基于nbiot通信的智能水表装置的设计(附件)【字数：10350】
摘 要近些年来，随着技术的快速发展，智能水表抄表系统的发展也越来越受到人们的关注，但目前智能水表抄表装置存许多弊端，例如覆盖范围小、数据传输不稳定、传输距离短、穿透力不强等问题，在这些问题上提出一种基于NB-IoT设计的智能水表抄表装置。基于窄带物联网技术的设备具备低功耗、强覆盖、低成本、高可靠性、大连接等特点，在抄表领域可以降低成本，并且能够实现抄表的智能化与大数据化的管理，具有一定的应用价值。本论文对该装置进行了总体框架结构设计，介绍了该装置使用的硬件主要模块和软件使用方法。软件方面LiteOS系统移植与调试和主控芯片模块等；硬件方面主要有STM32核心板、BC95通信模块、电源模块以及传感器采集模块等等。这些模块使其能够完成水表数据的采集、上传等数据分析的操作，现已经初步完成各个功能的实现以及实物成品的制作。
目 录
第一章 绪论 3
1.1 课题背景与研究意义 3
1.2 智能水表发展现状 3
1.3 主要研究内容 4
第二章 结构设计方案 5
2.1 总体框架设计图 5
2.2 制作流程规划 5
第三章 硬件系统设计 7
3.1 主控芯片STM32F411 7
3.1.1主控板介绍STM32F411RCT6 7
3.1.2 STM32F411系统电路 8
3.1.3 STM32F411RCT6的简介 9
3.2 BC95模块 9
3.2.1 BC95模块介绍 9
3.2.2 BC95模块硬件连接电路 10
3.2.3 SIM卡连接电路 10
3.3 采集模块 11
3.4 电源模块 12
3.4.1电路供电 12
3.4.2电池选择 12
3.5 FLASH存储模块 13
3.6 时钟模块 13
3.7 报警电路模块 14
3.7.1 报警电路设计 14
3.7.2 温湿度传感器介绍 15
3.7.3 温湿度传感器电路连接 15
第四章 软件系统设计 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1 编程软件设计 17
4.2 IAR开发环境 17
4.3 LiteOS系统 18
4.3.1 LiteOS系统介绍 18
4.3.2 LiteOS系统架构 18
4.3.3 LiteOS操作系统的移植 19
4.4 NBIoT模块调试软件 22
4.4.1 BC95模块串口测试软件 22
4.4.2 BC95模块网络测试软件 23
4.4.3 BC95模块调试 24
4.5 模块程序设计 25
4.5.1 FLASH存储程序设计 25
4.5.2 报警程序设计 26
4.5.3 采集模块程序设计 27
第五章 软硬件系统调试与实现 29
5.1 水表的调试方法 29
5.1.1硬件调试 29
5.1.2软件调试 29
5.2 遇到的困难及解决方法 31
第六章 总结 34
致谢 35
参考文献 36
附录一：实物图 37
附录二：电路原理图 38
附录三：元器件清单 39
附录四：智能水表部分源程序 40
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
长久以来，我国大部分城镇居民都使用的是普通机械式水表，这种水表采用人工抄表、性能较为稳定、价格便宜等特点。但是该水表还有许多不足的地方，例如收费困难、工作量大、效率低下等缺点。伴随着计算机行业月微电子行业的快速发展，许多行业也随之发生翻天覆地的变换，尤其是仪器仪表行业，发生根本性的变革。以嵌入式为主体的仪表，将计算机技术与监控技术相结合，构成了新一代的仪器仪表。这种仪表在采集数据的过程中采用自动化技术，大大提高了效率问题，也随之就解决收费困难等一系列问题。智能水表装置不仅能更好地解决传统水表的问题，而且可以提高水表的可靠性，能实现低功耗、高精度、高性能等功能。
随着我国信息技术产业的蓬勃发展，使水务管理的集成化、电子化、数据化、网络化成为现实。水务管理的智能化可以极大程度上提高水务公司的工作效率，有助于改善供水基础设施，节省成本费用，提高居民的生活质量。同时也可以加强水务部门对用户的监督管理，但智能化水表多种多样，那种性能能更好的适应市场，能更好的契合用户的需求有待考察，下面将简单阐述本项目研究的水表的优点。
其中，智能水表需要满足易部署、易维护、易使用的特点，并且还具有通用性，可以在全国范围内迅速推广使用。由于这些条件的限制，智能水表还无法在全国推广使用，直到NBIoT技术的出现，改变了目前智能水表市场现有的局势，因为NBIoT技术有统一的3GPP标准，它的出现可以说是改变了水务行业的现状，统一标准化有利于解决水务公司无线表计端可以互通互联的问题，对水务公司采购水表终端时无需考虑不同的水表厂商（不同型号之间）相互对接的难题，所以智能水表的发展趋势是向这一方面靠近的，具有广阔的市场前景。
1.2 智能水表发展现状
由于国外在智能水表的研究和开发方面相对比国内起步要早，所以我国现阶段智能水表的研究、开发上大都在国外前端技术的基础上进行的。比如德国zenner公司的ZENNER真兰GPRS智能水表，是垂直螺翼式水表，具有实时报警、GPRS主通讯和强大的后台监管软件；英国西尼尔SINIER公司的电子水表低功耗，高精度，可以显示时间和日期、用水量比较以及通信等功能。国内智能水表生产厂商较多，但大规模的生产厂商偏少，而且与国外的生产厂商在微功耗、安全性等技术方面存在着比较大的差距。当前我国智能水表行业正处于成长期，与传统的普通水表相比，智能水表不仅价格昂贵，而且成本较高。但由于近些年科学技术的进步，智能水表的成本得到了降低，市场规模提高，智能水表行业得到快速的发展。
