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基于NBIOT的楼宇温湿度监控系统及应用该系统的监控方法.pdf

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基于 NBIOT 楼宇 温湿度 监控 系统 应用 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910043824

申请日:

20190117

公开号:

CN109639830A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: H04L29/08;G01D21/02 主分类号: H04L29/08;G01D21/02
申请人: 南京邮电大学
发明人: 吴蒙;汪康
地址: 210003 江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号
优先权:
专利代理机构: 32102 代理人: 姚姣阳
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910043824

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明揭示了一种基于NB?IoT的楼宇温湿度监控系统及应用该系统的监控方法,系统主要包括NB?IoT终端、信息邮局以及人机交互平台三部分,所述NB?IoT终端与所述人机交互平台借助所述信息邮局实现通信连接;所述信息邮局包括NB?IoT核心网络以及物联网开放平台,NB?IoT终?#31169;?#25152;采集到的温湿度数据使用通信协议经过所述NB?IoT核心网络发送至物联网开放平台内,所述物联网开放平台经过解编码再将数据发送至人机交互平台中。本发明通过将多项技术?#26085;?#21512;运用于楼宇温湿度的测量传输中的方式,从技术层面丰富了智能楼宇背景下的测量手段,有效地提升了智能楼宇中温度测量的覆盖范围,保证了测量的准确性和实时性。

权利要求书

1.一种基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于,包括:NB-IoT终端、信息邮局以及人机交互平台三部分,所述NB-IoT终端与所述人机交互平台借助所述信息邮局实现通信连接;所述信息邮局包括NB-IoT核心网络以及物联网开放平台,NB-IoT终?#31169;?#25152;采集到的温湿度数据使用通信协议经过所述NB-IoT核心网络发送至物联网开放平台内,所述物联网开放平台经过解编码再将数据发送至人机交互平台中。 2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述NB-IoT终端包括相互之间电性连接的主控制器、温湿度传感模块、NB-IoT通信模块以及风扇,所述主控制器读取所述温湿度传感模块所采集的楼宇内温湿度数据、对数据进行转码后再通过所述NB-IoT通信模块将数据传输?#20102;?#36848;物联网开放平台中,同时?#37038;?#25152;述联网开放平台下发的指令。 3.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述主控制器为STM32L151C8T6低功耗模块,所述温湿度传感模块为DHT11模块,所述NB-IoT通信模块为BC95-B5通信模块。 4.根据权利要求2所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述主控制器借助AD采集端口与所述温湿度传感模块电性连接,所述主控制器借助连接串口与所述NB-IoT通信模块电性连接,所述主控制器借助所述I/O接口与所述风扇电性连接。 5.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述信息邮局为基于NB-IoT协议的信息传送系统,包括NB-IoT核心网络以及物联网开放平台两部分,所述NB-IoT终端与所述人机交互平台两者借助所述信息邮局完成信息传送;所述物联网开放平台上编写有编解码插件、用于实现所述NB-IoT终端上报数据的解码以及所述人机交互平台下发命令的编码转发。 6.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述通信协议为CoAP通信协议或UDP通信协议。 7.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述人机交互平台为用于实现人机间信息交互、信息处理及信息服务的软?#24067;?#31995;统,所述人机交互平台包含应用服务器及智能移动终端。 8.根据权利要求7所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述应用服务器为?#21697;?#21153;器,所述智能移动终?#23435;?#26234;能手机或平板电脑。 9.根据权利要求7所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,其特征在于:所述信息邮局与所述人机交互平台之间借助HTTP协议实现通信连接,所述应用服务器与所述智能移动终端之间借助HTTP协议实现通信连接。 10.一种使用如权利要求1~9任一所述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统的监控方法,其特征在于,包括如下步骤: S1、系统?#31995;?#21518;,NB-IoT终端开始进行初始化工作; S2、初始化完成后,温湿度传感模块采集楼宇内的温湿度数据并记录,随后完成数据上报; S3、所述NB-IoT终端内的主控制器获取到所述温湿度传感模块采集的温湿度数据后,对温湿度数据进行转换、打包,随后借助所述NB-IoT终端内的NB-IoT通信模块将数据打包发送至物联网开放平台; S4、所述物联网开放平台?#37038;?#21040;上报数据后,通过自定义的编解码插件数据进行解析,解析后的数据推送到人机交互平台的应用服务器中; S5、所述应用服务器编写好后台程序,负责?#37038;?#25152;述NB-IoT终端推送的数据并存入其内部的MySQL数据库中,此时用户可通过人机交互平台中的智能移动终端对上报的数据信息进行查看; S6、用户通过人机交互平台进行操作指令的下发,所述应用服务器调用所述物联网开放平台的下发命令接口将命令数据进行下发; S7、所述物联网开放平台收到下发的命令后,通过自定义的编解码插件进行编码,随后将数据发送?#20102;?#36848;NB-IoT通信模块、并最终送达所述主控制器内,所述主控制器随即对系统内的风扇进行相应操作。

