【《一种基于NB-IOT无线通信处理技术的气象信息采集通信系统设计》12000字（论文）】

一种基于NB-IOT无线通信处理技术的气象信息采集通信系统设计摘要随着社会工业自动化的持续发展以及人们对生活环境水平要求的不断提高,相关领域对气象环境信息的需求日益提高,气象参数的测量在工业生产和科学研究中有着广泛的应用,而且在气象领域气象参数的测定有着举足轻重的意义.气象采集设备在光伏发电,交通运输行业,输电线路在线监测,旅游景区环境监测,农业种植气象监测,智能学校防灾减灾有着广泛的应用.设计方案所要进行设计的系统是一种基于NB-IOT等无线通信处理技术的新型当前气象信息采集通信系统，该气象采集系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片,采用BC26模块为通讯渠道、使用空气温湿度传感器、PM2.5传感器和压力传感器分别用于监测当前环境的气压、温度和湿度以及空气中细颗粒物的浓度。数据在STM32主控芯片中进行解析并显示在OLED中，传感器的数据可以在平台中实时显示，完成对当前环境气象要素的监测。本系统由传感器采集结点,物联网NB-IOT通信模块,电源模块,展示单元以及stm32f103c8t6微处理器芯片等几个部分构成,采用超低功耗设计,便于移动式测量以及便携式应用目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 1目录 31前言 11.1研究背景 11.2研究意义 11.3研究内容 22系统总体设计方案 32.1设计任务要求 32.2系统总体设计框架 32.2.1系统总体性能分析 32.3系统总体设计方案 42.3.1温湿度传感器模块 42.3.2PM2.5空气质量监测模块 52.3.3气压模块 52.3.4NB-IOT&BC26无线通信模块 52.3.5主控芯片 62.3.5ONENET物联网云平台 73系统硬件设计与实现 83.1主控模块基本电路 83.2NB-IOT模块电路 103.3本地显示模块电路 123.4温湿度测量电路 123.5PM2.5传感器模块PS5003 133.5.1工作原理 3.5.2输出结果 3.6MS5611气压模块 153.7NBIOT天线接口 153.8电源模块 164软件系统设计与实现 174.1软件主流程 124.2硬件初始化：GPIO初始化 184.3注册联网 194.4AT指令集 204.5云平台部署 205系统调试与试验结果 215.1硬件调试 215.2软件调试 225.3测试结果 23结论与展望 27参考文献 28致谢 29附录 301前言研究背景气象服务是一项与国家安防以及交通建设、工业科技发展建设、社会发展和人民生活密切相关的基础性产业。因此，无线通信技术的有效利用对气象产业的发展、气象信息技术预报和气象服务质量的提高，对国民经济和气象事业的发展都具有重要意义。目前气象数据的采集主要来源于地市气象局建设的气象观测站进行气象数据的综合采集并进行权威发布,大部分采用蓄电池加太阳能供电等形式和采用GPRS/3G/4G等通行方式,造成其体积大，结构繁杂，不易安装，故障率高,以及GPRS/3G/4G功耗高,系统需要配备大容量电池和大功率太阳能电池板，防止出现因连续阴雨恶劣天气时供电系统供电不足导致设备的无法正常运行.而且现有的气象采集设备不利于便携式进行移动测量.由于地市气象观测站点大多安装于偏远地区,站点建设需耗费大量物力人力成本高昂,导致气象观测站的数量与地区面积存在较大的差异,即有气象观测站点发布的气象数据为该站点通过区域平均式进行区域性的概率性通报,不能精确的反应细化的局部气象数据 1.2研究意义 我国目前使用现有的生产自动化工业气象物理观测站主要功能是通过有线的通讯方式将各种工业气象观测传感器的观测数据发送至采集器,随着观测的气象要素增加,有线采集系统日渐复杂，NB-IOT技术随着目前我国推进工业生产自动化对于工业无线通讯和工业数据信息传送的巨大需求而不断发展逐步产生的,它也主要是基于IOT这一技术领域的新兴应用技术,支持了低频高功耗的观测设备在工业广域网上能够进行蜂巢式的无线数据传输链路相互连接,可构成LPWAN.NB-IOT具有广域覆盖的特点,NB-IOT的增益为20dB,最大可达到23dB,相同频段下较传统网络覆盖扩大了100倍,它具有通信传输距离远、功耗低、可直接接入运营服务商网络等优点,由MME,ServingGateWay,PDNGateWay,SCEF四部分网元构成,NB-IOT核心网不同的网元分别处理不同的数据.OneNET平台是PASS物联网的开放平台，可以实现NB终端与该平台的通信.