基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)

孫進 潘健 黃越 無錫職業(yè)技術學院

引言

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，可以運用的方向越來越多，比如，在家居生活方面：智能家居的誕生，改變了很多人的生活方式。因此，我們想基于物聯(lián)網(wǎng)做出改變傳統(tǒng)校園的打鈴方式與廣播方式。。

如今大多校園廣播系統(tǒng)多為網(wǎng)絡數(shù)字化的方式實現(xiàn)廣播以及后臺調(diào)控，雖然已經(jīng)可以用電腦通過網(wǎng)絡來進行后臺調(diào)控，但是卻不能隨時隨地進行后臺調(diào)控。而且網(wǎng)絡數(shù)字化廣播鈴聲系統(tǒng)還需要網(wǎng)線布置，增加成本，后期如果出現(xiàn)問題需要進行維護也要花費更多的時間和精力以及成本。

因此，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的新型遠程控制的校園鈴聲廣播系統(tǒng)應運而生，它不僅解決了網(wǎng)絡數(shù)字化廣播鈴聲系統(tǒng)的一系列問題，同時還可以實現(xiàn)在不同教學樓同步打鈴和廣播并且還增加了一些智能控制功能：智能播報、智能開關、智能檢測、故障上報、智能調(diào)控等。云平臺或后臺控制更加便捷、人性化。即滿足學校的日常使用，也可以滿足各種節(jié)假日等特殊節(jié)日的需求。

1 基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)的設計

1.1 整體設計方案

整體設計方案主要采用無線模塊（NB IOT）、控制模塊、溫濕度模塊、紅外模塊、后臺控制（軟件實現(xiàn)）；控制模塊：利用繼電器、無線模塊接收器以及紅外模塊接收器等等，控制校園鈴聲廣播設備的開啟與關閉。

1.2 系統(tǒng)主要功能

實現(xiàn)一個可以在不同教學樓但能同步打鈴和廣播，可以自動同步時間，并且可以后臺設置各種參數(shù)（例如修改鈴聲、實時播報天氣狀況、智能開關、遙控開關、語音播報、特殊活動時間播報等），此外，通過增加一個備用廣播鈴，提高校園廣播鈴聲系統(tǒng)控制的可靠性，如果出現(xiàn)問題發(fā)送錯誤報告至后臺（方便維修人員排除故障），并且啟用備用設備，保證校園鈴聲廣播可以一直工作。

2 硬件電路設計

2.1 無線模塊（NB IOT）

NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）是 IoT 領域的新興的技術，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，是一種不僅有低功耗的廣域網(wǎng)技術，而其還具有部署靈活、低功耗、低成本、窄帶、大容量（支持海量設備連接）、深度覆蓋、低速率等特點。設備通過串口，以AT命令的形式，發(fā)送數(shù)據(jù)到NB-IoT模組或SoftRadio模擬器。NB-IoT芯片/模組或SoftRadio模擬器，接收到AT命令后，將payload后，自動封裝為CoAP協(xié)議的消息，并發(fā)送給事先配置的物聯(lián)網(wǎng)平臺；以此實現(xiàn)平臺互聯(lián)功能。

2.2 溫濕度模塊

利用溫度傳感器、濕度傳感器做為輸入設備，將溫度傳感器、濕度傳感器以及無線模塊組合在一起，形成此項目的特殊模塊——溫濕度模塊。通過溫濕度模塊的作用，讀取空氣中的溫度、濕度（每隔1小時重新測量，提高實時性，避免太大誤差），并且通過無線模塊傳輸讀取的數(shù)據(jù)，通過后臺分析數(shù)據(jù)，從而得到天氣情況，再通過廣播鈴聲系統(tǒng)將天氣狀況播報給全校學生（通過對數(shù)據(jù)的具體分析，可以提醒師生們注意增添衣物，注意冷暖）。

2.3 LED模塊

通過LED模塊的接入可以更好有效的觀察校園廣播鈴聲的狀態(tài)，使得校園廣播鈴聲系統(tǒng)可以被更好的控制和使用。

2.4 語音模塊

通過語音模塊，可以播發(fā)音樂、鈴聲、語音等音頻，使得校園智能鈴聲廣播的功能更加多樣化，例如天氣狀況播報、時間播報、重大節(jié)日提醒等等諸多功能，使得校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)有更多的廣播功能。