我国智能水表经过十多年的发展、改进和完善，已初步形成较为完整的产品，当前市场上最为流行的智能水表分为三种分别是短信有线远程通信水表和无线远程通信水表，这两个类型的水表基本功能都差不多一致，它们通信方式不同而已。由于有线智远程通信水表系统需要布线通信，导致其初期投资巨大，因此只适用一些新建住宅区，而无线式的远程通信水表，经过近几年的通信基站的大规模的发展，更能获得供水公司的青睐。
目 录
第一章 绪论 3
1.1 课题背景与研究意义 3
1.2 智能水表发展现状 3
1.3 主要研究内容 4
第二章 结构设计方案 5
2.1 总体框架设计图 5
2.2 制作流程规划 5
第三章 硬件系统设计 7
3.1 主控芯片STM32F411 7
3.1.1主控板介绍STM32F411RCT6 7
3.1.2 STM32F411系统电路 8
3.1.3 STM32F411RCT6的简介 9
3.2 BC95模块 9
3.2.1 BC95模块介绍 9
3.2.2 BC95模块硬件连接电路 10
3.2.3 SIM卡连接电路 10
3.3 采集模块 11
3.4 电源模块 12
3.4.1电路供电 12
3.4.2电池选择 12
3.5 FLASH存储模块 13
3.6 时钟模块 13
3.7 报警电路模块 14
3.7.1 报警电路设计 14
3.7.2 温湿度传感器介绍 15
3.7.3 温湿度传感器电路连接 15
第四章 软件系统设计 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1 编程软件设计 17
4.2 IAR开发环境 17
4.3 LiteOS系统 18
4.3.1 LiteOS系统介绍 18
4.3.2 LiteOS系统架构 18
4.3.3 LiteOS操作系统的移植 19
4.4 NBIoT模块调试软件 22
4.4.1 BC95模块串口测试软件 22
4.4.2 BC95模块网络测试软件 23
4.4.3 BC95模块调试 24
4.5 模块程序设计 25
4.5.1 FLASH存储程序设计 25
4.5.2 报警程序设计 26
4.5.3 采集模块程序设计 27
第五章 软硬件系统调试与实现 29
5.1 水表的调试方法 29
5.1.1硬件调试 29
5.1.2软件调试 29
5.2 遇到的困难及解决方法 31
第六章 总结 34
致谢 35
参考文献 36
附录一：实物图 37
附录二：电路原理图 38
附录三：元器件清单 39
附录四：智能水表部分源程序 40
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
长久以来，我国大部分城镇居民都使用的是普通机械式水表，这种水表采用人工抄表、性能较为稳定、价格便宜等特点。但是该水表还有许多不足的地方，例如收费困难、工作量大、效率低下等缺点。伴随着计算机行业月微电子行业的快速发展，许多行业也随之发生翻天覆地的变换，尤其是仪器仪表行业，发生根本性的变革。以嵌入式为主体的仪表，将计算机技术与监控技术相结合，构成了新一代的仪器仪表。这种仪表在采集数据的过程中采用自动化技术，大大提高了效率问题，也随之就解决收费困难等一系列问题。智能水表装置不仅能更好地解决传统水表的问题，而且可以提高水表的可靠性，能实现低功耗、高精度、高性能等功能。
随着我国信息技术产业的蓬勃发展，使水务管理的集成化、电子化、数据化、网络化成为现实。水务管理的智能化可以极大程度上提高水务公司的工作效率，有助于改善供水基础设施，节省成本费用，提高居民的生活质量。同时也可以加强水务部门对用户的监督管理，但智能化水表多种多样，那种性能能更好的适应市场，能更好的契合用户的需求有待考察，下面将简单阐述本项目研究的水表的优点。
其中，智能水表需要满足易部署、易维护、易使用的特点，并且还具有通用性，可以在全国范围内迅速推广使用。由于这些条件的限制，智能水表还无法在全国推广使用，直到NBIoT技术的出现，改变了目前智能水表市场现有的局势，因为NBIoT技术有统一的3GPP标准，它的出现可以说是改变了水务行业的现状，统一标准化有利于解决水务公司无线表计端可以互通互联的问题，对水务公司采购水表终端时无需考虑不同的水表厂商（不同型号之间）相互对接的难题，所以智能水表的发展趋势是向这一方面靠近的，具有广阔的市场前景。
1.2 智能水表发展现状
由于国外在智能水表的研究和开发方面相对比国内起步要早，所以我国现阶段智能水表的研究、开发上大都在国外前端技术的基础上进行的。比如德国zenner公司的ZENNER真兰GPRS智能水表，是垂直螺翼式水表，具有实时报警、GPRS主通讯和强大的后台监管软件；英国西尼尔SINIER公司的电子水表低功耗，高精度，可以显示时间和日期、用水量比较以及通信等功能。国内智能水表生产厂商较多，但大规模的生产厂商偏少，而且与国外的生产厂商在微功耗、安全性等技术方面存在着比较大的差距。当前我国智能水表行业正处于成长期，与传统的普通水表相比，智能水表不仅价格昂贵，而且成本较高。但由于近些年科学技术的进步，智能水表的成本得到了降低，市场规模提高，智能水表行业得到快速的发展。
我国智能水表经过十多年的发展、改进和完善，已初步形成较为完整的产品，当前市场上最为流行的智能水表分为三种分别是短信有线远程通信水表和无线远程通信水表，这两个类型的水表基本功能都差不多一致，它们通信方式不同而已。由于有线智远程通信水表系统需要布线通信，导致其初期投资巨大，因此只适用一些新建住宅区，而无线式的远程通信水表，经过近几年的通信基站的大规模的发展，更能获得供水公司的青睐。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/wlw/142.html
