基于EC-M12 NB-IoT/LTE-M的远程流量监测

EC-M12-BC-C6-C-C 是一款电池供电的数据记录仪，专为低功耗远程监控而设计。它结合了 NB-IoT / LTE-M 连接功能和两个数字输入接口，特别适用于工业和物联网环境，这些场景中可靠且高效的采集数据比持续运行更为重要。

在本项目中，我连接了一款高精度的柴油/牛奶/纯水涡轮流量传感器，该传感器输出脉冲序列，可连续监测每分钟的流量、脉冲次数以及总输送量。整个系统将数据实时上报至ThingsBoard云平台仪表板，实现可视化监控。

由于EC-M12设计为可长时间依靠电池运行，因此非常适合没有电网供电的场所：水消耗监测、泵排量监测、储罐注水与转移记录、柴油或轻质液体输送监测，以及类似的持续远程监控应用场景。

系统架构

硬件设置

1. 将涡轮流量传感器连接到8针连接器的数字输入1线，并从12V输出为传感器供电。

2. 使用内置开关将输出电压设置为12V。

3. 将数字输入1的电压阈值设置为3.3V，以匹配传感器的输出范围。

接线参考：

•红色 → 12V+

•蓝色 → 接地

•黄色 → DI1 信号

软件设置

固件逻辑，顺序如下：

4. 定义流量传感器数字输入、调制解调器控制引脚和增压控制引脚的引脚配置。

5. 初始化调制解调器并配置SIM7070通信。

6. 启动低功耗模式。

7. 配置 ThingsBoard 的 MQTT 代理和遥测主题。

8. 启用增强器以获得12V传感器的电源输出。

9. 在测量前，请等待传感器和数字输入线路稳定。

10. 通过数字输入1读取涡轮流量传感器的脉冲输出。

11. 使用中断式脉冲检测来计数脉冲。

12. 使用1秒的硬件定时器窗口来计算脉冲频率。

13. 将流量计的K值应用于脉冲频率，以将其转换为流量。

14. 过滤启动时的故障，并在稳定期间忽略误脉冲。

15. 关闭外设，切断助推器和传感器电源，关闭调制解调器，并进入低功耗关机模式15分钟。

固件中使用的流量计算：

流量(升/秒)= 脉冲频率(赫兹)÷ K 因子

流量(升/分钟)= 流量(升/秒)× 60

会话总容量(升)= 总脉冲数 ÷ K 因子

传感器参数使用：K值 = 820脉冲/升

完整固件和EC-M12文档已在GitHub上提供

功耗分析

系统功耗分为两个阶段：(1)调制解调器初始化 + 数据发送，以及(2)MCU睡眠/关机模式。

调制解调器初始化和数据传输在约32秒内平均耗电约为77.10 mA，而SIM7070调制解调器接入网络并发布MQTT遥测数据。连接过程中，电流峰值可达约550 mA。根据ER34615H(D)数据表，每个锂离子电池每2分钟可支持一次持续100毫秒、最大达300 mA的脉冲电流;若两节电池并联，则总的脉冲能力约为600 mA。因此，测得的峰值电流仍处于电池规格范围内(约为并联电池脉冲额定值的92%)。此外，位于调制解调器附近的1000 µF钽电容可部分满足瞬态电流需求，有助于降低这些短时电流突增期间电池的瞬时应力。

关机/睡眠模式：传输完成后，MCU会关闭大多数外设，仅保留RTC运行。在此期间的功耗约为15分钟睡眠窗口内的10.41 µA。

表1：功耗分析

电池续航时间估算

EC-M12-BC-C6-C 配备两个 19,000 mAh 的电池，总容量为 38,000 mAh。根据测量的功率曲线：

表2：电池寿命估算

在每小时报告的情况下，相同的硬件使用寿命可达6.29年。报告间隔是影响使用寿命的最主要因素。

所用公式：

平均电流 = (I_sleep × t_sleep + I_send × t_send) / (t_send + t_send)

电池寿命 = 电池容量(mAh)/ 负载电流(mA)

使用这些来估算您自己报告间隔的电池寿命。

流量监测 ThingsBoard 仪表盘

仪表盘实时显示流量、脉冲次数和累计传输体积，数据通过MQTT传入时即时更新。

优化技巧

为在远程部署中进一步延长电池寿命：

•增加报告间隔：减少传输频率可节省LTE-M的耗时，这是最大的功耗来源。

•延长睡眠时间：更长的关机时间可降低平均电流。

•仅在有效测量窗口期间对流量传感器供电，前提是您的硬件设计允许。

•保持唤醒周期短：测量、计算、发布、睡眠，按此顺序尽可能快速地完成。

•仅使用所需的电压：传感器电源使用12V，数字输入1使用3.3V。

•电池续航时间总体取决于上报间隔、关机时长、调制解调器网络注册时间以及外部流量传感器的电流消耗。

低功耗应用的机遇

这种架构适用于电网电力不可用或不切实际的任何部署场景：

•远程供水管道和分配点

•农业灌溉管道

•泵出口监测点

•储罐填充与输送系统

•农村及离网公用设施监测点

应用场景 / 使用案例

•远程用水监测可追踪孤立管道、农场、庄园及小型公用设施分支的用水情况。

•泵出口监测：确认泵是否实际输送流量，以便早期发现干运转或管道堵塞的情况。

•灌溉线路监控日志记录每个灌溉周期的会话流量和输送量。

•储罐加注与液体转移记录：根据传感器等级，估算每轮有效循环中水、柴油、牛奶或兼容液体的转移量。

•用于工厂、建筑及需要低功耗周期性遥测的远程基础设施中的公用事业子计量分支线流量监测。

结论

EC-M12-BC-C6-C-C 在 LTE-M 上实现了基于脉冲的远程流量监测，性能高效且可靠。其低功耗设计可实现长续航电池寿命，并几乎无需维护，非常适合远程或离网部署。该设备能够实时提供每次会话中的流量遥测脉冲频率、流量速率和传输体积，未来还有广阔发展空间：额外传感器、更丰富的遥测逻辑、更完善的仪表盘以及自动报警功能，均可轻松扩展至现代远程液体监测应用中。

本文编译自hackster.io