说明书


基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统及应用该系统的监控方法
技术领域


本发明涉及一种温湿度监控系统,具体而言,涉及一种基于NB-IoT的楼宇温湿度
监控系统及应用该系统的监控方法,属于检测技术及通信技术的交叉领域。


背景技术


随着人类社会逐渐步入智能化、信息化时代,作为人们居住和活动主要场所的建
筑物,也需要适应信息化所带来的变化,在这样的时代背景和现实需求下,智能建筑的产生
和发展也已经成为了必然趋势。网络技术、通信技术、视频技术等新技术的发展,使得智能
建筑出现了日新月异的变化。目前,智能建筑正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展,应
该明确的是,绿色、环保、节能是智能建筑发展的主流方向,构造出以人为中心的智能化的
高效家居办公环境是智能建筑发展的终极目标。


近年来,移动互联的大趋势又促使温湿度监控设备需要具备移动通信的属性,把
温湿度监控系统放入应用服务器,通过智能手机访问服务平台能使应用不再受时间和地点
的限制。


NB-IoT (Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)是第三代合作伙伴计
划(3GPP)于2016年6月完成其核心技术标准而实施的新一代物联网通信技术。其构建于蜂
窝网络,消耗的带宽?#25442;?#36229;过 180 kHz,可直接部署于GSM网络、UMTS 网络或者 LTE 网络
中,并且能够实?#21046;交?#21319;级。相比4G网络、ZigBee等短距离通信技术,NB-IoT属于低功耗广
域网,具有大容量、广覆盖、深穿透、?#32479;?#26412;、低功耗等特点,并且由于其免布线的特质,因此
适用于楼宇环境中。?#36865;猓?#20854;信道带宽仅占180kHz,非常适合用于温湿度数据等量小但要求
实时的需求。在移动端,手机APP需要下载安装,为了满足用户逐渐变化的使用需求需要频
繁进行升级更新,从而给用户带来了不好的体验。而如果使用B/S(Browser/Server)架构,
用户?#23435;?#39035;下载安装额外的应用,而?#20063;?#38480;智能手机的操作系统,一切功能升级都能在服
务器?#31169;?#34892;。用户只需使用智能手机通过手机浏览器访问应用服务器登录管理平台,就可
以在平台页面内便捷地实时获取当前楼宇温湿度信息,并且用户可以使用智能手机移动实
时反向控制楼宇内温度。


综上所述,如何在现有技术的基础上提出一种温湿度监控系统及使用该系统的监
控方法,充分利用现有技术的优点、克服其不足,从而实现对楼宇温湿度的有效监测,也就
成为了目前?#30340;?#30740;究人?#24517;?#24453;解决的问题。


发明内容


鉴于现有技术存在上述缺陷,本发明的目的是提出一种基于NB-IoT的楼宇温湿度
监控系统,包括:NB-IoT终端、信息邮局以及人机交互平台三部分,所述NB-IoT终端与所述
人机交互平台借助所述信息邮局实现通信连接;所述信息邮局包括NB-IoT核心网络以及物
联网开放平台,NB-IoT终?#31169;?#25152;采集到的温湿度数据使用通信协议经过所述NB-IoT核心网
络发送至物联网开放平台内,所述物联网开放平台经过解编码再将数据发送至人机交互平
台中。


