【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(gè)方面,遠(yuǎn)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(diǎn)。然而現(xiàn)有無線采集終端功耗大的特點(diǎn)極大的制約了物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用,因此,設(shè)計(jì)一種功耗低、體積小的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文基于NB-IoT通信網(wǎng)絡(luò),通過研究遠(yuǎn)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(jì)出一種低功耗遠(yuǎn)程采集終端系統(tǒng),并應(yīng)用于水務(wù)行業(yè),進(jìn)一步驗(yàn)證采集終端的實(shí)用價(jià)值。在終端硬件設(shè)計(jì)上,首先詳細(xì)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(jì)并實(shí)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(jì)上,設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集軟件并以32輪迭代TEA算法進(jìn)行加密,設(shè)計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,設(shè)計(jì)了傳感器模塊、通信模塊等模塊的驅(qū)動(dòng)程序,設(shè)計(jì)了低功耗管理軟件以進(jìn)一步降低軟硬件總體功耗。終端測(cè)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(shí)/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(cè)試方面,終端可以與中轉(zhuǎn)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,服務(wù)器能成功解析、存儲(chǔ)、顯示數(shù)據(jù),表明設(shè)計(jì)的基于NB-IoT的低功耗遠(yuǎn)程采集終端具有一定實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP311.52;TN929.5;TP391.44
【圖文】：

基于 NB-IoT 技術(shù)的低功耗遠(yuǎn)程采集終端實(shí)物圖如圖 3.2 所示。圖 3.2 遠(yuǎn)程采集終端實(shí)物圖3.2 主控制器子系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)是采集終端硬件設(shè)計(jì)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(jìn)行周圍電路的設(shè)計(jì)。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(chǎng)主流的低功耗微控制器廠家有美國(guó) TI 的 MSP430 系列和意法半導(dǎo)體的 STM32、STM8 系列。MSP430 采用馮 諾依曼架構(gòu)，具有多個(gè)模塊，外圍配有 USB 口、乘法器等接口模塊，MSP430 系列芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 調(diào)試接口，具有開發(fā)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等特點(diǎn)。意法半導(dǎo)體公司的單片機(jī)主要有兩大系列：32 位單片機(jī)和 8 位單片機(jī)。STM 系列的控制器采用哈弗結(jié)構(gòu)，相對(duì)于德州儀器推出的 OTP 型廉價(jià) MSP430 芯片

西安科技大學(xué)全日制工程碩士學(xué)位論文5 NB-IoT 遠(yuǎn)程采集終端系統(tǒng)驗(yàn)證5.1 測(cè)試平臺(tái)完成終端系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)后，需要測(cè)試低功耗遠(yuǎn)程采集終端的系統(tǒng)性能。測(cè)試所需的軟件開發(fā)環(huán)境有 Keil uVision5、Nodejs；硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)為 Altium Designer，硬件測(cè)試平臺(tái)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(jì)的基于 NB-IoT 技術(shù)的遠(yuǎn)程采集終端體積與普通 IC小相似，滿足前文對(duì)終端小體積的需求。采集終端需選擇信號(hào)較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jìn)行通信模塊入網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖 5.4 與圖 5.5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡俊;羅磊;;物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化探討[J];信息通信;2015年10期

2 郭雷風(fēng);錢學(xué)梁;陳桂鵬;王文生;;農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀及未來展望——以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控為例[J];農(nóng)業(yè)展望;2015年09期

3 趙繼春;;智慧小區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)[J];數(shù)字通信;2013年06期

4 張帆;;移動(dòng)基站BTS開站常見問題分析[J];中國(guó)新通信;2012年15期

5 蒲敏;;基于CDMA、GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與報(bào)警[J];輕工科技;2012年06期

6 樓平;;基于GPRS的無線遠(yuǎn)程氣象數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)量技術(shù);2012年05期

7 ;物聯(lián)網(wǎng)白皮書(2011)[J];中國(guó)公共安全(綜合版);2012年03期

8 李曉燕;李紅信;傅濤;;寬帶電力線通信的現(xiàn)狀和展望[J];甘肅科技;2012年03期

9 于京;詹曉東;;一種基于JSON格式的生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模型[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2012年03期

10 王澤宇;陳彥起;;基于PLCC的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2011年11期

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1 陳娟;低功耗軟件優(yōu)化技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

2 林洪孝;城市水務(wù)系統(tǒng)管理模式及運(yùn)作機(jī)制研究[D];西南交通大學(xué);2004年

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2 汪超;基于GPRS的低功耗遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2017年

3 王寧;LTE-M系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2017年

4 王曉熙;基于電力線載波通信的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D];華北電力大學(xué);2016年

5 李海龍;遠(yuǎn)程醫(yī)療終端信息采集和傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2016年

6 田洪濱;基于GPRS的電能抄表終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2015年

7 葛肇隆;微功率無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];南京郵電大學(xué);2015年

8 王艷歡;嵌入式系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)功耗管理的設(shè)計(jì)[D];中南民族大學(xué);2010年

9 汪斌;基于ARM和GPRS的農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)信息遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)的研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

10 李?yuàn)^和;基于S3C2410的嵌入式遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)[D];昆明理工大學(xué);2010年

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