嵌入式之NB-IoT开发与应用01【移动通信网络发展概述、NB-IoT应用案例、物联网生态系统-解决方案、智慧消防项目需求分析及系统设计】-程序员宅基地

Narrow Band Internet of Things, NB-IoT（窄带物联网）无线通信技术

蜂窝网络假设在蜂窝网络（2G、3G、4G...）上，考运行商运营。

关键特性

低功耗

低成本

远距离 一个基站就可以实现一个城市的覆盖

大连接 一个基站可以实现将近50万个NB-IoT节点

NB-IoT能够干什么？

远程抄表

共享单车 摩拜单车与电信合作，实现NB-IoT

宠物跟踪

无人售货 扫码、联网、取货传输模块、NB-IoT传输模块

智能路灯 检测、管理、维护 NB-IoT远程传输、检测

智能物流 物流车跟踪、定位、物流信息采集

环境监测 室内、室外、农业、工业环境信息检测

通过3点，详细介绍NB-IoT技术：

移动通信网络发展概述 NB-IoT属于蜂窝网络

NB-IoT应用案例

NB-IoT技术实践开发课程介绍

1、移动通信网络发展概述

移动通信网络-1G

移动通信网络-1G：1G主要提供语音服务，典型业务就是语音通话。

移动通信网络-2G

移动通信网络-2G：2G主要提供语音和速率的数据服务，典型业务就是语音、短信、彩信（实现全球连接、小游戏）。

2G 主网架构图：无法实现数据交换。

PSTN：公共交换电话网络

MSC：移动交换中心 基站核心网络控制器，实现外部语音交换系统。

BSS：移动基站子系统

BSC：基站控制器，实现基站之间的组网、管理。

BTS：2G基站收发台 BTS基站

MS：2G移动终端 移动终端（手机）与 BTS 通信。

实现数据交换

SGSN：GPRS服务支持节点

GGSN：网关GPRS支持节点

在原有语音系统上，增加了SGSN、GGSN。

从BSC中获取射频数据，通过SGSN实现数据交换，这种数据不能与公网(IP)进行交互。

移动通信网络-3G

移动通信网络-3G：3G主要提供语音和相对快速的数据服务，典型业务就是语音、数据流量（看视频、视频通话）。

3G技术网络框架

RNS：无线网络子系统

RNC：无线网络控制器

Node B：3G基站收发台

UE：3G移动终端

在2G的基础上，架设3G的接收基站。

移动通信网络-4G

移动通信网络-4G：4G可提供更快速的数据服务，典型业务是高清视频传输、云端游戏。

4G网络架构

MME：移动管理服务

eNode B：4G基站收发台

移动通信网络-5G

移动通信网络-5G：5G

LTE：4G标准。高速5G：快速处理---自动驾驶、人工智能等大数据量处理。

4G：人与人互联；5G：物与物互联、万物互联

移动通信网络总结

NB-IoT发展历程

2、NB-IoT应用案例

2.1、NB-IoT智慧水务解决方案

终端可以进行一系列环境信息的采集（水位、水质、管网检测、智能抄表），通过NB-IoT技术传输到云端，

云端提供接口给智慧水务系统的应用。

2.2、NB-IoT智慧燃气解决方案

在燃气中，植入NB-IoT摩阻，实时定位燃气使用数据；植入燃气泄漏传感器。

2.3、NB-IoT智慧烟感解决方案

NB-IoT模块：远程检测、管理、实时。

2.4、NB-IoT智慧冷链解决方案

智慧物流：每个物流车中，植入NB-IoT摩阻，摩阻中植入传感器检测环境信息（温度、湿度）是否符合医药、血液运输的环境。

出现问题，实时解决，保证物资的质量。全程跟踪，高效运输--------NB-IoT云端传输

2.5、NB-IoT智能停车解决方案

在每个车位中装车位摩阻，检测车位信息。通过云端app实时定位空车位的位置信息 -> 导航 -> 节约时间，提高效率。

2.6、NB-IoT智慧家电解决方案

管理用电能耗。（云平台算法）用电设备检测维护。

2.7、NB-IoT智能门锁解决方案

不需要前台办理手续... 大都市，共享公寓...

2.8、NB-IoT智能路灯解决方案

在每个路灯中，植入摩阻 --> 路灯好坏、能耗，云端实时检测、维护

大量路灯 --> 节约很多很多钱

3、NB-IoT技术实践开发课程介绍

5天的课程

3.1、课程面向人群

3.2、课程学习收益

熟悉基于NB-IoT物联网行业解决方案并具备行业应用能力

掌握NB-IoT硬件平台设计及开发环境搭建

掌握NB-IoT硬件驱动开发及无线通信设计

掌握传感器设计与开发（可燃气体、火焰传感器、人体红外传感器、继电器控制等）

快速积累多个物联网行业项目开发经验

P2 2.01-02 NB-IoT物联网行业解决方案(P2)

第1天课程

学习目标

NB-IoT发展

NB-IoT物联网生态系统

NB-IoT物联网行业解决方案

1、NB-IoT发展

第一阶段 LTE-M：主要解决终端设备低成本、低功耗的问题，并且能够与LTE的网络共同部署。【英国沃丰达 + 中国华为】

2、NB-IoT物联网生态系统

NB-IoT生态系统分为 3层（芯片模组终端厂商、运营商集成方案、垂直...）。

生态链快速构建，将成为全球主流技术和产业生态

芯片模组终端厂商：国内外团队华为、中兴...