在物联网应用与硬件终端设备间搭建高效的应用平台，方便各类硬件终端设备快速接入互联网，为各种跨平台物联网应用和行业解决方案提供便捷的连接、云存储、设备管理、开发部署等优质服务，并且支持多种行业主流标准协议的设备以及用户自定义协议都可简易接入，可以实现室内蜂窝数据连接的非常全面的覆盖.本方案的系统设计主要特点是充分利用NB-IOTbc26与ONENET,选用合适的室外气象观测传感器与主控芯片件stm32mcu,设计开发出一套室外环境监测气象实时监控观测系统,可以直接采用usb及其他蓄电池组件进行实时供电,可广泛地可以应用于室内外各种气象环境,如室内公共交通,景区,农业等各种环境,也就是它既能又可以被用户当作便携式的或可移动环境气象观测监控站使用来实时进行监控使用。21世纪的现在，人们对短距离通信的需求日益提高，通信技术已经与人类社会的生活以及发展屡屡相关，无论是无线个域网还是蓝牙技术甚至是WIFI，本系统是基于IOT技术的一个简单的气象采集系统，可采集环境温湿度，气压以及PM2.5值，它的意义在于可将环境气象采集的成本大大缩小，并减小传统气象数据采集技术的工作量，从而达到提高生产效率的目的。 1.3研究内容该系统可分为数据采集节点；主控制器节点以及无线通信节点三部分构成，数据采集节点主要采用立式温湿度传感器DH11采集环境温湿度；压力传感器MS5611-01BA01采集环境压力；PM2.5传感器PMS5003采集环境空气PM2.5大小，主控节点采用STM32单片机作为硬件电路控制中心，传感器其采集数据通过I2C通信接口将环境参数传输至STM32单片机中解析。无线通信模块采用NB-IOT&BC26作为通信节点，系统以STM32作为的MCU通过Nb-IOT通信模块的网络平台，将处理后的环境参数直接上传到一个服务器上。环境参数可通过PC浏览器、使用app的移动操作终端或移动操作仪器系统在触摸屏上显示等模块直接查看系统总体设计方案2.1设计任务要求考虑到我国的具体疆域环境，NB-IOT网络的功能之一是可以实现远程数据采集，NB-IOT节点可将采集到的数据通过蜂窝网络发送到远程服务器，为数据分析和处理提供支持；NB-IOT远程数据采集有很多应用，如远程抄表，扬尘监测，空气质量采集；在实际中，有些路段比较偏远，交通管理部门不能及时了解路段维护情况和气象数据，为方便路网气象信息及时获取，需要在偏远路段添加气象检测传感器。通常，气象环境变化都伴随着大气压强的变化，因此对偏远地区的气象监测可以有效预知恶劣天气的发生，并随时向过往车辆发布气象信息，并为相关路段的维护提供帮助利用集成STM32F103C8T6低功耗单片机与BC26小封装NB模板，采用电池供电/USB两种供电方式，搭载DC/DC降压电路模块，RS232串口，基本实现气象采集的功能，具体包括：掌握STM32F130C8T6以及BC26芯片的性能以及开发掌握DC-DC等模块原理以及器件选型掌握RS232串口并通过其对BC26的性能进行开发通过DHT11温湿度传感器以及气压模块MPL315A2对当前环境温湿度，气压进行采集利用主控芯片对气象采集数据进行整理，并通过无线通信NB-IOT模块对接ONENET平台代码，将传感器温湿度，气压数据传输到平台端进行显示2.2系统总体设计框架2.2.1系统总体性能分析本文设计的系统通过采用单片机做控制处理器技术以及与NB-IOT无线通信技术相结合，其中作为控制器的单片机采用STM32F103C8T6单片机，组成一个有着较强无线通信能力、采集信息性能有很大提升以及功耗大大降低的便携式无线通信气象采集系统。