基于NB-IoT的区域空气质量监测系统设计与实现

发布时间：2021-09-29 03:35

　　针对现有可变区域范围内空气质量监测机动性差、信息化程度低及管理不便等问题,设计并实现了一种基于NB-IoT的区域空气质量监测系统,系统由多个监测节点、远程监管平台及Android移动终端组成;监测节点采用STM32为微控制器,采集所在位置的空气质量相关参数,并通过NB-IoT通信模块发送至远程监管平台,实现对大区域空气质量的监控与管理,通过下发指定小区域的权限至Android移动终端,可以查看权限范围内的空气质量状况;实际测试结果表明:多个监测节点以30s为时间间隔的采集数据到达远程监管平台的时间差在50ms内,到达Android移动终端的时间差在70ms内,实现了数据同步采集显示,统计一天内发送与接收的信息,总丢包率低于0.2%,实现了数据传输的实时可靠。 

【文章来源】：计算机测量与控制. 2020,28(10)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

系统功能架构图

系统的硬件设计部分主要是针对监测节点的，其设计的效果影响整个系统运行的高效性和可靠性[4]。监测节点硬件设计包括3个部分，分别是：微处理器、通信模块，传感器模块与避雷针模块。其中，一个监测节点的硬件结构如图2所示。传感器模块包括：北斗定位模块、甲醛浓度传感器、惰性气体传感器、PM2.5传感器、甲烷浓度传感器、苯浓度传感器、温湿度传感器与电能采集模块。微处理器与传感器模块、通信模块之间采用串口通信方式，同时电源模块给监测节点提供8V直流电源，避雷针模块保护监测节点在户外场景中免遭雷电击损。监测节点上电完成初始化配置，微控制器进入待机模式等待定时器将其唤醒，通信模块在设定时间内处于PSM低功耗休眠模式；定时器到达时间触发后，微控制器退出待机模式，开始控制传感器模块采集当前的空气质量信息，完成一次采集后，将采集信息发送给通信模块，再次进入待机模式等待定时器触发；通信模块在接收到采集信息后退出PSM模式，主控芯片通过AT指令将参数信息经基站发送至远程监管平台，完成一次发送后再次进入PSM模式。通信模块在接收到远程监管平台发送的阈值信息后，退出PSM模式，主控芯片通过串口将阈值信息发送给微控制器后继续进入PSM模式，由微控制器开启工作并进行存储。微控制器在定时器触发采集空气质量信息的同时通过电能采集模块获取自身的电压信息，电压偏低时会在当前空气质量信息的最后添加欠压报警信息；同样，在微控制器存储各参数阈值情况下判断某个参数到达设定阈值时，同样在当前空气质量信息的最后添加阈值提醒信息，当同时存在报警信息与提示信息时，报警信息置于最后。

微控制器选用STM32F103RCT6型号单片机，其电路原理如图3所示。该型号单片机实际工作时处理数据的频率可达72MHz，具有256K字节系统可编程Flash存储器，48K字节的RAM空间，可以通过CAN、I2C、UART、USB等方式控制外设，同时具有9个通信接口[6]，完全符合本文设计监测系统对多个传感器同时控制、对大量数据及时处理的需求，与此同时，剩余空间资源应用于数据通信也显得游刃有余。2.2 NB-IoT模块电路设计


本文编号：3413118