以降低部署成本、實現平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不佔用現有網絡的語音和數據帶寬，保證傳統業務和未來物聯網業務可同時穩定、可靠的進行；
本實用新型的技術難點在於對最新窄帶物聯網NB-IoT通信模塊的二次開發，來符合本案的技術要求；還在於對核心硬體控制器的研發和驅動程序的開發；還在於伺服器、通信模塊、控制器之間的數據精準傳輸和加密算法；還在於對控制器的遠程升級技術，通常的嵌入式設備軟體升級需要到現場逐個設備重新燒寫程序，當設備在全國安裝且數量龐大時，現場升級的成本是巨大的；還在於經過大量的實驗測試整個系統方案的合理性、控制的穩定性和用戶體驗；
本實用新型的有益效果：
1.相對於其他通信方式，如：藍牙、WIFI、GPRS等，窄帶物聯網NB-IoT具備其他方式無法比擬的海量連接、深度覆蓋、超低功耗、低成本、穩定可靠等眾多優點！是唯一能夠在信號覆蓋較弱的場景中實現有效通信的技術解決方案，是未來物聯網發展的最優解決方案；
2.本系統的設備部署在電梯井道內或車庫內或大門或單元門，位置分散，布設區域網難度大且成本高；有些地下車庫內和電梯井道內GPRS信號很弱甚至沒有，採用2G或2G以上模塊通信效果不好，用戶體驗很差；窄帶物聯網NB-IoT一個突出特點是信號穿透能力強，能夠有效覆蓋地下車庫和電梯井道；
3.相對傳統的刷卡控制系統，本實用新型通過用戶終端可遠程提前預約電梯，減少等待時間可以；沒有權限的人或者訪客可以通知有權限的用戶遠程呼叫電梯、開啟門禁，避免來回出入接人的麻煩；還能從根本上杜絕IC卡不防複製的難題；
4.本系統可以實現小區停車場智能無人值守和自助繳費；在道閘處安裝車牌識別攝像機，本系統就能實現小區智能停車場管理，車牌識別確認車輛信息，手機APP確認業主身份信息，沒有繳納停車費則車輛無法進入；
5.應用本系統，物業可以及時向業主群發或定向發出通知或公告，如：停水、停電、收繳物業費等，避免在小區出入口張貼紙質通知的麻煩；
6.應用本系統，業主可以隨時報修或投訴，還可以實現手機自助繳納物業費、電梯費、停車費等費用，避免來回跑物業的麻煩。
附圖說明
圖1為本實用新型一種實施例的各種通信方式速率對比圖；
圖2為本實用新型一種實施例的基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統結構示意圖；
圖3為本實用新型一種實施例的電梯智能控制電路原理圖；
圖4為本實用新型一種實施例的門禁智能控制電路原理圖；
圖5為本實用新型一種實施例的停車場智能控制電路原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型一種實施例做進一步說明。
本實用新型實施例中，如圖2所示，基於窄帶物聯網的小區智能通行控制系統，包括用戶的移動終端(內設APP或微信小程序)、物業管理平臺、雲伺服器、小區智能控制電路，所述的小區智能控制電路，包括電梯智能控制電路、門禁智能控制電路和停車場智能控制電路；
本實用新型實施例中，所述的移動終端用於用戶註冊、上傳指令數據和用戶身份信息至雲伺服器中；所述的雲伺服器用於存儲用戶信息並進行用戶身份鑑權，將鑑權成功的指令數據通過窄帶物聯網NB-IoT發送至指定IP位址的智能控制電路中；所述的物業管理平臺用於後臺管理、錄入和修改用戶信息，設置用戶權限和用戶註冊審核；所述的小區智能控制電路用於接收和發送指令信息(控制電路的IP位址、樓層、車牌文本)，對小區的通行設備進行控制。
本實用新型的實施例中，所述的遠程升級技術概括為：支持遠程自更新的嵌入式系統可以劃分為前端運行模塊和後臺控制模塊兩部分。前端運行模塊採用基於ARM核心的微處理器。後臺控制模塊用於實現對前端運行模塊的遠程異地控制。前端運行模塊通過無線模塊接入到窄帶物聯網通信系統，繼而連接到Internet。後臺控制模塊採用無線方式直接與Internet相連接，與前臺運行模塊之間進行標準的基於TCP/IP協議的通信。狀態信息、控制信息和更新文件都在這一數據鏈路上進行傳輸。系統進行軟體更新時，先把新鏡像文件下載到ARM內存中，然後燒寫到FLASH的鏡像文件存儲區，覆蓋舊的鏡像文件。
本實用新型實施例中，如圖3所示，電梯智能控制電路設置於各電梯的操縱盤控制箱內，包括控制器(YH-Z15A)、NB-IoT通信晶片(模塊)(LTE BC95NB-IoT Module)和擴展板(YH-K16A)，所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，控制器的擴展輸出端與擴展板的擴展輸入端相連接；擴展板的輸出端與電梯操縱盤各個按鍵的信號線短接；
本實用新型實施例中，如圖4所示，門禁智能控制電路設置於各門禁控制箱內，包括控制器(YH-Z15A)和NB-IoT通信晶片(模塊)(LTE BC95NB-IoT Module)，所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，控制器的控制輸出端連接電鎖或者道閘的輸入端；
本實用新型實施例中，如圖5所示，停車場智能控制電路，包括控制器(YH-Z15A)、NB-IoT通信晶片(LTE BC95NB-IoT Module)、車牌識別攝像機(DH-ITC215-PUlB)和二維碼顯示器(YH-X16A)，所述的控制器和NB-IoT通信晶片設置於道閘控制箱內，所述的車牌識別攝像機設置於停車場入口和出口道閘前，所述的二維碼顯示器設置於出口車牌識別攝像機前；所述的控制器與NB-IoT通信晶片通過485接口相連接，車牌識別攝像機的輸出端與控制器的另一485接口相連接；二維碼顯示器的輸入端與控制器的又一485接口相連接。