基于NB-IOT低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究背景及目的1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀聯(lián)盟第一次提出窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IOT)技術(shù)的概念，并于2016年6月發(fā)布了窄需信號(hào)傳輸速率，將其無線信道的寬度減小到了180kHz,從而使信號(hào)增益20dB,1.3NB-10T技術(shù)簡(jiǎn)介池壽命短的缺點(diǎn)。為了解決上述問題，2016年，3GPP聯(lián)盟第一次提出NB-IOT技術(shù)的概念，并于2016年6月發(fā)布了NB-IOT的第一個(gè)版本。(1)覆蓋區(qū)域更廣闊，能提供更先進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，頻段相同的情況傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，NB-IoT的信號(hào)增益20dB,等同于覆蓋范圍的能力被提高(3)具有更低功耗的優(yōu)點(diǎn)，NB-IoT終端電子設(shè)備可保持10年的休眠時(shí)(4)具有更低單元成本，企業(yè)預(yù)期的每一個(gè)接連單元低于35元(人民幣);(5)能建立物與物連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在萬物(6)能建立大規(guī)模數(shù)據(jù)信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，空間容量更大。了設(shè)備的故障率。其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1-1所示：咬比電流互感器咬比電流互感器采樣電路失壓裝置NB-IOT通信單元電壓互感器電流互感器高壓配電裝置負(fù)荷檢測(cè)器計(jì)量芯片(4)NB-IOT技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用1.4遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.4.1遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的定義(1)遠(yuǎn)程傳輸?shù)亩x(2)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的定義及運(yùn)行原理遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的運(yùn)行原理如下所示：先通過系統(tǒng)中各錄影機(jī)或攝像機(jī)采集的視頻數(shù)據(jù)信息傳輸至信息采集終端，再利用壓縮算法將視頻數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成25幀/秒的信息采集終端，再通過有線網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心單元，通?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心的處理器對(duì)從前端傳輸過來的音頻信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，最后，通過顯示屏顯示各參數(shù)狀態(tài)，并利用存儲(chǔ)裝置對(duì)各參數(shù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存和記錄，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)所監(jiān)控的場(chǎng)景發(fā)生故障或出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，會(huì)啟動(dòng)系統(tǒng)中的報(bào)警裝置，并將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)叫畔⒉杉K端，與信息采集終端一起運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心單元，并通過聲卡發(fā)出聲音警報(bào)，再聯(lián)動(dòng)消防單元進(jìn)行自主排除環(huán)境障礙和風(fēng)險(xiǎn)。1.4.2遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的通訊性能遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡(luò)連接或者無線網(wǎng)絡(luò)連接兩種通訊方式將終端設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)信息或各種參數(shù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，有線通信是以銅、鋁等導(dǎo)體、電纜、波導(dǎo)、碳納米管、納米砷化鎵等納米材料或者光導(dǎo)纖維作為信息傳送的有形實(shí)物載體進(jìn)行傳輸?shù)?，有線網(wǎng)絡(luò)連接方式存在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜，創(chuàng)建成本高及后期維護(hù)困難的缺點(diǎn)，已逐漸被無線網(wǎng)絡(luò)連接方式所取代；無線通信是在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間利用電磁波直接進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，而不需要經(jīng)過外界媒質(zhì)載體的信息傳信，由于NB-IOT的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域、通信速度、以及連接數(shù)、空間容量明顯優(yōu)于其他網(wǎng)絡(luò)連接方式，已逐步成為遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的重要通信方式之一，使遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具備優(yōu)良的通訊性能。(2)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的兼容性遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)幾乎能夠支持所有通信協(xié)議，遠(yuǎn)程終端設(shè)備可采用開放式系統(tǒng)互連協(xié)議，通過DTE、DCE間的互聯(lián)裝置實(shí)現(xiàn)所有物和物、物與人之間的通信連接，方便對(duì)系統(tǒng)遠(yuǎn)程連接的監(jiān)控計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，并支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境要求較高的設(shè)備之間的連接，具有極高的兼容性。(3)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)速度遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)不僅能通過CPU輪詢機(jī)制進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，還能通過遠(yuǎn)程終技術(shù)組建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)所應(yīng)用場(chǎng)合的參數(shù)狀態(tài)(4)遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建成本低廉，易于維護(hù)管理關(guān)鍵技術(shù)),包括以下幾個(gè)要點(diǎn)：(3)進(jìn)行基于NB-IOT低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的架構(gòu)2.1前期理論研究系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2-1所示：鐵電存儲(chǔ)器圖2-1傳統(tǒng)基于NB-I0T低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)架構(gòu)圖2.2基于NB-10T低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)創(chuàng)建目標(biāo)(1)在監(jiān)測(cè)泵站水池水位或進(jìn)站壓力、加壓泵組工作狀態(tài)(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵房的運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)傳輸；(4)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵房風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備故障的自動(dòng)報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)消防模塊主動(dòng)排除風(fēng)2.3基于NB-10T低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)器陰防模塊密發(fā)單煙氣濤惑器通信單元圓信接口現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元CCD攝像機(jī)存儲(chǔ)單元(1)MCU單元(2)通信單元(3)溫度檢測(cè)單元(4)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元(5)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元(6)自然電源(7)過載檢測(cè)單元(8)觸發(fā)單元(9)消防模塊(10)數(shù)據(jù)服務(wù)器交換，以提高檢測(cè)可靠性。(11)顯示屏(12)電子開關(guān)Ⅱ2.4基于NB-10T低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)圖2-3為本系統(tǒng)在泵房場(chǎng)景中運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)體圖，從圖2-3可以看出：MCU單元(安裝在柜內(nèi))電動(dòng)機(jī)8圖2-3基于NB-IOT低功耗泵房監(jiān)控遠(yuǎn)傳系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)體圖2.4.2系統(tǒng)中各模塊單元功能的設(shè)計(jì)(1)溫度檢測(cè)單元功能的設(shè)計(jì)三組溫度傳感器中處于最上方的溫度傳感器報(bào)警值設(shè)置置為N,最下方的警值設(shè)置為Q,當(dāng)三組溫度傳感器檢測(cè)泵房?jī)?nèi)溫度，其中兩組MCU單元才控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的打開(激活待機(jī)),而在報(bào)警值以下控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的關(guān)閉(待機(jī))狀態(tài)，極大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的功耗。(2)通信單元功能的設(shè)計(jì)的兼容性。當(dāng)監(jiān)控中心與泵房所處距離較遠(yuǎn)時(shí)，如大于2Km,則采用NB-IoT模用電纜進(jìn)行通信；當(dāng)通信距離適中時(shí)，如在1.5Km,可以(3)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元功能的設(shè)計(jì)單元才控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的打開(激活待機(jī)),而當(dāng)故障解除時(shí)，則保持控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的關(guān)閉(待機(jī))狀態(tài)，極大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的功耗。(4)自然電源和外接電源功能的設(shè)計(jì)從圖2-3可以看出：本系統(tǒng)采用泵房供電的線路電壓，即自然電源(自然電(5)數(shù)據(jù)服務(wù)器功能的設(shè)計(jì)