nbiot窄带物联网的机器0状态监控系统设计【字数：14949】
当前科技水平和人们的生活水平都在稳步提升，家电产业的更新速度在科技大变革中处于领头地位，NB-IOT技术将各种产业相联结，推动全行业应用的协调统一。本文基于OneNET物联网云平台，通过网页控制终端设备，设计了一款以窄带物联网技术为核心的机器监控系统。本文首先对自动售货机的现实需求和窄带物联网的发展趋势进行了分析，在研究通信技术的基础上，提出基于物联网的自动售货机的温湿度监控系统，迎合了当前人们的生活需求和当代技术提升的需要。其次，在实际项目中，采用以ARM公司的stm32芯片作为售货机终端的主控芯片，进行电路各模块的设计和应用，采用物联网板卡实现机器状态信息的采集。在学习物联网平台OneNET的基础上，主要完成终端的硬件设计，上层控制系统的软件平台设计。硬件设计主要通过STM32芯片外接接口、通信模块，上网模块通过MQTT协议将物联网板卡收集到的信息上传至OneNET物联网平台，通过网页和手机对售货机的温度和湿度进行实时监控，取消其他人机交互设备，实现低消耗、低成本的目标。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1物联网技术 1
1.2.2自动售货机 2
1.3课题研究意义和目标 2
1.4论文结构安排 2
2.远程监控系统结构设计 3
2.1监控系统需求分析 3
2.1.1问题的提出 3
2.1.2需求分析 3
2.2系统总体结构设计 3
2.3系统关键技术 4
2.3.1应用程序开发体系结构 4
2.3.2 通信协议 4
2.3.3 ARM嵌入式技术 5
2.3.4无线通信技术 5
3.硬件设计与开发 7
3.1自动售货机终端架构 7
3.2无线通信模块设计 7
3.2.1无线通信模块的选择 7
3.2.2 GPRS模块电路 8
3.2.3 GPS功能使用 10
3.3 STM32硬件设计 10
3.4 STM32最小系统设计 13
3.4.1调试接口电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
14
3.4.2启动电路 14
3.4.3时钟电路 14
3.4.4电源电路 14
3.5数据存储模块 14
3.5.1TF卡电路 14
3.5.2 SPI FLASH电路 16
3.5.3 EEPROM电路 17
3.6通信接口模块 18
3.6.1 RS232电路 18
3.6.2 CAN电路 20
3.7显示模块 21
3.7.1 LED电路 21
3.8电源模块 21
3.9 I/O模块 22
3.10温湿度传感器 22
3.11PCB制图 22
4. OneNET应用平台设计 24
4.1 OneNET平台简介 24
4.2 MQTT协议 24
4.3 创建OneNET应用平台 26
4.3.1 4G模块AT指令配置 27
4.3.2建立与平台的连接 28
4.3.3数据上传 28
4.3.4下发命令 29
4.3.5 API调用 29
5.测试与总结 30
5.1 OneNET平台系统监控测试 30
5.2总结与展望 31
5.2.1个人小结 31
5.2.2环境与可持续发展 32
参考文献 33
致谢 34
1.绪论
1.1引言
最初欧美、日本等地自动售货机通过对投入钞票或硬币的价值进行检测后再自动出货，由于其占用场地小，便利度高，被日本、美国广泛使用，后来遍布各地。我国在举办奥运会期间，对于智能产品进行大量引入，这使得自动售货机的应用分布更为广泛，也给中国智能产业的成长带来了历史性的机会。据统计，截至2018年，美国和日本有近一千万台自动售货机，每二十三人中至少有一人拥有一台，我国自动售卖机总数大约在20万台左右，因在售货机的制造、销售、运营管理方面稍欠成熟，所以产业链还不够完整。
但由于中国的人口基数非常大，售货机市场发展快速，再结合国外成熟的管理技术，中国的售货机监控系统设计拥有了良好的平台。
1.2国内外研究现状
1.2.1物联网技术
1999年Ashton首次提出物联网这一定义，物联网设备主要使用通信协议与互联网连接，应用于传感器、GPS等设备中[1]。
2004年，日本提出了基于物联网的国家信息化战略[2]，意图通过物联网技术提高日本的科技水平，大力发展日本的绿色信息技术产业。
2008年，美国公布智慧地球战略，将超级计算机和物联网相结合，实现物质世界的数据化，这也是物联网技术突飞猛进的一年，第三次全球信息技术革命因此产生，这一方案的提出使得欧洲、日韩等地的学者对物联网技术进行系统的研究和规划[3]。
2016年，为了保证大量物联网业务能够得到有效的处理，3GPP国际标准组织提出NBIOT技术的标准化，使其具有更高的兼容性和吞吐率，适应低功耗、远程传输的场合[4]。
20世纪末至19世纪初，物联网技术在中国处于自由发展阶段，速度缓慢，仅有少数科学家对其进行研究探讨，整体处于消极状态。