整个监控系统大致来说可以详细划分四类为由空气温湿度变化传感器,气压变化传感器,PM2.5传感器组合而成的一个自动数据采集处理模块，BC26构成的无线通信模块，STM32F103c8t6构成的主控MCU模块，LED液晶显示屏构成的显示电路,系统总体框图如图2-1所示：2-1系统总体框图2.3系统总体设计方案2.3.1温湿度传感器模块本系统通过使用温湿度传感器的方式来对环境的范围式温度进行数据采集,通过对不同的温湿度传感器进行查看以及验证,dht11温湿度模块是十分满足本设计系统的适应要求。dht11温湿度变化测量数字传感器是一款已在高精度的实验产所进行校准完成测量传感器。该系列产品系统能够同时具备极高的系统工作温度可靠性和优良的长期运行稳定性，可适用于野外或室内复杂环境，它在专门的自动数字控制模块传感采集控制技术和自动温湿度控制传感采集技术有着广泛地应用。湿度精度可达95%，温度偏差+-2℃，湿度量程20-90%RH，温度量程可0℃至50℃。2.3.2PM2.5空气质量监测模块PMS5003采用激光散射原理，对空气中一定直径大小的颗粒物的浓度实现精准监测，是一款可对单位体积内空气中颗粒物浓度分布进行连续采集并计算的高效的数字式通用颗粒物浓度传感器，对空气中颗粒物浓度分布，用微处理器利用米氏算法换算成为质量浓度，并以通用数字接口形式输出数字信号。本传感器可拓展性强，可嵌入各种与空气中悬浮颗粒物浓度相关的仪器仪表或环境改善设备对模块进行功能性拓展。2.3.3气压模块ms5611-01ba03金属封装零三气压精度测量传感设备专用组件-ms5611-01ba零三气压测量传感器组件是由德国meas(瑞士)公司2002年自主研发提供的一款具备SPI和I2C两种总线交换接口的高分辨率封装气压测量传感器,其气压分辨率可精确至10厘米。于移动高度计/气压计系统；户外手表；数据记录器，GPS导航辅助等上有着典型的应用。MS5611-01BA是包括一个高线度压阻传感器和传感器接口组成的集成电路，内置24位AD转换器，内部的128-bit存储器（PROM）中存储为过程变化和温度变化计算的6系数必要补偿值，其存储值（划分成6个系数）用软件来读取并通过程序将其系数值转换成标准气压。MS5611-01BA是由高线性度压力传感器和传感器接口构成的集成电路模块，内置的24位AD转换器可将采集的模拟气压值转换为24位精度的数字值进而输出。MS5611-01BA具有SPI和I2C两种类型的串行接口。接口方式选择为对PS引脚的输出电压进行调整可以选择是否采用I2C或者SPI通讯接口2.3.4NB-IOT&BC26无线通信模块BC26是一款适用于全球频段的高性能、低功耗的基于联发科MT2625芯片平台研发的多频段无线通信控制模块。它只有17,7mm×15,8mm×2,0mm，极大限度地满足了客户对可穿戴或智能手机和紧凑型设备对小模块的需求，可有效地帮助我们的客户减少产品的尺寸,降低了产品的成本。BC26在包装设计方面采用LCC封装与M26系列GSM/GPRS模块和BC28/BC25/bc260y-cn系列nb-物联网模块兼容，便于用户灵活的于2G网络与IOT网络之间的切换BC26模块由Quectelshanghai等公司推出，具有内置的TCP/IP协议。这个模块的主要优点是Netcom的完整功能。无论是中国移动卡、中国联通还是中国电信NB，所有用在物联网上的云计算服务平台,例如阿里云物联网,都已经为中国广大客户在物联网络上的商业应用和技术开发工作提供了很多便利。bc26具有一个非常易于进行市场推广销售的典型CCLMT封装,允许我们能够使用一个标准化的SMT封装设备迅速批量生产该封装模块，为客户提供可靠的连接，并满足复杂环境中应用程序的需求。BC26模块具备三种工作模式，其中,Active模式功耗最高，模块保持工作状态，模块所有功能均可正常可用，可进行数据的发送和接收；此时模块在Active模式下可切换到Idle模式或PSM模式。