一种基于NB-IoT通信技术的实验设备的制作方法

本实用新型涉及一种基于nb-iot通信技术的实验设备。

背景技术：

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4g网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、zigbee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为lte的演进型技术，4.5g除了具有高达1gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量m2m连接以及更低时延，将助推高清视频、volte以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。

物联网iot的未来充满想象空间。华为认为，到2025年全球将有1000亿个连接，其中大部分与物联网有关。物联网对连接的要求与传统蜂窝网络有着很大不同，窄带蜂窝物联网nb-iot由此应运而生。

基于蜂窝的窄带物联网narrowbandinternetofthings,nb-iot成为万物互联网络的一个重要分支。nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级。nb-iot具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，nb-iot比现有的网络增益20db，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接的能力，nb-iot一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，nb-iot终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。随着智能城市、大数据时代的来临，无线通信必将实现万物连接。目前已经出现了大量物与物的联接，然而这些联接大多通过蓝牙、wi-fi等短距通信技术承载，但非运营商移动网络。为了满足不同物联网业务需求，根据物联网业务特征和移动通信网络特点，3gpp根据窄带业务应用场景开展了增强移动通信网络功能的技术研究以适应蓬勃发展的物联网业务需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于nb-iot通信技术的实验设备。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于nb-iot通信技术的实验设备，包括nb-iot节点、传感器及响应模块，所述nb-iot节点包括用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板，所述传感器及响应模块与用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板电性连接，所述用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板用于将数据通过云服务器发送给nb-iot本地服务器。

nb-iot节点、传感器及响应模块都采用低功耗的设计。

传感器及响应模块包括加速度传感器模块、光照传感器模块、超声波传感器模块、磁阻传感器模块、温湿度传感器模块、gps模块、蜂鸣器模块。

用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板都包括nb-iot通信模块，所述用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板都通过nb-iot通信模块将数据发送给nb-iot本地服务器。

用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点还包括armcortexm0核的mcu、电源模组、usb接口、纽扣电池插槽，所述usb接口用于数据传输和供电，所述纽扣电池插槽用于装纽扣电池。

用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板还包括armcortexm0核的mcu、电源模块、led灯模组、按键模组、扩展端子、usb端口、电源接口，所述usb端口用于数据传输和供电，所述电源接口用于供电。

本实用新型的有益效果如下：nb-iot节点包括用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板，nb-iot终端节点注重nb-iot协议的开发优化，nb-iot开发板注重nb-iot无线通信技术的应用扩展，因此根据不通的应用侧重点，把实验设备设计成适合科研开发的终端设备模式和适合实验、实训的开发板模式，既满足了科研的需求，又符合教学的应用需要；本实用新型采用低功耗的设计模式，使得本实用新型待机时间长；本实用新型的nb-iot开发板用于将数据直接通过云服务器发送给nb-iot本地服务器，使得系统轻量级，不需要庞大的云端服务以及数据处理，使得该套实验设备更适合于nb-iot通信技术的实验、实训。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为基于nb-iot通信技术的实验设备的系统架构示意图

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于nb-iot通信技术的实验设备，包括nb-iot节点、传感器及响应模块，所述nb-iot节点包括用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4，所述传感器及响应模块与用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4电性连接，所述用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4用于将数据通过云服务器1发送给nb-iot本地服务器2。nb-iot节点、传感器及响应模块都采用低功耗的设计。传感器及响应模块包括加速度传感器模块8、光照传感器模块9、超声波传感器模块10、磁阻传感器模块5、温湿度传感器模块、gps模块6、蜂鸣器模块7。用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4都包括nb-iot通信模块31，所述用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4都通过nb-iot通信模块31将数据发送给nb-iot本地服务器。用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3还包括armcortexm0核的mcu32、电源模组33、usb接口34、纽扣电池插槽35，所述usb接口34用于数据传输和供电，所述纽扣电池插槽35用于装纽扣电池。用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4还包括armcortexm0核的mcu32、电源模块43、led灯模组44、按键模组45、扩展端子46、usb端口47、电源接口48，所述usb端口47用于数据传输和供电，所述电源接口48用于供电。