2009年我国提出“感知中国”理念，由于早期技术支持需要大量资金和人才资源，所以仅在经济发达地区掀起了学习物联网热潮。
2015年之后，我国经济水平处于稳步上升状态，越发重视物联网技术的发展，鼓励全民学习物联网。我国预测在2020年将NBIOT技术发展成为信息产业的重要支撑部分，在此期间，华为率先完成对NBIOT模组的完善升级，中国电信、移动和联通在2018年推出全网商用NBIOT[5]。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1物联网技术 1
1.2.2自动售货机 2
1.3课题研究意义和目标 2
1.4论文结构安排 2
2.远程监控系统结构设计 3
2.1监控系统需求分析 3
2.1.1问题的提出 3
2.1.2需求分析 3
2.2系统总体结构设计 3
2.3系统关键技术 4
2.3.1应用程序开发体系结构 4
2.3.2 通信协议 4
2.3.3 ARM嵌入式技术 5
2.3.4无线通信技术 5
3.硬件设计与开发 7
3.1自动售货机终端架构 7
3.2无线通信模块设计 7
3.2.1无线通信模块的选择 7
3.2.2 GPRS模块电路 8
3.2.3 GPS功能使用 10
3.3 STM32硬件设计 10
3.4 STM32最小系统设计 13
3.4.1调试接口电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
14
3.4.2启动电路 14
3.4.3时钟电路 14
3.4.4电源电路 14
3.5数据存储模块 14
3.5.1TF卡电路 14
3.5.2 SPI FLASH电路 16
3.5.3 EEPROM电路 17
3.6通信接口模块 18
3.6.1 RS232电路 18
3.6.2 CAN电路 20
3.7显示模块 21
3.7.1 LED电路 21
3.8电源模块 21
3.9 I/O模块 22
3.10温湿度传感器 22
3.11PCB制图 22
4. OneNET应用平台设计 24
4.1 OneNET平台简介 24
4.2 MQTT协议 24
4.3 创建OneNET应用平台 26
4.3.1 4G模块AT指令配置 27
4.3.2建立与平台的连接 28
4.3.3数据上传 28
4.3.4下发命令 29
4.3.5 API调用 29
5.测试与总结 30
5.1 OneNET平台系统监控测试 30
5.2总结与展望 31
5.2.1个人小结 31
5.2.2环境与可持续发展 32
参考文献 33
致谢 34
1.绪论
1.1引言
最初欧美、日本等地自动售货机通过对投入钞票或硬币的价值进行检测后再自动出货，由于其占用场地小，便利度高，被日本、美国广泛使用，后来遍布各地。我国在举办奥运会期间，对于智能产品进行大量引入，这使得自动售货机的应用分布更为广泛，也给中国智能产业的成长带来了历史性的机会。据统计，截至2018年，美国和日本有近一千万台自动售货机，每二十三人中至少有一人拥有一台，我国自动售卖机总数大约在20万台左右，因在售货机的制造、销售、运营管理方面稍欠成熟，所以产业链还不够完整。
但由于中国的人口基数非常大，售货机市场发展快速，再结合国外成熟的管理技术，中国的售货机监控系统设计拥有了良好的平台。
1.2国内外研究现状
1.2.1物联网技术
1999年Ashton首次提出物联网这一定义，物联网设备主要使用通信协议与互联网连接，应用于传感器、GPS等设备中[1]。
2004年，日本提出了基于物联网的国家信息化战略[2]，意图通过物联网技术提高日本的科技水平，大力发展日本的绿色信息技术产业。
2008年，美国公布智慧地球战略，将超级计算机和物联网相结合，实现物质世界的数据化，这也是物联网技术突飞猛进的一年，第三次全球信息技术革命因此产生，这一方案的提出使得欧洲、日韩等地的学者对物联网技术进行系统的研究和规划[3]。
2016年，为了保证大量物联网业务能够得到有效的处理，3GPP国际标准组织提出NBIOT技术的标准化，使其具有更高的兼容性和吞吐率，适应低功耗、远程传输的场合[4]。
20世纪末至19世纪初，物联网技术在中国处于自由发展阶段，速度缓慢，仅有少数科学家对其进行研究探讨，整体处于消极状态。
2009年我国提出“感知中国”理念，由于早期技术支持需要大量资金和人才资源，所以仅在经济发达地区掀起了学习物联网热潮。
2015年之后，我国经济水平处于稳步上升状态，越发重视物联网技术的发展，鼓励全民学习物联网。我国预测在2020年将NBIOT技术发展成为信息产业的重要支撑部分，在此期间，华为率先完成对NBIOT模组的完善升级，中国电信、移动和联通在2018年推出全网商用NBIOT[5]。
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