优选地,所述NB-IoT终端包括相互之间电性连接的主控制器、温湿度传感模块、
NB-IoT通信模块以及风扇,所述主控制器读取所述温湿度传感模块所采集的楼宇内温湿度
数据、对数据进行转码后再通过所述NB-IoT通信模块将数据传输?#20102;?#36848;物联网开放平台
中,同时?#37038;?#25152;述联网开放平台下发的指令。


优选地,所述主控制器为STM32L151C8T6低功耗模块,所述温湿度传感模块为
DHT11模块,所述NB-IoT通信模块为BC95-B5通信模块。


优选地,所述主控制器借助AD采集端口与所述温湿度传感模块电性连接,所述主
控制器借助连接串口与所述NB-IoT通信模块电性连接,所述主控制器借助所述I/O接口与
所述风扇电性连接。


优选地,所述信息邮局为基于NB-IoT协议的信息传送系统,包括NB-IoT核心网络
以及物联网开放平台两部分,所述NB-IoT终端与所述人机交互平台两者借助所述信息邮局
完成信息传送;所述物联网开放平台上编写有编解码插件、用于实现所述NB-IoT终端上报
数据的解码以及所述人机交互平台下发命令的编码转发。


优选地,所述通信协议为CoAP通信协议或UDP通信协议。


优选地,所述人机交互平台为用于实现人机间信息交互、信息处理及信息服务的
软?#24067;?#31995;统,所述人机交互平台包含应用服务器及智能移动终端。


优选地,所述应用服务器为?#21697;?#21153;器,所述智能移动终?#23435;?#26234;能手机或平板电脑。


优选地,所述信息邮局与所述人机交互平台之间借助HTTP协议实现通信连接,所
述应用服务器与所述智能移动终端之间借助HTTP协议实现通信连接。


本发明还揭示了一种使用如上述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统的监控方
法,包括如下步骤:


S1、系统?#31995;?#21518;,NB-IoT终端开始进行初始化工作;


S2、初始化完成后,温湿度传感模块采集楼宇内的温湿度数据并记录,随后完成数据上
报;


S3、所述NB-IoT终端内的主控制器获取到所述温湿度传感模块采集的温湿度数据后,
对温湿度数据进行转换、打包,随后借助所述NB-IoT终端内的NB-IoT通信模块将数据打包
发送至物联网开放平台;


S4、所述物联网开放平台?#37038;?#21040;上报数据后,通过自定义的编解码插件数据进行解析,
解析后的数据推送到人机交互平台的应用服务器中;


S5、所述应用服务器编写好后台程序,负责?#37038;?#25152;述NB-IoT终端推送的数据并存入其
内部的MySQL数据库中,此时用户可通过人机交互平台中的智能移动终端对上报的数据信
息进行查看;


S6、用户通过人机交互平台进行操作指令的下发,所述应用服务器调用所述物联网开
放平台的下发命令接口将命令数据进行下发;


S7、所述物联网开放平台收到下发的命令后,通过自定义的编解码插件进行编码,随后
将数据发送?#20102;?#36848;NB-IoT通信模块、并最终送达所述主控制器内,所述主控制器随即对系
统内的风扇进行相应操作。


与现有技术相比,本发明的优点主要体现在以下几个方面:


本发明通过将智能温湿度传感技术、窄带物联网(NB-IoT)通信技术、计算机网络技术
以及JavaWeb技术?#26085;?#21512;运用于楼宇温湿度的测量传输中的方式,从技术层面丰富了智能
楼宇背景下的测量手段,有效地提升了智能楼宇中温度测量的覆盖范围,保证了测量的准
确性和实时性。


同?#20445;?#26412;发明提高了管理人员的移动性,监测过程不再受到时间和地点的限制,有
效地?#26723;?#20102;管理单位的人力及生产成本,提高了管理质量。


?#36865;猓?#26412;发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考,可以?#28304;宋?#20381;据进行拓
展?#30001;歟?#36816;用于其他关于楼宇监控的技术方案中,具有十分广阔的应用前景。