运营商集成方案：联通、电信、移动课程采用电信的解决方案

运营商：NB-IoT网络部署、大数据应用、业务管理

3、NB-IoT物联网行业解决方案

NB-IOT智能抄表 安装位置：井盖、下水道，4G网络难以覆盖

传统的GPRS、短距离无线通讯，满足不了现在的要求 -> 引进NB-IoT技术。

NB-IoT智能水务系统：在水表中植入模组，模组与基站进行通讯，通过NB-IoT控制器(核心网络) 传输到 NB-IoT服务平台。

--> 用户、抄表人员，可通过app实时抄表、预警判断。

智能气表、水表、燃表...

智能停车

在地磁模块植入NB模块 -> 直接连接公网（少了网关，减少网络复杂度）

宠物跟踪

动物、老人、小孩---定位、跟踪植入NB模块，实时监控

其他应用

自行车、拉杆箱定位

水箱：水质检测

垃圾箱：智能分类、分拣

3.01-03 NB-IoT物联网智慧消防项目需求分析及系统设计(P3)

智慧消防项目系统设计

为什么选择NB-IoT？

19人死亡，8人受伤

200万北漂被疏解

智慧消防应用场景

文物馆、古寨村、文物市场

城中村、商业街

医院、养老院、护理中心（使用的器械，比较贵 --> 24h在线监测）

消防联网：消防物联网系统，每个区域都有消防局，消防局部署消防物联网系统 -> 实时调度，全局掌控

加油站、石油化工厂、发电站

高层住宅：各式传感器

1、智慧消防项目系统设计

智慧消防管理系统 系统框架

终端：电器防火装置的开发... 通过NB网络，连接到云平台上

智慧消防系统连接图

硬件：电弧检测装置、电气火灾检测装置、无线终端(连接xxx传感器---无线烟感传感器、消防栓-水压传感器、监控-摄像头、燃气传感器)

2、为什么选择NB-IoT？

运行商运营：NB-IoT不需要考虑网络运营维护成本。LoRa、sigfox：需要自己进行网络运营、维护。

终端发送数据包到基站 NB：重发机制

NB模块长期处于PSM模式，不需要进行电路沟通，长期低功耗状态。

Tx(23dBm)：200mW 发送功率在23dBm时，200毫瓦

Rx：接收

idle：空闲

下行数据缓存：当终端处于PSM模式时，收不到下行xxx，网关、服务器可以进行缓存，恢复接受模式，接收xxx。

4.01-04 NB-IoT课程硬件平台介绍及使用(P4)

NB-IoT 模组的选择

MCU 控制器执行算法、功能开发

传感器

硬件平台

1、NB-IoT模组的选择

1.1、NB-IoT模块选型（利尔达无线模块）

900MHz：移动公司、850MHz：电信公司（课程使用）

选择Lierda的原因：尺寸兼容开发板。

1.2、NB-IoT模块参数

Output Power：输出功率

2、MCU

2.1、MCU选型

2.2、MCU性能参数

3、传感器选型

3.1、LoRa硬件平台介绍-传感器

人体红外传感器：主要用于检测人体（自动闸门机、自动门铃）人体接触，即可控制设备。

可燃气体传感器：实时监测燃气是否漏气、检测有害气体。

火焰传感器：检测是否有火情。

继电器控制：发生火情后，通过传感器控制风机换风、打开消火栓、灭火器。

4、硬件平台

4.1、NB-IoT硬件平台介绍-开发板

1.4寸LCD屏：人机交互显示

核心板：包含MCU、NB模组

底板：接口丰富，底板中间可以对接n种传感器。串口做成USB模式，通过电脑进行连接、通讯。底部有锂电池：脱离供电。

4.2、如何开发？

STLink：调试仿真器软件：MDK-Keil5（集成环境开发-C代码）、STM32CubeMX（快速工程搭建）

P5 5.01-05 NB-IoT物联网智慧消防项目展示(P5)

电信云平台

传感器数据采集上传

继电器控制命令下发

1、电信云平台

2、传感器数据采集上传

传感器采集上传

3、继电器控制命令下发

继电器控制下发

P6 6.02-01 STM32CubMx安装及使用(P6)

1、STM32CubMx介绍

快速生成STM32代码的软件。

https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html

2、STM32CubMx安装

基于Java开发

安装软件，一般使用“管理员身份”，避免重复操作。

P7 7.02-02 Keil5安装及使用(P7)

Keil介绍

Keil安装

Keil使用

1、Keil介绍

2、Keil安装

设备包安装

STLink驱动安装

3、Keil使用

源码编译

工程配置

软件仿真

本文链接：https://blog.csdn.net/weixin_44949135/article/details/107583201

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