Idle模式，模块处于浅睡眠状态，此时功耗较低，模块的网络连接，可以接收外界寻呼消息。模块在此模式下可切换至Active或PSM模式。PSM模式下此时模块的功耗极低，当定时器T3412（与周期性更新相关）超时后，模块将从此状态下被唤醒；也可通过PWRKEY和PSM_EINT*从PSM唤醒模块，模块PSM工作状态下只有RTC工作，联网活动处于非连接状态，不可接收寻呼消息，可以极大的延长系统电池的供电时间。2.3.5主控芯片STM32单片机：STM32F103C8T6是整个系统的主要控制器件和核心，用户可任意编程。Coretx-M3内核单片机，主频可达72Mhz，STM32F103C8T6是一款集成电路IC，32位的位宽，64KB的程序存储器容量，芯片供电电压为2V~3.6V，在-40°C~85°C均可正常工作。具有充足的接口资源，具有I2C，ACD,Uart,定时器看门狗等非常适合物联网系统2-SEQ图2-\*ARABIC2STM32引脚图2.3.6ONENET物联网云平台ONENET服务是一个架构定位于PASS的虚拟服务，即在真实物联网虚拟应用与真实虚拟装置之间将其架构结合起来,并且用于搭建一个高效、稳定、安全的虚拟应用服务平台。ONENET可为所有无线设备都可以提供安全稳定的无线数据接入网络服务,可以同时直接支持UDP,MQTT,MODBUS,TCP,HTTP等多种协议。在目前物联网的工程应用系统层面已经完全提供了丰富的API和大量复杂数据流的分发处理功能,以充分能够适应各类不同行业和大型工程系统应用管理系统的技术开发者在发展中的要求,物联网的工程应用系统开发人员不仅可以把开发技术更加多的专注于自己,而且并不是一个非常需要注重开发环境的项目构建和开发设备层的条目管理层,从而大大缩短了整个IOT应用系统开发项目团队组建的工作时间和开发周期,降低了传统企业的研发,降低了项目运营和设备维修的时间成本ONENET物联专网在环境监控，智慧楼宇，智慧都市，智慧环境，消费电子，公共事业，智慧消防，财产追踪等多种领域有着广泛的应用。3系统硬件设计与实现方案健全的硬件系统是整个系统必不可少的骨架，通过硬件与硬件之间的连接与配合为软件的运行提供一个框架。本系统硬件设计主体框架主要包括控芯片模块，传感器数据采集模块以及NB-IOT通信模块和显示模块，各传感器模块电路采集并输出模拟信号，通过主控芯片的ADC接口进行转换，然后输出数字信号，通过UART接口发送给BC26模块。数据封装后通过天线发送到窄带物联网网络，通过LED屏幕显示给用户.什么时候完成什么事，这些工作都是由硬件去完成。整个系统的硬件结构框图如3-1所示：3-1系统硬件结构框图3.1主控模块基本电路系统采用基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器STM32F103C8T6作为主控模块的处理器,该芯片的工作频率为72MHZ。芯片内部有64kb的FLASH,包含ADC、定时器、看门狗定时器等,同时提供了3个USART接口以及2个SPI,多个GPIO口。主控芯片是整个网络的协调器,作为采集数据处理中心电源模块供电用Vcc=3.3V供电，可以通过AMS-1117来转换3-2AMS117稳压芯片电路图二.CPU模块3-3STM32主控芯片电路图调试接口：在系统的开发进程中需对程序性开发和仿真调试，其中对程序开发的过程中，需要下载bin/hex文件，可采用SWD或者JTAG的方式，在高速模式下SWD下载模式比JTAG下载模式更稳定，而且在下载数据量过大时JTAG会出现下载程序失败的情况，与JTAG模式相比SWD模式只需4引脚调试接口大大减少，结构较为简单，实际开发中一般都采用SWD方式。其中的时钟线CLK是用于Jink和芯片的时钟同步，通常情况时钟频率选择为4MHz，但可根据实际情况调整时钟频率。3-4主控芯片调试接口电路图四．复位模块系统复位分为软件复位，看门狗计数终止复位以及硬件按键复位三种。硬件按键复位将STM32芯片NRST引脚置为低电平时复位。