NB-IoT 物联网应用太阳能数据收集系统

利用NB-IoT 低功耗无线通讯网络技术，导入控制与数据收集系统架构，自动收集逆变器之输入输出电压等资讯，并提供网页服务及APP，让使用者能够更轻易取得及监控相关资讯，其所具备的省电机制、低成本( 低月租费) 以及高可靠性与覆盖率等优点将能大大提升系统的效益。

随着人类文明的发展，能源的消耗量与日俱增，但是地球上所蕴藏之化石能源，如：石油、天然气、煤等在人类的大量开采下，即将消耗殆尽，为解决能源危机，人们致力于开发永续能源，因此，俱备低污染、容易取得、不易消逝之特质的太阳能，成为未来最理想的替代能源。因此，泓格科技利用目前最先进的NB-IoT 低功耗无线通讯网络技术，并导入控制与数据收集系统架构，能自动收集逆变器之输入输出电压等资讯，同时提供网页服务及APP，让使用者能够更轻易取得及监控相关资讯，另采用物联网的NBIoT通讯技术，其所具备的省电机制、低成本( 低月租费) 以及高可靠性与覆盖率等优点将能大大提升本系统的效益。

太阳能数据收集系统：

太阳能数据收集系统架构如图2-1 所示，其功能主要分为感测物件、网络传递、数据收集以及应用服务等四部分：
■  感测物件 : 包括逆变器内部相关资讯，如电压、电流、输出功率及电压频率数值。
■  网络传递 : NB-IoT Gateway 连接电信商的NB-IoT 网络来传递数据。
■  数据收集 : 使用泓格所开发之Server平台，并提供储存数据库功能与多种存取界面。
■  应用服务 : 使用者可将数据用作巨量数据分析或系统营运管理等用途。

首先， NB-IoT Gateway 会定期将数据收集器的数据透过NB-IoT 技术上传给ICPDAS NB-DA Server 平台， 在NBDAServer 平台方面则透过物联网常见的MQTT、Modbus TCP 等技术来收送数据，并且提供如数据库等各式界面来让使用者存取，而使用者根据自己的需求，则可以自行规划所需的应用服务，如数据探勘或用户及设备管理等。
                                          图 2-1 2. 太阳能数据收集系统架构
NB-IoT 简介
NB-IoT 即窄带物联网(Narrow Band-Internet of Things)， 属于LPWAN( 低功耗广域网络)，网络可以直接部署于现有2G/3G/4G 的网络，只消耗大约180 KHz 的频宽，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。相较于同属LPWAN的LoRa、SigFox 等使用非授权频段技术，由3GPP 提出的NB-IoT 标准更受各大运营商支持，使得NB-IoT 的发展更有优势。
                                        图 2-2 NB-IoT 相对短距通信 / 私有技术优势明显

应用架构：
应用架构如图2-3 所示，网关是用于收集逆变器之相关数值，如电压、电流、输出功率及电压频率等，并透过Server 端的NBDAServer 与HMI 软件InduSoft 将实时数据储存至数据库与显示于Web 上，以便使用者于任何时间查看线上实时资讯。

                                                  应用架构

在网关RTU-540P-NB 收集逆变器的数据后，透过NB-IoT 并经由特定的加密协议来将数据上传至云端，且由于传递是使用NBIoT来传送小数据，因此与使用LTE 相比将能更加节省网络通讯费用。

在Web Server 方面，当收到Gateway传来的数据后，Server 除了提供网页& APP让使用者查看实时数据与历史数据外，还会提供MQTT、Modbus TCP Server 以及MySQL 数据库等方式让使用者存取数据。

Server 架构
Server 架构如图2-4 所示，Server 是由NB-DA Server与InduSoft两套软件所组成，NB-DA Server 提供接收终端装置所回传的数据以及使用者存取，NB-DA Server 支持四种数据存取方式：

■  UDP/TCP 协议 : 用于接收 Gateway 传来的含有特定加密协议的数据。
■  MQTT Client 功能 : 用于订阅及发布讯息至任何MQTT Server。
■  Modbus TCP Server 功能 : 可让使用者透过Modbus TCP 协议来存取数据。
■  MySQL 数据库功能 : 记录所有历史数据让使用者进行分析管理。
                                         图 2-4 Ser ver 架构
其中，MQTT 及Modbus TCP Server除了可让使用者取得数据外，亦可传送控制讯息来控制现场设备，在MQTT 方面，使用者只要对同一主题发布特定格式的讯息，Server 便会根据讯息内容来对设备下命令， 而在Modbus TCP Server 方面， 由于Gateway 会周期性询问特定地址的数据，因此使用者只需下Modbus TCP 命令来改变特定地址的值，Gateway 本身便会在收到Server 的数据后对设备下命令。

而InduSoft 主要是提供Web Server 功能、HMI 界面、警报等功能，InduSoft 存取MySQL 数据库并处理数据后，将使用者所需要之数据显示于Web 上，如图2-5 所示，InduSoft 支持HTML5 及各种浏览器(iOSSafari, Google Chrome, Windows Edge/IE等)。
                                                        图2-5