Leitura remota de contadores através da rede de telemóveis (IoT) - LTE cat.1, NB-IoT, LTE-M

O desenvolvimento dinâmico das tecnologias de comunicação permitiu automatizar os processos de medição nos setores da energia, água e gás. Uma das soluções mais versáteis é a leitura remota de contadores (AMI - Advanced Measurement Infrastructure), implementada através da rede de telemóveis GSM. Este tipo de infraestrutura permite a transmissão fiável de dados a partir de múltiplos pontos de medição.

A biblioteca que se segue aborda o tema da leitura remota de contadores de energia, baseada na rede móvel LTE cat.1/NB-IoT/LTE-M, que elimina por completo a necessidade de leitura manual no local. Através da utilização de antenas exteriores e divisores profissionais, é possível ligar vários contadores de energia numa única instalação e transmitir os dados de medição diretamente para a central de distribuição ou sistema de gestão do edifício. Esta solução proporciona maior fiabilidade, eficiência e poupança de tempo, além de facilitar a gestão do consumo energético em edifícios multifamiliares ou com múltiplas unidades habitacionais.

Índice:

O sistema de leitura remota de contadores baseado em GSM é constituído por três camadas principais:

LTE cat.1, NB-IoT e LTE-M são três tecnologias de comunicação móvel concebidas para dispositivos da Internet das Coisas (IoT), mas com diferentes capacidades, largura de banda e aplicações. O LTE cat.1 oferece a maior taxa de transferência entre as três tecnologias, permitindo a transmissão de dados a velocidades moderadas e suportando dispositivos mais avançados, como medidores de energia, controladores ou sistemas de monitorização que requerem uma ligação estável e relativamente rápida. O NB-IoT (Narrowband IoT) opera numa largura de banda estreita, consome pouca energia e permite que dispositivos com baixos requisitos de transmissão, mas que funcionam durante muitos anos com uma única bateria, comuniquem – ideal para sensores, contadores de serviços públicos e sistemas de telemetria. O LTE-M (LTE cat. M1) oferece uma solução intermédia, combinando um baixo consumo de energia com uma maior mobilidade e a capacidade de suportar aplicações mais complexas do que o NB-IoT, tornando-o adequado para sistemas de rastreio, dispositivos wearable ou componentes de automação de edifícios.

Para reduzir custos e melhorar a qualidade do sinal, é utilizado um sistema em que vários metros são ligados a uma única antena exterior com um elevado ganho de energia, através de divisores GSM. Esta solução permite uma comunicação estável em áreas com cobertura deficiente e minimiza o número de pontos de serviço. A antena atua como um ponto de transmissão central, e os divisores transmitem-lhe os dados através de cabos, como cabos coaxiais ou de par entrançado blindado.

O correto desenho e implementação da infraestrutura de comunicação em sistemas de leitura remota de contadores são cruciais para a fiabilidade da transmissão de dados. Os componentes físicos básicos incluem antenas, divisores GSM, cabos coaxiais e conectores de antena. Cada um deles desempenha um papel importante para garantir uma ligação estável à rede da operadora móvel.

Os principais parâmetros da antena incluem o ganho de energia (dBi), a banda de operação, a polarização (vertical na Polónia) e a resistência à intempérie.

Estas unidades podem ser instaladas em quadros de medição ou em quadros de distribuição de energia. Com um maior número de unidades, podem ser combinadas em cascata ou em paralelo, partilhando uma única antena e caminho de rádio.

Recomenda-se a utilização de cabos o mais curtos possível e com uma blindagem de elevada qualidade para evitar a perda de sinal no percurso da transmissão de rádio.

Os conectores devem ser de boa qualidade e resistentes à corrosão. Ligações soltas ou desaparafusadas que causem elevada atenuação do sinal e erros de transmissão são inaceitáveis.

O medidor de sinal N7057 é dedicado a redes NB-IoT / CAT-M / LTE cat.1 / GSM e destina-se à instalação, medição e otimização de redes IoT. O dispositivo liga-se à rede da operadora através de um cartão SIM e mede os níveis dos parâmetros de rádio no local selecionado. Os resultados são apresentados num visor de fácil leitura e podem ser utilizados para avaliar a qualidade do sinal no local onde serão instalados dispositivos IoT.

Para facilitar o processo de projeto e uniformizar a documentação técnica, disponibilizamos uma biblioteca de componentes DWG para os designers de sistemas de leitura remota de contadores e infraestruturas GSM. O conjunto de ficheiros contém modelos 2D completos dos componentes de instalação mais comuns, desenvolvidos num formato compatível com o AutoCAD, BricsCAD, ZWCAD e outras plataformas CAD.

O esquema mostra um circuito completo para ligar os contadores de energia elétrica à rede LTE, permitindo a leitura remota dos dados de medição. A antena LTE externa A741031 é responsável por receber e transmitir o sinal LTE e garantir uma ligação estável à rede móvel. O sinal da antena é enviado para o divisor A6812 através de um cabo coaxial. Este elemento atua como um dispositivo intermédio – recebe o sinal da antena e passa-o para duas ramificações independentes da instalação. A partir de A6812, o sinal é encaminhado para dois divisores A6814. Cada um deles serve um grupo de quatro contadores de energia elétrica. Todo o sistema forma um sistema de comunicação coerente, com uma antena LTE a fornecer a ligação. Graças a esta configuração, todos os contadores podem enviar dados remotamente e os dados de medição são transmitidos de forma fiável para o operador ou sistema de gestão de energia.

O diagrama mostra um sistema complexo para ligar os contadores de energia elétrica à rede LTE, permitindo a leitura centralizada e remota dos dados de medição a partir de múltiplos pontos. A antena externa (banda de 900 MHz) do A7025 é responsável por receber e transmitir o sinal LTE e garantir uma ligação estável à rede móvel, mesmo com um grande número de dispositivos ligados. O sinal recebido pela antena é transmitido por um cabo coaxial para a primeira unidade de derivação A6826. A partir das derivações A6826, o sinal é então direcionado para outras duas derivações, A6824 e A6822, que são pontos de distribuição adicionais na instalação. Cada uma delas envia o sinal para um divisor A6818. Os módulos A6818 desempenham um papel fundamental no sistema – distribuem o sinal de comunicação recebido para múltiplas saídas que conduzem diretamente aos contadores de energia elétrica. Cada módulo A6818 suporta um conjunto de mais de uma dezena de contadores, permitindo-lhes operar em paralelo dentro de uma única rede de transmissão. Isto possibilita que todos os contadores transmitam informação de consumo de energia para o sistema da operadora.