因为电容的电压不会突变，所以可采用电容滤波，即有电路中电容C1的作用是消除按键刚刚接触/松开时的电平抖动引发误动作（防止主控芯片因I/O口电平抖动而执行多次复位)。3-5STM32复位模块电路图3.2NB-IOT模块电路目前，NB-IoT芯片厂商主要有高通（Qualcomm）、锐迪科（RDA）、英特尔（Intel）、华为海思和三星联发科等。此系统测试选择了中国上海电信移远电子公司产的bc26模组。该电信模组在其实际工作运行时间和使用频段上分别支持国内最大的无线电信网络运营商中的FDD电信制式等。这个模块最大的优点就是在于全网通功能。不管移动，联通，电信NB卡都通通适用。开启电压为2.1~3.6V左右通常为3.3V，可达23±2dB的发射功率，在PSM模式下，电流低至5μA。该通讯模块通常可以同时提供一个波特率为9600bps的串口，用于AT命令通讯和数据传输，网络通讯模块支持IPv4/IPv6/UDP/CoAP/协议3-6NB&BC26芯片引脚图串口对外接口3-7串口电路图BC26串口电平为1.8V电平而STM32的串口电压为5V/3.3V无法直接跟外部STM32单片机进行通讯，即需要加入双串口电平转换电路将BC26串口信号转换为外部单片机可识别的信号并同时将单片机信号转换为BC26可识别的1.8v。因BC26供电参考电压为3.3V以及STM32串口芯片即有采用TI公司的TXS0108EPWR双向电平转换芯片实现1.8V与3.3V之间的信号匹配。TXS0108EPWR为8位非反向转换器使用两个独立的可配置电源，其8位非反向转换器可实现1.2V、1.8V、2.5V、3.3V和5V电压节点之间的任意低压双向转换，TXS0108EPWR具有A与B两个输入电源引脚端口，其中A端口接受VCCA引脚的电源电压控制。VCCA引脚承压范围为1.2V到3.6V的任意电源电压。B端口跟踪VCCB引脚的输入电源控制。VCCB引脚承压范围为1.65V到5.5V范围内的任意电源电压。3.3本地显示模块电路3-3-8OLED接口电路图使用LED屏用于本地显示传感器采集数据，如温湿度传感器数据，PM2.5传感器采集数据以及MS5611C气压传感器采集数据。3.4温湿度测量电路DHT11数字温湿度传感器是一种已经把数字信号进行校准内部将一个电阻式感湿传感器以及一个NTC测温元件集成于一体的复合型传感器。应用了专用温湿度采集技术和数字模块采集技术的DHT11得以确保了产品具有长期运行的稳定性和超高的稳定性。传感器内的NTC测温元件以及感湿元件与一个高性能的8位单片机相连，所以该产品具有响应快、性价比高、功耗极低、很好的抗干扰能力等特点。所有的DHT11传感器均已在高精度的实验产所进行校准完成。校准系数存储在OTP内存中且以程序的形式。超小的体积以及超低的功耗并且高达20m以上的传输距离，使得它可以被引用在任何苛刻的场合或者环境。温湿度测量电路如图3-9温湿度模块接口电路图3.5PM2.5传感器模块PMS50033.5.1工作原理系统PM2.5采集模块采用PMS5003数字式颗粒物浓度传感器，该传感器基于激光散射原理，基于在某一特定角度收集空气中悬浮颗粒物的激光散射光，采集到散射光强跟随时间的曲线，微处理器利用基于米氏（MIE）理论的算法，计算得出单位体积空气中颗粒物的等效粒径及单位体积内颗粒物浓度。从监测颗粒范围为0.3微米~10微米，传感器各功能部分框图如图3-10PMS5003工作原理图3.5.2，输出结果PMS5003传感器主要输出结果为单位体积空气内各浓度的颗粒物质量和个数，其中颗粒物个数以0.1升为单位体积计算，质量浓度单位为：微克/立方米。PMS5003具有主动输出和被动输出两种输出状态。传感器上电后默认工作状态为主动输出，主动输出模式为PMS5003传感器主动向管理系统的控制用户发送一个串行控制信号,时间持动间隔持续范围一般为200~800ms，空气环境中的悬浮颗粒物和氧含量浓度越高,时间持续间隔也就会变得越小。主动信号输入又一般可以分别划分为平稳输入模型和快捷输入模式两种。