一种基于NB-IOT的低功耗传感器设计
发布时间：2021-02-07 16:53
随着社会的进步和科学技术的发展,人类社会进入了信息技术快速发展的新世纪和新时代。在这一重要时刻,传感器发挥了不可替代的作用。传感器正朝着智能化,移动化,小型化和集成化方向发展,以适应不同的应用场景。传感器节点通常采用电池供电。传感器的数量越来越多,应用场景越来越复杂,尤其在一些不方便更换电池或者不能充电的场景,传感器的供能成为不可避免的难点问题,本次论文选取了环境捕获能量供电与锂电池供电双供能传感器节点,很大程度上延长了传感器节点的使用时间,解决了节点的能量供应问题。NB-IOT是新兴的可以在全国范围内应用的无线通信技术,具有覆盖范围广、连接数量多、节点成本低、能量消耗低、架构优等特点。NB-IOT支持具有高网络连接要求的设备的低能耗和高效率连接,是低功耗,远距离无线通信的优选技术。基于以上分析,本文设计了一个基于NB-IOT的无线传感器节点,并将数据传输到云端,实现云存储。论文先介绍了课题设计的背景与意义,介绍了传感器技术的基础知识;分析了几种能量捕获方式的特点与应用,根据本次课题设计的应用场景特性,选择了太阳能捕获作为能量获取方式为传感器供能;论文还分析了几种无线通信方式,选取专门...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
1.4 论文结构安排
第二章 无线传感器节点相关技术
2.1 能量捕获技术
2.1.1 半导体温差发电
2.1.2 机械能量采集
2.1.3 植物微生物燃料电池
2.1.4 太阳能发电
2.1.5 小结
2.2 物联网通信技术
2.2.1 LoRa技术
2.2.2 WIFI技术
2.2.3 ZigBee技术
2.2.4 NB-IOT技术
2.2.5 小结
2.3 无线传感器技术
2.4 NB-IOT关键技术
2.4.1 NB-IOT的体系架构
2.4.2 NB-IOT空中接口技术
2.4.3 NB-IOT低功耗模式
2.5 本章小结
第三章 无线传感器节点硬件电路设计
3.1 无线传感器节点总体框架
3.2 能量捕获模块
3.2.1 太阳能捕获芯片选型
3.2.2 太阳能捕获模块的电路设计
3.3 MCU控制模块
3.3.1 MCU选型
3.3.2 MCU模块电路设计
3.4 NB-IOT通信模块设计
3.4.1 NB-IOT模块芯片选型
3.4.2 NB-IOT模块电路设计
3.5 数据采集模块
3.6 电源模块
3.7 PCB与电路板展示
3.8 本章小结
第四章 无线传感器节点软件设计
4.1 软件开发环境搭建
4.2 云平台介绍
4.3 传感器节点通信协议介绍
4.3.1 COAP协议
4.3.2 UDP协议
4.3.3 RS485协议
4.3.4 ⅡC总线协议
4.4 节点软件设计
4.4.1 节点软件系统结构
4.4.2 节点软件功能设计
4.4.3 主函数模块
4.4.4 NB-IOT模块
4.4.5 数据采集模块
4.5 本章小结
第五章 无线传感器节点测试
5.1 太阳能模块测试
5.2 无线传感器节点通信测试
5.2.1 云平台注册使用流程
5.2.2 节点注册与通信
5.2.3 数据存储与处理
5.3 无线传感器节点功耗分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]传统单片机对IIC总线通信模拟编程的优化研究[J]. 秦晓梅,巢明,程春雨,赵权科,姜艳红,崔承毅. 工业和信息化教育. 2019(10)
[2]基于STM32的RS-485数据通信稳定性分析[J]. 张微,王韵琪,杨博云. 科技视界. 2019(29)
[3]NB-IoT技术的发展现状与趋势研究[J]. 张福琦,刘禹佳. 中国新通信. 2019(12)
[4]浅析RS-485通信[J]. 曲通. 石油化工建设. 2019(S1)
[5]太阳能发电技术及其发展趋势和展望[J]. 上官小英,常海青,梅华强. 能源与节能. 2019(03)
[6]NB-IoT与现存网络系统干扰共存研究[J]. 李贵勇,杨艳娟,邢苹苹,李安艺. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]基于UDP协议的甲醛智能监控系统研究[J]. 向艳芳,梁龙. 湖南工业职业技术学院学报. 2018(03)
[8]面向无线传感器网络应用的传感器技术综述[J]. 梁华. 计算机产品与流通. 2017(11)
[9]传感器的研究现状与发展趋势[J]. 马须敬,朱义彪. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2017(S1)
[10]用一款简单的解决方案实现复杂的高压、大电流电池充电系统[J]. Steve Knoth. 中国集成电路. 2014(10)
博士论文
[1]智慧牧场牲畜动态智能感知系统研究与应用[D]. 陈桂鹏.中国农业科学院 2018
硕士论文
[1]NB-IoT网络规划研究[D]. 金诚.南京邮电大学 2019
[2]半导体温差发电器的输出特性研究[D]. 王建军.太原理工大学 2019
[3]基于UDP的可靠高效数据传输协议的研究[D]. 黄文杰.北京邮电大学 2019
[4]基于NB-IoT的现代农业物联网监测节点的研究与应用[D]. 郭健.扬州大学 2019
