一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置的制作方法

本实用新型涉及农业物联网技术领域，具体是一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置。

背景技术：

农业物联网，即通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中的物联网，在农业物联网中涉及计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段的促进资源节约型高效设施农业技术。运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光照度传感器、CO2传感器等设备，来控制农业大棚内的各项指标和各种营养元素配方，以创造出适合作物生长的最佳环境。如何能够准确、稳定、方便，节能的得到这些环境信息就成为关键，随着无线传感网络的发展，它为农业大棚中的传感环节提供解决方案。目前出现了应用NB-IOT技术的农业物联网，但是一个农业物联网系统必不可少包含多个传感器，部署到不同位置，如果都采用NB-IOT技术接入网络，则复杂，并且成本高；使用Wi-Fi模块传输到远程终端，设备端依赖于internet网络。

中国专利CN201821147709公开了一种基于NB-IOT的智慧农业物联网，该物联网使用ZigBee和NB-IOT组网的农业物联网，使用多层网络，不同传感器的组网复杂，接口固定且较少。

中国专利CN201820941733公开了一种农业物联网数据采集原件整理装置，该装置使用优化纯机械和人工记录方式，数据庞大不易操作，和控制设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置，该装置的NB-IOT传输入网简单，成本低，Wi-Fi网络无需依托internet网。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置，包括MCU主控模块、显示模块、接口模块、电源模块、通信模块，MCU主控模块分别与显示模块、接口模块、电源模块、通信模块连接，通信模块还与云端服务器连接，云端服务器还与终端设备连接，接口模块还与传感器或控制设备连接；

所述的通信模块，包括Wi-Fi模组和NB-IOT模组，Wi-Fi模组和NB-IOT模组分别与MCU主控模块连接；NB-IOT模组与云端服务器连接；

所述的接口模块，包括I2C串口、串行接口、单总线、普通IO口和PWM接口，I2C串口、串行接口、单总线、普通IO口和PWM接口分别与MCU主控模块连接。

所述的MCU主控模块，为STM32L476RCT6系列低功耗32位微控器。

所述的显示模块，为spi接口的lcd_ili9341系列液晶显示屏。

所述的电源模块，是基于IC4056芯片的电源，包括依次连接的充电电路、充电电池、电源输出电路，电源输出电路即充电电池给整个装备供电。

所述的Wi-Fi模组，为ESP8266型Wi-Fi模组。

所述的NB-IOT模组，为BC95-B5型NB-IOT模组。

1、本实用新型提供的一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置，突破了单一NB-IOT传输入网复杂，成本高的，单一无线传输模块数据传到云端对Internet网络有较强依赖的问题。使用了Wi-Fi和NB-IOT网络混合传输的模式，各采集控制节点的Wi-Fi模组连入汇聚节点的Wi-Fi模组发出的Wi-Fi网络，将采集的数据发给汇聚节点，汇聚节点通过NB-IOT模组集中把数据传到云端，云端可以转发给终端设备，命令下发方向相反，终端设备发出指令传给云端，云端转发到汇聚节点的NB-IOT模组，经MCU处理通过Wi-Fi模组，下发到采集控制节点。使的设备不依靠Internet网络，使用较少的NB-IOT模组避免入网的复杂性并减低成本。

2、本实用新型采集控制节点提供了多种接口，接入各种传感器的能力强，避免了单一接口为选择传感器带来困难。

3、本实用新型使用STM32L476单片机为控制核心，该芯片为低功耗芯片，为农业物联网节点降低功耗提供了方案。

本实用新型的有益效果在于：本申请基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置，结合低功耗广覆盖的NB-IOT技术和近距离复杂度低的Wi-Fi技术, 再采用多种无线传感器来实现土壤环境、温室环境和气象环境数据采集和传输，并能通过普通输入输出IO口控制继电器控制可接入的水泵，风扇，遮光卷帘电机，植物生长灯设备，达到改善作物生存环境的效果。

附图说明

图1为本实用新型的基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例中基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置（采集控制节点）流程图；

图3为本实用新型实施例中基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置（汇聚节点）流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示，一种基于NB-IOT的物联网数据采集控制一体化装置，包括MCU主控模块、显示模块、接口模块、电源模块、通信模块，MCU主控模块分别与显示模块、接口模块、电源模块、通信模块连接，通信模块还与云端服务器连接，云端服务器还与终端设备连接，接口模块还与传感器或控制设备连接；

所述的通信模块，包括Wi-Fi模组和NB-IOT模组，Wi-Fi模组和NB-IOT模组分别与MCU主控模块连接；NB-IOT模组与云端服务器连接；

所述的接口模块，包括I2C串口、串行接口、单总线、普通IO口和PWM接口，I2C串口、串行接口、单总线、普通IO口和PWM接口分别与MCU主控模块连接。

MCU主控模块型号为STM32L476RCT6；显示模块为lcd_ili9341系列真彩LCD；电源模块核心芯片为IC4056芯片，输入5v2A直流电源负责给电源充电；通信模块，设备作为采集控制节点时只用Wifi模组，设备作为汇聚节点时用NB-IoT模组型号为BC95-B5和Wifi模组核心芯片为ESP8266。普通的IO口可以控制继电器， I2C接口分别接入传感器为光照传感器，二氧化碳传感器，土壤温湿度；IO口通过继电器1、2和3接INT1、INT2和INT3，分别接水泵，风扇和植物生长灯，通过串口接氧气传感器，通过为PWM接口接卷帘电机。

详细工作流程，该设备为采集控制节点上电后，打开电源后电源模块的充电电池通过输出电路为MCU、显示模块、通信模组和多种接口组成进行供电。MCU开始工作，首先初始化接入各接口的传感器，各传感器开始采集光照、二氧化碳浓度，土壤温湿度，氧气浓度等数据存储在变量中，MCU分析获得的数据如果光照过高控制卷帘电机减少光的射入，光照过弱，通过继电器3控制植物生长灯提高光照度，若氧气过高二氧化碳过低，则通过继电器2控制风扇通风换气，若土壤湿度过低，通过继电器1控制水泵进行灌溉。然后每3秒通过Wifi网络将数据传给汇聚节点。该设备为汇聚节点上电后，打开电源后电源模块的充电电池通过输出电路为MCU、显示模块、通信模组进行供电。MCU开始工作，首先初始化NB-IoT和Wifi模组，让Wifi模组工作在AP和SERVER模式，使采集控制节点接入，接收采集控制节点的数据进行打包数据转换通过NB-IoT模组将数据传到云端，移动设备可以云端接收显示采集的数据，也可以通过云端下发控制命令对水泵，风扇，遮光卷帘电机，植物生长灯进行控制。命令通过云端下发到NB-IoT模组，MCU对命令分类传给采集节点。采集节点通过中断接收到命令，进行解析和执行，达到智能控制和人工干预相结合。本实施例中使用的软件的主程序的流程图如图2、图3所示。