在被测空气中各个惰性颗粒物的测量浓度发生变化较小时,传感器将其数据输出转换成平稳更新模型,即每三次更新输出相同的一组浓度测量差据数值,实际每组测量差值数据的每次更新持续周期大约为2s。例如,当吸入空气或水中的惰性颗粒物吸入浓度发生变化很大时,传感器将其中的输出浓度信号自动准确地重新切换到快速更新模式,每次更新输出信号都会自动显示一个新的浓度值,实际上该数据浓度更新的时间周期范围可以简单确定大约为200~800ms。1.接口电路图3-11PMS5003模块接口图3-12PMS5003典型连接图3.6MS5611气压模块MS5611-01BA气压传感器是一款具有SPI和I²C总线双接口的具有极高采集精确度，具有分辨率高达10cm的由MEAS研发推出的新一代气压传感器。由一个高线性度的压力传感器和一个具有工厂校准系数超低功耗的24位Σ模数转换器组成传感器模块，其可提供SPI以及I2C两种不同的操作模式还可在复杂环境条件下采集气压值并将其ADC转化输出精确的24位数字值，并优化了电流损耗实现了超低功耗下的高转换速度。MS5611具备在无需其他传感器辅助的情况下实现高分辨率精确的温度输出使其可以在复杂的情况下实现高度计/温度计功能，而且其可拓展性强可以与几乎任何微控制器连接，内置振荡器无需外接元件通信协议简单，不需要对设备内部寄存器编程。MS5611压力传感器具有体积小集成性高，可移植性好的优点，尺寸仅有5.0毫米×3.0毫米×1.0毫米，可很方便的集成在智能穿戴设备上应用。得益于MEAS多年成熟的设计及规模性制造经验并且采用先进的MEMS技术确保了该传感器具备极低的压力信号之后性能的同时还确保了高稳定性。3-12MS5611应用电路图3.7NBIOT天线接口模块电路的天线接口采用适用于普通的2G天线的SMA接口方式，即可以为模块配备2G天线使用，接入天线接口即可使用。RF天线端口的适配阻抗为50Ω。图3-13天线接口电路图对于天线接口的外围电路设计，天线匹配网络需要注意后级输入阻抗与前级输出阻抗共轭，匹配网络分为L型，T型，Π型三种为了能够更好地调节射频性能，采用预留π型匹配电路，π型匹配电路元件根据电路实际情况选贴，且匹配电路元件。其参考电路图如图3-15，在默认情况下，电容C1，C2无需选贴，只在R1选贴0欧姆电阻方便PCB调试方便以及兼容设计。3-15射频天线参考电路图3.8电源模块电源模块采AMS1117正向低压降稳压芯片。AMS1117在1A电流下压降为1.2V。AMS1117具有固定输出和可调节输出两个版本，其中有其固定输出电压为1％的精度有1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V等七个固定输出版本；固定输出电压为1.2V精度为2%的固定输出版本。AMS1117内部集成低漏失电压，限流功能，过热切断等功能，在掌上电脑与笔记本电脑，移动电话以及充电或供电系统上有着广泛的应用因STM32主控模块工作电压为5v,设计采用3.3V输出即ASM1117-5.0芯片,NB-IOT&BC26模块电源输入电压范围为2.1V~3.63V，即有采用ASM1117-3.3芯片，其应用电路图为。3-14AMS117稳压芯片应用电路图4软件系统设计与实现系统的软件设计主要可以划分为三个组成部分分别为板载装置的软件设计、ONENET云平台部署以及OLED显示软件主流程气象采集系统接通电源后，整个系统会在程序的指挥下对主控模块和所有外围器件的初始化，主要是针对I/O口、LED液晶显示屏、复位电路、时钟电路等的初始化。前面的步骤完成后，温湿度；气压；PM2.5浓度等的状况将依次在LED显示屏显示出来，数据然后经过封装后由天线发送到NB-IoT网络。硬件模块的系统软件设计主要是完成硬件的初始化，注册后接入相应的运营商网络，并定期收集和上报气压，PM2.5以及温湿度等信息，为了直观显示采集数据添加了个LED模块用于显示采集的气象数据。以下本文对以上提到的程序进行介绍。软件设计主流程图如图4-1所示4-1软件流程图4.2硬件初始化：GPIO口初始化本次系统中使用到芯片的多个GPIO口用以驱动系统灯、LED显示以及接收传感器采集的模拟信号输入等。