【摘要】：隨著“智慧城市”的快速發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用逐步深入到了生活各個方面,遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與應(yīng)用已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點。然而現(xiàn)有無線采集終端功耗大的特點極大的制約了物聯(lián)網(wǎng)進一步的廣泛應(yīng)用,因此,設(shè)計一種功耗低、體積小的遠程數(shù)據(jù)采集終端具有一定的現(xiàn)實意義。本文基于NB-IoT通信網(wǎng)絡(luò),通過研究遠程采集終端不同狀態(tài)下的功耗和分析功耗影響因素,設(shè)計出一種低功耗遠程采集終端系統(tǒng),并應(yīng)用于水務(wù)行業(yè),進一步驗證采集終端的實用價值。在終端硬件設(shè)計上,首先詳細分析現(xiàn)有可用芯片特性,選擇STM8L052C6作為系統(tǒng)中央處理器,選擇SIM7020C作為通信模塊,然后設(shè)計并實現(xiàn)微功耗控制器模塊、通訊模塊、接口電路、電源模塊等電路,保證硬件的低功耗。在終端軟件設(shè)計上,設(shè)計了數(shù)據(jù)采集軟件并以32輪迭代TEA算法進行加密,設(shè)計了上下行通信軟件以JSON數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)封裝到CoAP協(xié)議的Payload部分進行數(shù)據(jù)傳輸,設(shè)計了傳感器模塊、通信模塊等模塊的驅(qū)動程序,設(shè)計了低功耗管理軟件以進一步降低軟硬件總體功耗。終端測試結(jié)果表明,在3.7V9.8Ah電池容量、采集15分鐘/次、傳輸6小時/次的理想狀態(tài)條件下,采集終端具有可工作6.8年的低功耗特性,而且該終端具有類似普通IC卡大小的體積小特性。在水務(wù)應(yīng)用測試方面,終端可以與中轉(zhuǎn)服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互,服務(wù)器能成功解析、存儲、顯示數(shù)據(jù),表明設(shè)計的基于NB-IoT的低功耗遠程采集終端具有一定實用價值。
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP311.52;TN929.5;TP391.44
【圖文】：

基于 NB-IoT 技術(shù)的低功耗遠程采集終端實物圖如圖 3.2 所示。圖 3.2 遠程采集終端實物圖3.2 主控制器子系統(tǒng)設(shè)計主控制器系統(tǒng)是采集終端的大腦，主控模塊的合理設(shè)計是采集終端硬件設(shè)計的核心，該模塊性能直接決定終端性能。本節(jié)首先選取合適的低功耗微處理器作為 MCU，其次根據(jù)微處理器特性進行周圍電路的設(shè)計。3.2.1 主控制器選型微處理器是終端系統(tǒng)的核心單元。隨著芯片技術(shù)發(fā)展，目前市場主流的低功耗微控制器廠家有美國 TI 的 MSP430 系列和意法半導體的 STM32、STM8 系列。MSP430 采用馮 諾依曼架構(gòu)，具有多個模塊，外圍配有 USB 口、乘法器等接口模塊，MSP430 系列芯片采用標準的 JTAG 調(diào)試接口，具有開發(fā)簡單、調(diào)試方便等特點。意法半導體公司的單片機主要有兩大系列：32 位單片機和 8 位單片機。STM 系列的控制器采用哈弗結(jié)構(gòu)，相對于德州儀器推出的 OTP 型廉價 MSP430 芯片

西安科技大學全日制工程碩士學位論文5 NB-IoT 遠程采集終端系統(tǒng)驗證5.1 測試平臺完成終端系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計后，需要測試低功耗遠程采集終端的系統(tǒng)性能。測試所需的軟件開發(fā)環(huán)境有 Keil uVision5、Nodejs；硬件設(shè)計平臺為 Altium Designer，硬件測試平臺如圖 5.1 所示。

圖 5.3 終端大小比較由圖 5.3 比較可以看出，設(shè)計的基于 NB-IoT 技術(shù)的遠程采集終端體積與普通 IC小相似，滿足前文對終端小體積的需求。采集終端需選擇信號較強的網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)附著。斷開 MCU 與 NB-IoT 模塊直接的，采用 QCOM v1.4 串口工具，通過 AT 指令進行通信模塊入網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)信號的測試，測試結(jié)果如圖 5.4 與圖 5.5 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2796825