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基于NB-IoT技术设计的智能家居监测控制系统
作者:admin  更新时间:2020-08-23 13:58:48

  物联网是当今新闻社会兴盛的主要趋向之一,撑持万物彼此联接的物联网身手如:Wifi、蓝牙、Zig‐ bee、SigFox 和NB-IoT 等取得了疾速的兴盛.NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)是IoT范畴一个新兴的身手,聚焦于低功耗广掩盖物联网墟市,是一种可正在环球边界内遍及使用的新兴身手。 NB-IoT 修建于蜂窝汇集,只花消大约180 kHz 的频段,可直接铺排于GSM 汇集、UMTS 汇集或LTE 汇集, 以消重铺排本钱、告终滑腻升级.NB-IoT 具备四大特质:一是广掩盖,将供应改革的室内掩盖,正在同样的频段下,NB-IoT 比现有的汇集增益20 dB,相当于提拔了100 倍掩盖区域的材干;二是具备撑持毗邻的材干,NB-IoT 一个扇区不妨援助10 万个毗邻,援助低延时敏锐度、超低的筑设本钱、低筑设功耗和优化的汇集架构;三是更低功耗,NB-IoT 终端模块的待机工夫可长达10 a;四是更低的模块本钱,企业预期的单个接连模块不赶过5 美元.NB-IoT 应用License 频段,可选用带内、保卫带或独立载波3 种铺排办法, 与现有汇集共存。 现在,NB-IoT 身手是物联网身手主要的兴盛偏向之一,但NB-IoT 正在智能家居上的开荒应用案例并不众。 而且当今正在用的智能家居大局限依然处于局域网阶段,不行很好地知足人们对真正意思智能家居的央求,不行很好告终长途的及时监控。 商量采用NB-IoT 身手告终智能家居的长途及时境遇监测和智能筑设的节制,不再控制于局域网,而是更大边界的广域网通讯.NB-IoT 身手正在智能家居上的使用使得人们的生涯充满聪慧,正在家居聪慧筑设中应用遍及,墟市兴盛前景可观。

  基于NB-IoT 身手策画了一个具有及时长途测控功用的小型智能家居测控体系。 测控体系由体系总体框架策画、底层硬件策画、体系软件策画和实习测试和结果阐述几局限组成。 如图1 所示,策画开荒要紧包含家居体系、NB-IoT 下位机体系、转发网合、华为云任职器、长途节制显示软件5 个局限构成。

  如图2 所示,NB-IoT 下位机体系要紧由主控芯片STM32L151、NB-IoT 通讯模块BC95、传感器汇集和各施行器筑设构成。 通过各传感器筑设和施行器筑设的配合告终对家庭境遇的检测医治,由气体监测传感器监测家庭境遇中的一氧化碳及其他无益可燃气体,通过排气电扇告终可燃气体走漏自愿医治和火警声光报警和长途报警提示等;由光照监测传感器、人体监测传感器和LED 灯、窗户节制器告终室内光照强度的自愿医治,并由雨滴监测传感器告终晴雨天色窗户的自愿开合医治;由温湿度传感器和排气扇、窗户节制器等筑设对家庭中的温湿度举办自愿医治。 并由主控芯片将从传感网中搜聚回来的数据通过NB- IoT 通讯模块向上发送。 因为本体系采用电信物联网卡,于是通讯采用的是电信2G、3G、4G 汇集,而本体系策画需求将数据上传至公有汇集的华为云任职器,因此主控芯片通过NB-IoT 通讯模块向上发送的数据要原委转发网合的转发将数据从电信汇集转发至公有汇集云任职器。 华为云任职器规矩在吸取到数据后正在长途节制显示软件上显示数据新闻,长途节制显示软件也能够通过华为云任职器下发节制敕令节制家庭中的施行器筑设。

  硬件电途由MCU 模块(NB-IoT 通讯模块)、驱动模块、窗帘驱动电途板、窗户开合步进电机、境遇气体医治电扇和传感器汇集构成。 通过各个传感器模块的谐和配合告终对室外里境遇情景监测并将数据搜聚到主控芯片内,通过NB-IoT 窄带物联网身手上传转发至华为云任职器端并通流程序策画依据监测到的状况举办状况显示和敕令下发,下位机节制体系做出相应的手脚,从而使各个模块谐和配合告终智能家居的根基功用。 图3 是智能家居体系硬件局限的功用运转流程图。 此中,人体传感器要紧是对家庭中职员进出举办监测,告终灯光的智能医治和窃贼的监测报警;温湿度传感器要紧是对家庭中的温度和湿度举办监测,液化气体传感器是对家庭中的可燃液化气体等无益气体举办监测,雨滴传感器是对室外天色情景举办监测告终对窗户的开合节制, 窗户检测传感器是对窗户的开、合和半开合状况举办监测显示,光强传感器是对室内的光照强度监测, 告终光照的自愿医治。