系统应用GPIO口需要对其进行GPIO初始化配置为选用端口与引脚，选择GPIO口输入/输出模式以及输出速率，配置上拉/下拉电阻等。其次串口初始化。该气象采集系统主要采用两个串口分别用于程序调试输出以及另一个作为主控芯片与BC26模组通讯使用。串口配置时需配置为9600bps的波特率，选择是否无硬件数据流控制，选择八位数据格式，停止位选择1位，数据无奇偶校验位。第三，ADC初始化。例如PM2.5传感器PMS5003将采集的空气颗粒物数据即浓度输出为一个0～5V的模拟信号，系统将其模拟值转换解析成与之对应的数字信号后，上报至ONENET平台其采集的气压值以及温湿度值皆如此。该系统采用处理器芯片内置的逐次逼近型ADC转换器，配置为12位精度转换方式，数据右对齐低字节对齐方式，采用单通道单次扫描，使用软件触发转换。4.3注册联网由NB-IoT模组、NB-IoT基站、核心网和IoT平台等组成的NB-IoT网络。其中由运营商提供NB-IoT基站、核心网实现了终端设备对云平台的上报和下发接收信息的功能。NB-IoT模块初始化时需进行注册入网。ms5611传感器节点采集的气压，DH11传感器采集的温湿度，PMS5003传感器采集PM2.5等四个数据需要按照用户自定义的协议进行编码处理并用以AT命令将数据发送至NB-IOT&BC26模组中，数据上行时模组采用HTTP协议将数据封装成http协议包后发送至ONENET平台，IoT平台再将接收到的http协议数据包进行解析和数据存储,数据下行时,IoT平台将下发数据以http协议包发送至NB-IoT模组[13]。皆以AT命令实现整个通信过程中处理器和通信模组的信息交换本系统NB-IOT&BC26模块。AT指令通过HTTP连接ONENET平台发送温湿度；气压；PM2.5等数据。超文本传输协议（HypertextTransferProtocol，HTTP）是互联网中应用最为广泛的一种运行在TCP之上的一个简单的请求-响应协议，同时所有的www皆遵守这标准。因为HTTP是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP）是WWW的核心，HTTP可以在任何其他互联网协议上，或者在其他网络上实现，NBIOT中的BC35、BC26、BC28等模组都支持HTTP协议，代码来看都是先获取数据，然后转成字符串存储到数组变量里面去。然后通过调用BC26的HTTP发送函数将数据远程发送出去。http与服务器建立连接只需要一次，不需要重复多次建立。建立成功之后，发送数据的函数可以不限次数的调用，调用一次发一次数据，服务器端也会进行对应的数据显示。4.4AT指令简介4-2AT指令简介图图4-3终端设备与移动台示意图从上图中可看出终端设备与移动台之间的通信是基于AT指令实现的，通过AT指令来命令和协作的。BC26模块注册入网和通信过程中常用AT命令如下表图4-3AT指令表4.5云平台部署物联网云平台致力于构建“云-网-边-端”式整体架构具备提供设备接入管理和边缘数据分析存储等功能可快速实现产品开发部署，可向各种物联网应用提供服务为物联网项目提供完善的行业解决方案。本系统采用中国移动ONENET作为云平台，使用电信SIM卡进行通讯。该平台是中国移动基于物联网、云计算、大数据等核心技术，以IOT连接管理平台为核心的IOT生态圈。ONENET通过开放API与IOTAgent构建统一开放的IoT联接管理平台，以实现与上下游产品的无缝连接，从而为行业用户提供终端到云端的高价值行业应用产品开发。ONENET云平台开发工作涵盖Profile定义以及编解码插件开发。Profile也称产品模型，用于描述设备具备的能力和特性。用户可通过定义Profile，在物联网平台构建一款设备的抽象模型，使平台理解该款设备支持的服务、属性、命令等信息[13]。本系统创建了一个Smoke服务，该服务下创建了四个属性和一个控制命令。