以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明
技术方案更易于理解、掌握。


附图说明


图1为本发明的系统结构示意图。


具体实施方式


如图1所示,本发明揭示了一种基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统,包括NB-IoT终
端(Ultimate Equipment,UE)、信息邮局(Message Post Office,MPO)以及人机交互平台
(Human-Computer Interaction,HCI)三部分,所述NB-IoT终端与所述人机交互平台借助所
述信息邮局实现通信连接。所述信息邮局包括NB-IoT核心网络以及物联网开放平台,NB-
IoT终?#31169;?#25152;采集到的温湿度数据使用通信协议经过所述NB-IoT核心网络发送至物联网开
放平台内,所述物联网开放平台经过解编码再将数据发送至人机交互平台中。此处所述通
信协议为CoAP通信协议或UDP通信协议。


所述NB-IoT终端包括相互之间电性连接的主控制器、温湿度传感模块、NB-IoT通
信模块以及风扇,所述主控制器读取所述温湿度传感模块所采集的楼宇内温湿度数据、对
数据进行转码,将数据转换为十六进制并打包为“发送数据”的AT指令,后再通过所述NB-
IoT通信模块将数据传输?#20102;?#36848;物联网开放平台中,同时?#37038;?#25152;述联网开放平台下发的指
令。


在本实施例中,所述主控制器为STM32L151C8T6低功耗模块,所述温湿度传感模块
为DHT11模块,所述NB-IoT通信模块为BC95-B5通信模块。


所述主控制器借助AD采集端口与所述温湿度传感模块电性连接,所述主控制器借
助连接串口与所述NB-IoT通信模块电性连接,所述主控制器借助所述I/O接口与所述风扇
电性连接。


所述信息邮局为基于NB-IoT协议的信息传送系统,包括NB-IoT核心网络以及物联
网开放平台两部分,所述NB-IoT终端与所述人机交互平台两者借助所述信息邮局完成信息
传送。所述物联网开放平台上编写有编解码插件、用于实现所述NB-IoT终端上报数据的解
码以及所述人机交互平台下发命令的编码转发。


所述人机交互平台为用于实现人机间信息交互、信息处理及信息服务的软?#24067;?#31995;
统,所述人机交互平台包含应用服务器及智能移动终端。


所述应用服务器为?#21697;?#21153;器,所述智能移动终?#23435;?#26234;能手机或平板电脑。在本实
施例中,所述应用服务器使用华为?#21697;?#21153;器,搭建Tomcat服务器并设计MySQL数据库,使用
JavaEE架构开发温湿度管理平台。在本系统的使用过程中,用户可以通过智能手机的浏览
器访问应用服务器来获取实时的楼宇温湿度信息,并可以使用智能手机远程控?#21697;?#25159;来调
节楼宇的温湿度。


所述信息邮局与所述人机交互平台之间借助HTTP协议实现通信连接,所述应用服
务器与所述智能移动终端之间借助HTTP协议实现通信连接。


本发明还揭示了一种使用上述的基于NB-IoT的楼宇温湿度监控系统的监控方法,
包括如下步骤:


S1、系统?#31995;?#21518;,NB-IoT终端开始进行初始化工作。


包括对主控制器的时钟、串口、?#37038;?#20989;数、GPIO口等驱动的初始化,对温湿度传感
模块初始化,并对NB-IoT通信模块初始化,主要为附着NB-IoT核心网络、配置物联网开放平
台等,当模块成功附着?#20445;?#22522;站会给NB-IoT通信模块分配一个临时的IP地址,以供模块与物
联网开放平台之间进行数据交互。


S2、初始化完成后,温湿度传感模块采集楼宇内的温湿度数据并记录,随后完成数
据上报。


具体而言,初始化完成后,温湿度传感模块开始采集楼宇的温湿度数据并记录,系
统通过主控制器的PA7引脚读取温湿度传感模块采集的温湿度数据:温湿度传感模块的
DATA数据线由上拉电阻R15拉高一直保持高电平。此时温湿度传感模块的DATA引脚处于输
入状态,时刻检测外部信号。将PA7输出低电平,?#19994;?#30005;平时间不小于18ms,然后再将PA7设
置为输入状态。由于存在上拉电阻R15,温湿度传感模块的DATA数据线变为高电平,等待温
湿度传感模块作出应答信号。温湿度传感模块的DATA引脚检测到外部信号有低电平?#20445;?#31561;
待外部信号低电平结束,延迟后温湿度传感模块的DATA引脚处于输出状态,输出80微妙的
低电平作为应答信号,紧接着输出80微秒的高电平通知外设准备?#37038;?#25968;据,主控制器的PA7
此时处于输入状态,检测到I/O有低电平(温湿度传感模块回应信号)后,等待80微秒的高电
平后的数据?#37038;鍘?#30001;温湿度传感模块的DATA引脚输出40位数据,主控制器根据I/O电平的变
化?#37038;?0位数据,位数据“0”的格式为:50微秒的低电平和26-28微秒的高电平,位数据“1”
的格式为:50微秒的低电平加70微秒的高电平。温湿度传感模块的DATA引脚输出40位数据
后,继续输出低电平50微秒后转为输入状态,由于上拉电阻随之变为高电平。至此数据读取
结束,温湿度传感模块内部重测环境温湿度数据,幵始重新记录数据,等待下一次外部信号
的到来。


