基于NB-IoT的智能监测系统

来源:用户上传      作者:李彬　张伟　王福虎

　　摘 要：设计实现基于NB-IoT的智能监测系统。通过GPS等传感器采集数据，然后将采集到的数据通过NB-IoT技术传到云平台，云平台收到数据直接转发给移动终端，移动终端显示数据并通过数据分析可实现智能监测。
　　关键词：NB-IoT;智能监测;云平台;物联网
　　
　　 在移动互联网和物联网技术飞速发展的今天，万物互联已经是时代发展的必然趋势。而物联网应用也涉及到多种专业知识，其中窄带物联网（narrow band Internet of things，NB-IoT）是最近刚发展起来的物联网技术，具有广覆盖、低功耗、大连接和低成本等优点，因此其非常适用于低速率的物联网系统，而智能监测系统是指通过传感器等设备及时获取到人或物的状态信息，并通过对获取到的数据进行分析，及时作出反馈。本文旨在设计一种智能监测系统，通过传感器获取数据并将数据通过NB-IoT技术传到云平台，再通过云平台发送到移动终端，在移动终端进行显示，如果状态有异常移动终端能够及时报警，让管理者及时作出反馈。通过NB-IoT技术实现无线网络监测，可做到低功耗和低成本。
　　1 系统总体设计
　　智能监测系统总体设计如下图所示，主要有NB终端，云平台和移动终端三部分。其中NB终端主要包含stm32控制器，NB模组，GPS定位模块，气压传感器模块，加速度传感器模块。云平台本文采用电信物联网平台，移动终端表示手机或者平板。
　　
　　NB终端通过GPS定位获取位置信息，通过气压传感器模块获取高度信息，通过加速度传感器获取运动状态，将该终端佩戴在人身上或者放在物体上时，可以获取当前人或物的位置，高度和运动状态等信息，再通过NB模组发送到云平台，然后云平台转发到移动终端，可实现远程监测人或者物体的位置、高度和运动等状态信息，如有异常及时报警，管理员及时作出反馈，系统工作流程图如下图所示。
　　
　　2 系统功能设计
　　2.1 STM32控制器
　　本文采用STM32F103系列，属于32位ARM微控制器，其内核是Cortex-M3，其功能强大，芯片集成多种外设接口可将传感器采集的数据，通过NB模组发送到云平台。STM32控制器是系统的控制中枢，实现对各个模块的控制和调用。
　　2.2 传感器
　　本文主要采用的传感器有GPS，气压传感器和加速度传感器。GPS可定位经纬度获取当前位置信息，气压传感器获取气压值，需要地面的校准值可计算当前高度，或者通过海平面气压计算海拔高度。加速度传感器获取运动状态，并且加速度传感器可检测到自由落体运动，控制器可发送自由落体警告，控制器可根据监测的数据比如位置信息异常，高度信息异常，或者运动信息异常及时发出报警信息，让管理员及时作出反应。随着传感器技术的发展，可选用的传感器多种多样，传感器有着极强的扩展性，因此该系统也有着广泛的适用性。
　　2.3 NB模组
　　NB模组采用移远的BC20模组，与STM32控制器通过串口通信，支持CoAP协议，需配备专用的NB卡，可将传感器获取的数据定向传输到云平台。优点是功耗低和成本低。
　　2.4 云平台
　　云平台可选用电信物理网平台，测试阶段有专用的开发者网址，在云平台设置转发规则，绑定自己的NB模组即可。NB-IoT的特点是支持大连接，通过云平台的转发能很好的解决大量NB终端并发的问题。
　　2.5 移动终端
　　移动终端需开发简易APP，获取云平台下发的数据，并将数据显示出来，以及将控制端发送的异常报警信息及时展示给管理员。
　　3 结语
　　随着物联网技術的发展，万物互联必将是趋势。本文设计了一种基于NB-IoT技术的智能监测系统，终端设备通过GPS、气压传感器和加速度传感器采集数据，再通过NB模组将采集到的数据发送到云平台，云平台再下发到移动终端展示，如有异常，及时报警。该系统有极大地扩展性，传感器的选择多种多样，采集到的数据也有极大地分析价值，随着万物互联，数据量的增大，再通过大数据的分析，有着广阔的前景和应用价值。
　　参考文献：
　　[1]孙彦晨.基于NB-IoT的低速率监测物联网应用实验系统[J].实验技术与管理，2020.3.
　　[2]张汇峰.基于NBIoT的车位管理系统研究与设计[D].山东大学，2019.5.
　　[3]陆海涛，等.基于物联网技术的电梯底坑进水监测及预警系统[J].数字技术与应用，2019.10.
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