属性分别为“temp”、“humi”“pres”“pm2_5”，控制命令为“Beep”5系统调试与试验结果5.1硬件调试按照本气象采集系统设计要求，本系统整体硬件电路包括OLED液晶显示屏的用以显示气压，PM2.5以及温湿度示数的显示模块，含有数据发送功能的NB-IOT模块，把各种信号变成电路可以识别的数字信号的各类传感器，以及对整体电路起控制作用的主控电路。进行电路的各个模块焊接之前，需要确认元器件型号是否符合设计的系统电路的要求，确认无误后方可进行电路连接/焊接，焊接电路后需确认电路无短路或虚焊等现象以确保电路正确焊接，电路焊接完成后需要对整体电路进行调试。下文为调试的详细说明：（1）各传感探测器本文系统中含有几种完全不一样的传感器，这些传感器能否正常工作是整个系统的前提，这些传感器模块类似于人类的感官系统能够把外界的各种信号转换为电路可识别的模拟值信号所以。系统第一步调试为对传感器进行分别调试测试其是否可正常输出模拟电压值，调试使其最后正确显示相应的采集数据，，最后再整体调试。经过比较严谨的调试之后，每个传感器都可以正常工作，这样才能达到比较实际真实的环境气象数据。温湿度传感器BC26模块OLED模块STM32主控模块电源模块温湿度传感器BC26模块OLED模块STM32主控模块电源模块PM2.5传感器模块PS5003气压模块5-1实物展示图5.2软件调试BC26模块默认单片机代码是下载成USart1透传代码（默认）这个是为了方便单片机作为一个透传模块来将电脑端的数据接收并发给BC26模块。模块收到数据之后，执行指令响应之后返回给单片机，单片机将数据再给电脑进行显示。使用的时需要注意20s不与模块交互数据，模块就直接处于休眠，此时他会让其串口功能关闭。单片机是没法与设备进行通讯的。必须要reset模块才可以让模块工作，这个是BC95与之最大的区别。首先NBIOT的SIM卡需要正确插接到NB模块上，否则无法正常进行测试。NB的SIM卡可以在电信运营商或者其他途径进行购买获取。调试前必须注意所在地区是否已被NB网络覆盖。否则即使有正确为NB模块插接上卡，也无法进行实际调试使用。移动的NB使用普通的手机卡物联网皆可适用。电信的必须是专用的。BC26是全网通，所以任意一个运营商的NB卡都是可以直接使用的。使用官方推荐的QCOM软件进行测试。5-2QCOM软件图流程就是先建立socket，然后去socketnum，利用这个号码去连接服务器并进行数据发送。也支持对连接进行指令断开。AT+QSOC=1,1,1的第二个参数2代表UDP,1代表TCP，根据需要进行设定即可。第一步先建立了socket按照TCP模式，连接的IP和端口是3:80，然后发送4个字节。注意需要按照十六进制字符串的方式进行数据的发送。那当发送成功之后，服务器会自动回复你发的数据，以QSONMI的格式来进行接收。如果说出现了接收数据，表明此时的TCP已经被成功建立并且可以正常的工作。TCP测试的基本流程，首先是建立socket链接，建立成功之后，会返回sokcetnum号码。下面的TCP连接与收发数据都需要使用此号码。所以非常重要。5.3测试结果5.3.1常见问题其实NBIOT网络并不复杂，主要复杂在于目前NB的商用时间较短。所以对于卡方面的使用存在一些注册的问题。调试过程中可能会经常出现CSQ信号没有以及系统无法对数据收发等错误。下面主要将几个重要的问题给梳理一下。1.CSQ值一直显示99。（1）此问题首先要看当地电信网络是否开通，以及你目前拿到的电信NB卡是否已经商用并注册了。这个可以跟当地的电信运营商进行沟通。（2）模块天线是否被正常插着了。需要用户自己手动接好天线。切记天线一定要插！同样也要检查SIM卡是否被插好。卡的方向是芯片朝下缺口朝外。2.服务器问题（1）操作BC26的时候，支持UDP协议，TCP协议。对于用户而言,使用云服务器，并必须要配置安全组,比如配置一个端口888，那么你需要让你的安全组让这个端口支持UDP输入和输出，否则即便代码正确，依旧无法将数据发到云服务器的。5.3.2调试结果（1）系统实物系统所包含的模块有控制功能的STM32主