李彬 張偉 王福虎
摘 要:設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于NB-IoT的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過GPS等傳感器采集數(shù)據(jù),然后將采集到的數(shù)據(jù)通過NB-IoT技術(shù)傳到云平臺(tái),云平臺(tái)收到數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)終端,移動(dòng)終端顯示數(shù)據(jù)并通過數(shù)據(jù)分析可實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞:NB-IoT;智能監(jiān)測(cè);云平臺(tái);物聯(lián)網(wǎng)
在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,萬物互聯(lián)已經(jīng)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也涉及到多種專業(yè)知識(shí),其中窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrow band Internet of things,NB-IoT)是最近剛發(fā)展起來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),具有廣覆蓋、低功耗、大連接和低成本等優(yōu)點(diǎn),因此其非常適用于低速率的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),而智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指通過傳感器等設(shè)備及時(shí)獲取到人或物的狀態(tài)信息,并通過對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,及時(shí)作出反饋。本文旨在設(shè)計(jì)一種智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過傳感器獲取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過NB-IoT技術(shù)傳到云平臺(tái),再通過云平臺(tái)發(fā)送到移動(dòng)終端,在移動(dòng)終端進(jìn)行顯示,如果狀態(tài)有異常移動(dòng)終端能夠及時(shí)報(bào)警,讓管理者及時(shí)作出反饋。通過NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè),可做到低功耗和低成本。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如下圖所示,主要有NB終端,云平臺(tái)和移動(dòng)終端三部分。其中NB終端主要包含stm32控制器,NB模組,GPS定位模塊,氣壓傳感器模塊,加速度傳感器模塊。云平臺(tái)本文采用電信物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),移動(dòng)終端表示手機(jī)或者平板。
NB終端通過GPS定位獲取位置信息,通過氣壓傳感器模塊獲取高度信息,通過加速度傳感器獲取運(yùn)動(dòng)狀態(tài),將該終端佩戴在人身上或者放在物體上時(shí),可以獲取當(dāng)前人或物的位置,高度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息,再通過NB模組發(fā)送到云平臺(tái),然后云平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)終端,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)人或者物體的位置、高度和運(yùn)動(dòng)等狀態(tài)信息,如有異常及時(shí)報(bào)警,管理員及時(shí)作出反饋,系統(tǒng)工作流程圖如下圖所示。
2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
2.1 STM32控制器
本文采用STM32F103系列,屬于32位ARM微控制器,其內(nèi)核是Cortex-M3,其功能強(qiáng)大,芯片集成多種外設(shè)接口可將傳感器采集的數(shù)據(jù),通過NB模組發(fā)送到云平臺(tái)。STM32控制器是系統(tǒng)的控制中樞,實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的控制和調(diào)用。
2.2 傳感器
本文主要采用的傳感器有GPS,氣壓傳感器和加速度傳感器。GPS可定位經(jīng)緯度獲取當(dāng)前位置信息,氣壓傳感器獲取氣壓值,需要地面的校準(zhǔn)值可計(jì)算當(dāng)前高度,或者通過海平面氣壓計(jì)算海拔高度。加速度傳感器獲取運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并且加速度傳感器可檢測(cè)到自由落體運(yùn)動(dòng),控制器可發(fā)送自由落體警告,控制器可根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)比如位置信息異常,高度信息異常,或者運(yùn)動(dòng)信息異常及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息,讓管理員及時(shí)作出反應(yīng)。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展,可選用的傳感器多種多樣,傳感器有著極強(qiáng)的擴(kuò)展性,因此該系統(tǒng)也有著廣泛的適用性。
2.3 NB模組
NB模組采用移遠(yuǎn)的BC20模組,與STM32控制器通過串口通信,支持CoAP協(xié)議,需配備專用的NB卡,可將傳感器獲取的數(shù)據(jù)定向傳輸?shù)皆破脚_(tái)。優(yōu)點(diǎn)是功耗低和成本低。
2.4 云平臺(tái)
云平臺(tái)可選用電信物理網(wǎng)平臺(tái),測(cè)試階段有專用的開發(fā)者網(wǎng)址,在云平臺(tái)設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則,綁定自己的NB模組即可。NB-IoT的特點(diǎn)是支持大連接,通過云平臺(tái)的轉(zhuǎn)發(fā)能很好的解決大量NB終端并發(fā)的問題。
2.5 移動(dòng)終端
移動(dòng)終端需開發(fā)簡(jiǎn)易APP,獲取云平臺(tái)下發(fā)的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)顯示出來,以及將控制端發(fā)送的異常報(bào)警信息及時(shí)展示給管理員。
3 結(jié)語
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,萬物互聯(lián)必將是趨勢(shì)。本文設(shè)計(jì)了一種基于NB-IoT技術(shù)的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),終端設(shè)備通過GPS、氣壓傳感器和加速度傳感器采集數(shù)據(jù),再通過NB模組將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái),云平臺(tái)再下發(fā)到移動(dòng)終端展示,如有異常,及時(shí)報(bào)警。該系統(tǒng)有極大地?cái)U(kuò)展性,傳感器的選擇多種多樣,采集到的數(shù)據(jù)也有極大地分析價(jià)值,隨著萬物互聯(lián),數(shù)據(jù)量的增大,再通過大數(shù)據(jù)的分析,有著廣闊的前景和應(yīng)用價(jià)值。
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