[5]半导体温差发电装置设计与研究[D]. 侯东光.西南交通大学 2018
[6]半导体温差发电系统及其性能研究[D]. 林涛.广东工业大学 2016
[7]基于UDP的监控系统可靠传输协议的设计与实现[D]. 冯浩.西安电子科技大学 2015
[8]基于CoAP协议的数据采集系统设计与实现[D]. 张康.内蒙古科技大学 2015
[9]太阳能发电技术的综合评价及应用前景研究[D]. 辛培裕.华北电力大学 2015
[10]扩频通信系统及其同步技术的研究与实现[D]. 秦瑶.电子科技大学 2015
本文编号：3022529
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
1.4 论文结构安排
第二章 无线传感器节点相关技术
2.1 能量捕获技术
2.1.1 半导体温差发电
2.1.2 机械能量采集
2.1.3 植物微生物燃料电池
2.1.4 太阳能发电
2.1.5 小结
2.2 物联网通信技术
2.2.1 LoRa技术
2.2.2 WIFI技术
2.2.3 ZigBee技术
2.2.4 NB-IOT技术
2.2.5 小结
2.3 无线传感器技术
2.4 NB-IOT关键技术
2.4.1 NB-IOT的体系架构
2.4.2 NB-IOT空中接口技术
2.4.3 NB-IOT低功耗模式
2.5 本章小结
第三章 无线传感器节点硬件电路设计
3.1 无线传感器节点总体框架
3.2 能量捕获模块
3.2.1 太阳能捕获芯片选型
3.2.2 太阳能捕获模块的电路设计
3.3 MCU控制模块
3.3.1 MCU选型
3.3.2 MCU模块电路设计
3.4 NB-IOT通信模块设计
3.4.1 NB-IOT模块芯片选型
3.4.2 NB-IOT模块电路设计
3.5 数据采集模块
3.6 电源模块
3.7 PCB与电路板展示
3.8 本章小结
第四章 无线传感器节点软件设计
4.1 软件开发环境搭建
4.2 云平台介绍
4.3 传感器节点通信协议介绍
4.3.1 COAP协议
4.3.2 UDP协议
4.3.3 RS485协议
4.3.4 ⅡC总线协议
4.4 节点软件设计
4.4.1 节点软件系统结构
4.4.2 节点软件功能设计
4.4.3 主函数模块
4.4.4 NB-IOT模块
4.4.5 数据采集模块
4.5 本章小结
第五章 无线传感器节点测试
5.1 太阳能模块测试
5.2 无线传感器节点通信测试
5.2.1 云平台注册使用流程
5.2.2 节点注册与通信
5.2.3 数据存储与处理
5.3 无线传感器节点功耗分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]传统单片机对IIC总线通信模拟编程的优化研究[J]. 秦晓梅,巢明,程春雨,赵权科,姜艳红,崔承毅. 工业和信息化教育. 2019(10)
[2]基于STM32的RS-485数据通信稳定性分析[J]. 张微,王韵琪,杨博云. 科技视界. 2019(29)
[3]NB-IoT技术的发展现状与趋势研究[J]. 张福琦,刘禹佳. 中国新通信. 2019(12)
[4]浅析RS-485通信[J]. 曲通. 石油化工建设. 2019(S1)
[5]太阳能发电技术及其发展趋势和展望[J]. 上官小英,常海青,梅华强. 能源与节能. 2019(03)
[6]NB-IoT与现存网络系统干扰共存研究[J]. 李贵勇,杨艳娟,邢苹苹,李安艺. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]基于UDP协议的甲醛智能监控系统研究[J]. 向艳芳,梁龙. 湖南工业职业技术学院学报. 2018(03)
[8]面向无线传感器网络应用的传感器技术综述[J]. 梁华. 计算机产品与流通. 2017(11)
[9]传感器的研究现状与发展趋势[J]. 马须敬,朱义彪. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2017(S1)
[10]用一款简单的解决方案实现复杂的高压、大电流电池充电系统[J]. Steve Knoth. 中国集成电路. 2014(10)
博士论文
[1]智慧牧场牲畜动态智能感知系统研究与应用[D]. 陈桂鹏.中国农业科学院 2018
硕士论文
[1]NB-IoT网络规划研究[D]. 金诚.南京邮电大学 2019
[2]半导体温差发电器的输出特性研究[D]. 王建军.太原理工大学 2019
[3]基于UDP的可靠高效数据传输协议的研究[D]. 黄文杰.北京邮电大学 2019
[4]基于NB-IoT的现代农业物联网监测节点的研究与应用[D]. 郭健.扬州大学 2019
[5]半导体温差发电装置设计与研究[D]. 侯东光.西南交通大学 2018
[6]半导体温差发电系统及其性能研究[D]. 林涛.广东工业大学 2016
[7]基于UDP的监控系统可靠传输协议的设计与实现[D]. 冯浩.西安电子科技大学 2015
[8]基于CoAP协议的数据采集系统设计与实现[D]. 张康.内蒙古科技大学 2015
[9]太阳能发电技术的综合评价及应用前景研究[D]. 辛培裕.华北电力大学 2015
[10]扩频通信系统及其同步技术的研究与实现[D]. 秦瑶.电子科技大学 2015
本文编号：3022529
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