S3、所述NB-IoT终端内的主控制器获取到所述温湿度传感模块采集的温湿度数据
后,对温湿度数据进行转换、打包,随后借助所述NB-IoT终端内的NB-IoT通信模块将数据打
包发送至物联网开放平台。


主控制器获取到温湿度数据后,先将温湿度数据值转换为十六进制数,再打包成
“发送数据”AT指令的?#22336;?#20018;形式,主控制器将打包后的数据通过串口3的TX引脚PB10发送
给NB-IoT通信模块的RXD?#37038;?#24341;脚,NB-IoT通信模块?#37038;?#21040;AT指令后,根据AT指令将数据通
过CoAP协议发?#36879;?#29289;联网平台。


S4、所述物联网开放平台?#37038;?#21040;上报数据后,通过自定义的编解码插件数据进行
解析,解析后的数据推送到人机交互平台的应用服务器中。


S5、所述应用服务器编写好后台程序,负责?#37038;?#25152;述NB-IoT终端推送的数据并存
入其内部的MySQL数据库中,此时用户可通过人机交互平台中的智能移动终端对上报的数
据信息进行查看。


S6、用户通过人机交互平台进行操作指令的下发,例如在所述智能移动终端的操
作界面?#31995;?#20987;打开风扇按钮等,随后所述应用服务器调用所述物联网开放平台的下发命令
接口将命令数据进行下发。


S7、所述物联网开放平台收到下发的命令后,通过自定义的编解码插件进行编码,
随后将数据发送?#20102;?#36848;NB-IoT通信模块、并最终送达所述主控制器内,所述主控制器随即
对系统内的风扇进行相应操作。


所述物联网开放平台将编码后的数据通过CoAP协议发送至NB-IoT通信模块中,
NB-IoT通信模块收到数据后通过串口发送引脚TXD发送至主控制器串口3的RXD引脚PB11,
串口3设置为中断?#37038;眨?#22312;中断服务函数中将串口3?#37038;?#30340;数据存入缓冲区Buffer数组中,
在主函数中对Buffer缓冲区进行循?#33539;?#21462;,当读取到打开风扇的命令数据后,主控制器控
制PA13 输出高电平,控制与其连接的继电器开关闭合,实现打开风扇。


至此系统完成了数据的上报和命令的下发。


本发明通过将智能温湿度传感技术、窄带物联网(NB-IoT)通信技术、计算机网络
技术以及JavaWeb技术?#26085;?#21512;运用于楼宇温湿度的测量传输中的方式,从技术层面丰富了
智能楼宇背景下的测量手段,有效地提升了智能楼宇中温度测量的覆盖范围,保证了测量
的准确性和实时性。


同?#20445;?#26412;发明提高了管理人员的移动性,监测过程不再受到时间和地点的限制,有
效地?#26723;?#20102;管理单位的人力及生产成本,提高了管理质量。


?#36865;猓?#26412;发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考,可以?#28304;宋?#20381;据进行拓
展?#30001;歟?#36816;用于其他关于楼宇监控的技术方案中,具有十分广阔的应用前景。


综上所述,本发明结构简单、实用方便、功耗低,有很高的使用及推广价值。


对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的?#38468;冢?#32780;且在
不背离本发明的精神和基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论
从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。


?#36865;猓?#24212;当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案,说明书的这?#20013;?#36848;方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案?#37096;?#20197;经?#23454;?#32452;合,形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。


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