2.5 紅外遙控模塊

紅外遙控模塊可以通過按鍵的方式進行控制，增加校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)的操作多樣性與穩(wěn)定性，當NB-IoT（BC95）模塊損壞、基站信號不穩(wěn)定以及云平臺或遠程控制中心出現(xiàn)問題，就可以使用紅外遙控模塊，以此來可以繼續(xù)操控校園鈴聲廣播，從而增加校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6 系統(tǒng)實現(xiàn)的具體步驟

采用無線模塊（NB IOT-BC95）進行數(shù)據(jù)與云平臺或者遠程控制中心進行通信，NB-IoT（BC95）模塊可以通過AT指令控制BC95模塊進行網(wǎng)絡連接、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能?？梢酝ㄟ^以通過 NB-IoT 網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_或者遠程控制中心，而云平臺或者遠程控制中心也可以通過NB-IoT 網(wǎng)絡將命令下發(fā)到NB-IoT（BC95）終端模塊。NB-IoT（BC95）終端模塊連接了語音模塊，可以通過云平臺或者遠程控制中心下發(fā)的各個指令來控制語音模塊來達到對校園廣播鈴聲的控制。

在NB-IoT（BC95）終端模塊上還連接了溫濕度模塊，溫濕度模塊實時采集周圍環(huán)境的溫度和濕度并將其采集到的數(shù)據(jù)通過NBIoT 網(wǎng)絡進行上傳，這樣就可以在云平臺或者遠程控制中心查看到實時的溫濕度數(shù)據(jù)。在云平臺或者遠程控制中心里進行閾值設定（如溫度0度），當達到這一設定閾值時，將自動進行語音廣播提醒師生天氣溫度較低注意保暖等等。

通過LED顯示屏，可以將獲取到的溫濕度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)等直接投影到LED顯示屏，可以直觀觀測溫濕度、時間等數(shù)據(jù)，以及校園廣播鈴聲系統(tǒng)的各個設置及狀態(tài)，及時并且直觀的了解，不需要在登入云平臺或者遠程控制中心進行查看，使其更加便捷。

為了防止各種突發(fā)的狀況，如基站信號不穩(wěn)定、無線模塊（NB IOT-BC95）損壞等情況，采取紅外遙控進行對校園廣播鈴聲系統(tǒng)的控制，通過紅外遙控模塊可以使用按鍵來進行對校園廣播鈴聲系統(tǒng)的控制和修改設置。大大的提高了校園廣播鈴聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以此來保證校園鈴聲不會出現(xiàn)問題。

3 云平臺控制部署

3.1 硬件設備

主要使用的NB-IoT模塊是移遠BC95模塊，通過上述的硬件終端設計開發(fā)進行硬件連接，待完成后移遠BC95模塊會自動搜索網(wǎng)絡，其還可以通過AT指令來進行網(wǎng)絡附著等操作。硬件準備工作做好后，就開始云平臺設置綁定等操作。

3.2 云平臺綁定

需要注意平臺選擇，本文所采用的是谷雨的移遠BC95模塊，所以可以在谷雨云平臺進行直連綁定，也可以通過谷雨云平臺的電信平臺進行注冊綁定，除了谷雨平臺，還可以采用更為強大的華為Ocean Connect平臺進行設備注冊和綁定。

雖然兩個云平臺都需要進行賬號注冊，但需要注意的是谷雨云平臺的注冊更為簡單，而華為的Ocean Connect平臺注冊較為繁瑣，但是華為的Ocean Connect平臺比谷雨的云平臺功能更加強大

3.3 云平臺控制

登入云平臺，通過設備綁定后，進行插件部署，使得云平臺可以獲取數(shù)據(jù)和下發(fā)指令，而后通過設置溫濕度等閾值，實現(xiàn)自動鈴聲廣播等功能，實現(xiàn)自動語音播報提醒的功能。云平臺的控制中心還可以直接控制校園鈴聲系統(tǒng)，并且可以查看系統(tǒng)的各個狀態(tài)（開關狀態(tài)、閾值控制等）。可以更加便捷的管理校園鈴聲廣播鈴聲系統(tǒng)。

4 結論

本文主要是用移遠BC95模塊實現(xiàn)了一個基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的校園智能鈴聲廣播系統(tǒng)，完成了云平臺控制的想法。使用該系統(tǒng)不僅滿足了隨時隨地可以控制和檢測校園廣播的狀態(tài)，也在出現(xiàn)問題時為維護人員提供有利的支持，同時也為校園師生提供更加便利和多功能的校園廣播鈴聲。