基于NB-IoT的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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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