針對現(xiàn)有可變區(qū)域范圍內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測機(jī)動性差、信息化程度低及管理不便等問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于NB-IoT的區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)由多個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺及Android移動終端組成;監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采用STM32為微控制器,采集所在位置的空氣質(zhì)量相關(guān)參數(shù),并通過NB-IoT通信模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺,實(shí)現(xiàn)對大區(qū)域空氣質(zhì)量的監(jiān)控與管理,通過下發(fā)指定小區(qū)域的權(quán)限至Android移動終端,可以查看權(quán)限范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況;實(shí)際測試結(jié)果表明:多個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)以30s為時(shí)間間隔的采集數(shù)據(jù)到達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺的時(shí)間差在50ms內(nèi),到達(dá)Android移動終端的時(shí)間差在70ms內(nèi),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)同步采集顯示,統(tǒng)計(jì)一天內(nèi)發(fā)送與接收的信息,總丟包率低于0.2%,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)可靠。 

【文章來源】：計(jì)算機(jī)測量與控制. 2020,28(10)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要是針對監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的，其設(shè)計(jì)的效果影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和可靠性[4]。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)包括3個(gè)部分，分別是：微處理器、通信模塊，傳感器模塊與避雷針模塊。其中，一個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳感器模塊包括：北斗定位模塊、甲醛濃度傳感器、惰性氣體傳感器、PM2.5傳感器、甲烷濃度傳感器、苯濃度傳感器、溫濕度傳感器與電能采集模塊。微處理器與傳感器模塊、通信模塊之間采用串口通信方式，同時(shí)電源模塊給監(jiān)測節(jié)點(diǎn)提供8V直流電源，避雷針模塊保護(hù)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)在戶外場景中免遭雷電擊損。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上電完成初始化配置，微控制器進(jìn)入待機(jī)模式等待定時(shí)器將其喚醒，通信模塊在設(shè)定時(shí)間內(nèi)處于PSM低功耗休眠模式；定時(shí)器到達(dá)時(shí)間觸發(fā)后，微控制器退出待機(jī)模式，開始控制傳感器模塊采集當(dāng)前的空氣質(zhì)量信息，完成一次采集后，將采集信息發(fā)送給通信模塊，再次進(jìn)入待機(jī)模式等待定時(shí)器觸發(fā)；通信模塊在接收到采集信息后退出PSM模式，主控芯片通過AT指令將參數(shù)信息經(jīng)基站發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺，完成一次發(fā)送后再次進(jìn)入PSM模式。通信模塊在接收到遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺發(fā)送的閾值信息后，退出PSM模式，主控芯片通過串口將閾值信息發(fā)送給微控制器后繼續(xù)進(jìn)入PSM模式，由微控制器開啟工作并進(jìn)行存儲。微控制器在定時(shí)器觸發(fā)采集空氣質(zhì)量信息的同時(shí)通過電能采集模塊獲取自身的電壓信息，電壓偏低時(shí)會在當(dāng)前空氣質(zhì)量信息的最后添加欠壓報(bào)警信息；同樣，在微控制器存儲各參數(shù)閾值情況下判斷某個(gè)參數(shù)到達(dá)設(shè)定閾值時(shí)，同樣在當(dāng)前空氣質(zhì)量信息的最后添加閾值提醒信息，當(dāng)同時(shí)存在報(bào)警信息與提示信息時(shí)，報(bào)警信息置于最后。

微控制器選用STM32F103RCT6型號單片機(jī)，其電路原理如圖3所示。該型號單片機(jī)實(shí)際工作時(shí)處理數(shù)據(jù)的頻率可達(dá)72MHz，具有256K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器，48K字節(jié)的RAM空間，可以通過CAN、I2C、UART、USB等方式控制外設(shè)，同時(shí)具有9個(gè)通信接口[6]，完全符合本文設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)對多個(gè)傳感器同時(shí)控制、對大量數(shù)據(jù)及時(shí)處理的需求，與此同時(shí)，剩余空間資源應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信也顯得游刃有余。2.2 NB-IoT模塊電路設(shè)計(jì)


本文編號：3413118