  本体系的通讯要紧由当地下位机、转发网合、任职器和长途监测节制软件之间的通讯组成,采用UDP 契约动作通讯契约。 采用UDP 做为运输层契约要紧缘由是区别于TCP 的“三次握手”征战毗邻和“四次挥手”开释毗邻的时延损耗,能够告终数据收发的及时性。 正在使用层采用CoAP 契约与传输层的UDP 契约配套应用更是补充了UDP 契约的缺陷,告终数据的牢靠传输。 数据的传送分为数据上传和数据下发两局限,数据上传功用要紧是当地下位机将数据发送至转发网合,再由转发网合转发至华为云任职器和长途节制端;数据下发要紧为长途节制端和华为云任职器将所要下发的数据发送至转发网合,再由转发网合下发至当地下位机体系中。 图 4 是当地下位机、转发网合、任职器和长途监测节制软件之间数据收发通讯契约图。

  外1 和外2 为当地下位机、转发网合、任职器和长途监测节制软件之间的数据传输契约的数据花式界说,此中外1 是上行数据传输契约,外2 是下行数据传输契约。

  通过NB-IoT 通讯办法告终对普遍智能家居的智能化,告终对家庭中的境遇情景的及时长途监测和节制,做到对家庭境遇情景医治的长途化。 为了告终长途监测节制软件对当地下位机体系的及时监测节制,采用了UDP 契约动作本体系的通讯契约, 告终当地室外里境遇情景的及时上报、长途节制端对当地境遇情景医治的及时节制。 于是软件的次第策画中要紧包罗与下位机组网、数据吸取、指令发送3 局限软件策画。 此中与下位机的汇集链接组筑局限包罗汇集UPD 契约编程,是此次第策画的中心。 体系软件流程如图5 所示。

  数据吸取局限要紧功用是对当地下位机中的境遇状况数据的搜聚,包含温度、湿度、光照强度、室内液化气体监测状况、门口职员原委情景、室外天色情景等数据。 长途敕令下发局限次第要紧功用是告终对当地用电器筑设的及时长途节制, 包含长途开、合灯,长途开、合窗,长途开、合排气扇等。 任职器端测控软件界面如图6 所示。

  为了对体系通讯牢靠性、温度、湿度、光照强度以及长途节制的及时性等新闻举办验证,正在一律境遇下,对智能家居测控体系举办了长途数据上传下发反当令间衡量,温、湿度检测无误性以及光照强度检测无误性的测试,结果如外3外6所示。

  通过外3 的数据能够看得出来,智能家居测控体系的长途节制反当令间的均匀值为0.98 s,能够看出长途节制的反响速率急迅,体系的牢靠性和安稳性取得保障。

  通过外4 所衡量到的数据能够得出传感器衡量到室内境遇中的均匀温度和实践衡量到的均匀温度相差0.5 ℃,正在DHT11 数据手册中给出的2 ℃的偏向局部之内。

  由外5 的湿度衡量数据能够得出温湿度传感器模块衡量到的湿度均匀值和实际衡量到的湿度的均匀值的差异是3.1%,正在DHT11 数据手册划定的5% 差错边界之内。

  从外6 得出光照强度传感器衡量到的光强度和实践衡量到的光照强度的均匀差错是0.2 LUX,正在数字光强度光照传感器GY30 数据手册中划定的差错边界之内。

  基于NB-IoT 身手策画的智能家居监测节制体系,并举办了测试阐述,所策画的体系抵达了预订倾向。 物联网体系的告终会使咱们得家庭生涯体验更为痛疾便捷,正在任何地方都不妨随时监测、张望家中的境遇情景,对家中映现的情景举办叙述,期近将抵家时能够提前翻开家中的电器筑设,从而裁减了等候工夫。 而当智能家居和NB-IoT 身手团结时,特别便当火速,能够正在公司晓得家中的境遇情景,可长途节制家中筑设的运转情景,使得咱们的智能家居体验更好,正在智能家居的兴盛使用中具有特别宽阔的前景.

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