用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4集成了mcu，并对硬件资源做了接口扩展。开发板通过spi通信接口与加速度传感器模块连接；通过i2c通信接口与温湿度传感和磁阻传感器连接；通过uart通信接口与超声波传感器、gps模块、nb-iot通信模块连接；通过adc模数采样通道与光照传感器连接；通过通用i/o接口与蜂鸣器模块连接，利用高低电平状态控制蜂鸣器的工作状态。传感器模块结合开发板既可以单独使用，也可以多个一起使用。加速度传感器模块支持±2～±8g的加速度值测量；光照传感器模块支持320～730nm可见光波长的光照强度的测量；超声波传感器模块支持20～4500mm的距离测量；磁阻传感器模块支持±8gas的磁场强度测量；gps模块支持位置信息的获取。

nb-iot节点包括用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板，nb-iot终端节点注重nb-iot协议的开发优化，nb-iot开发板注重nb-iot无线通信技术的应用扩展，因此根据不通的应用侧重点，把实验设备设计成适合科研开发的终端设备模式和适合实验、实训的开发板模式，既满足了科研的需求，又符合教学的应用需要；本实用新型采用低功耗的设计模式，使得本实用新型待机时间长；本实用新型的nb-iot开发板用于将数据直接通过云服务器发送给nb-iot本地服务器，使得系统轻量级，不需要庞大的云端服务以及数据处理，使得该套实验设备更适合于nb-iot通信技术的实验、实训。

如图2所示，本实用新型所述的一种基于nb-iot通信技术的实验设备的系统架构示意图。它主要由nb-iot节点、移动通信网络、云服务器、nb-iot本地服务器、web客户端构成。nb-iot节点即是用于nb-iot协议开发的nb-iot终端节点3、用于配合传感器及响应模块使用的nb-iot开发板4，移动通信网络是运营商提供的通信服务，web客户端可以是电脑、手机、平板等通信设备。

nb-iot终端节点，集成了stm32低功耗系列芯片、nb-iot模组等。终端节点支持nb-iot通信协议，支持常用设备通信协议，且对外提供丰富的扩展口，以供对nb-iot协议的验证调试和相应的开发应用。

nb-iot终端节点集成了mcu和nb-iot通信模块，因此该终端节点在有电源供电和下载好嵌入式程序的情况下，即可运行。

nb-iot节点与移动通信网络中的设施基站通过星型拓扑的方式构建无线通信网络，有效通讯距离最远可达15km。nb-iot节点通过配备的传感器模块，采集区域范围内的温湿度、磁场强度、光照强度等感知参数。

nb-iot节点通过无线通信模式，将nb-iot节点上所采集的感知参数上传给移动通信网络中的设施基站，基站通过移动通信网络将nb-iot节点数据传递给云服务器。云服务器通过云服务器端中的云端转发服务器把对应nb-iot节点的数据转发到本地服务器后，再经由nb-iot本地服务器内部的网络服务器、网络控制服务器等服务器处理后存入本地数据库，最终通过web服务器实现外部web客户端的数据访问、查询、控制等应用。

nb-iot本地服务内置了一个wifiap(wifi热点)的硬件设备，实现了wifi网络的扩展，外部的电脑、手机、平板等通信设备通过wifi网络接入该热点，这样通信设备打开web客户端即可实现数据的访问、查询、控制等应用功能。nb-iot本地服务器实现了nb-iot网络的去云端化，即云服务器端中的云端转发服务器把nb-iot节点的数据转发到本地服务器，实现了数据的本地化存储，同时nb-iot本地服务器对外提供基于mqtt的api接口，通过api的调用可以实现定制化的功能。结合本地服务器，不但可以在web客户端查看nb-iot节点的应用数据，还可以在web客户端调用api接口，实现与nb-iot节点的上下行数据交互。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。