基于NB-IoT和蓝牙技术的智能门控系统设计.docx

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基于NB-IoT和蓝牙技术的智能门控系统设计

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晋玉剑吴昌张俊强李长磊韩亭亭

摘要

本文介绍了基于NB-IoT信号传输和近场蓝牙BLE技术相结合的智能门控系统，通过智能监控器及传感器组，实时监测门和锁具的状态、箱体内部温湿度、倾斜、震动、等状态，监测控制器电量信息，并通过NB-IoT模组将状态数据实时上传至物联网监控平台。本文对系统架构和硬件电路设计、监控平台软件功能等做出详细的介绍，该系统优势在于功耗低、实用性强，为行业用户提供智能便捷的技术服务。

关键词

物联网;NB-IoT;蓝牙BLE;智能监控;低功耗

中图分类号：TS914.211.7;TN925?????文献标识码：A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.014

0引言

随着电子信息技术的飞速发展，物联网技术提升到国家战略高度，研发和应用进程加速并不断取得实质性进展。物联网核心技术包括传感测试技术、网络通信技术、云计算等，具有广域覆盖、大容量、超低功耗和低成本等特点，目前在远程监控、共享经济、智慧产业等行业得到了日益广泛的应用。NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄带物联网）在覆盖距离、功耗、成本、接入数量等性能上明显优于4G、5G、NFC、ZigBee、蓝牙、Wifi/WAPI等其它技术，可以实现真正的万物互联，具有更加广阔的应用前景。

在传统的电力行业和通信行业等应用场景，很多设备箱体位于室外，且距离较远，其状态监测和维护主要依赖于传统的人工巡查和处置，资产安全和管理维护效率难以保障。在仪器控制和资产管理向着智能化、远程化方向发展，本文提供了远程NB-IoT广域网通信技术和近场蓝牙BLE5.0技术相结合的智能监控系统方案，为客户提供更加智能和便捷的服务及技术支持[1]。

1系统架构

本文主要介绍智能门控系统设计方案，系统包含传感器组、智能监控器、电子锁、电源模块等硬件模块，以及物联网监控平台软件和蓝牙手机APP应用软件。系统架构如图1所示。

该系统通过门磁行程开关、温湿度、倾斜、震动、水浸传感器，实时监测门和锁具的状态、箱体内部温湿度、倾斜、震动、等状态，可以监测控制器电量信息，并通过NB-IoT模组将状态数据实时上传至物联网监控平台。蓝牙手机APP通过平台授权后，与监控器内部的蓝牙模块配对，可以近距离控制打开电子锁具，也可以通过平台远程控制开锁。当出现非法开门、箱体倾斜、水浸、供电电量过低等异常状态时，物联网平台发出报警信息并通过蓝牙手机APP客户端通知相关人员进行维护[2]。

该系统主要定位服务于室内外箱体和门的监控管理，用以解决光交箱、电力柜、保险柜、安全门、设备间等系统管理和维护的不便。潜在用户包括：中国移动、中国电信、中国联通各大通信运营公司、国家电网公司、银行、建筑、制造厂商等，相比于传统的机械锁具，该系统优势显而易见：状态实时监控，远程授权开锁，异常状态报警，以上功能可以切实地解决行业痛点，满足用户需求，实现更加智能和便捷的维护管理。与目前市场上的同类产品相比，本系统功能更加完善，且待机实际长，实用性更强[3]。

2系统设计

2.1智能监控器硬件电路设计

智能监控器硬件电路根据功能划分，分为MCU控制电路、NB模组、蓝牙模块等，实现开关、温湿度、有无倾斜、水浸及电量信息等状态检测，同时将以上信息上传至管理平台，实现状态信息的实时监测和远程控制。各选模块选型和设计重点关注功耗指标，以满足现场超长待机的需求。

2.1.1MCU主控模块

该系统MCU选用STM32L151CBT6A，供电电压为DC+1.65V～+3.6V。该芯片属于Contex-M3超低功耗系列，睡眠状态功耗低至0.28uA，唤醒时间小于8us，满足该系统性能要求，延长系统工作时间，减少后期维护成本。芯片FLASH为128kb，RAM为32kb，具有SUB2.0、SUART、SPI、I2C等通信资源，满足数据传输需求。电路原理图如图2所示。

MCU采用外部16MHz晶振作为系统时钟，采用外部32.768KHz晶振作为RTC实时时钟，在系统掉电时可以保持备份寄存器数据和系统时间等。

MCU连接门磁、门锁开关可以实时监测门和锁具的状态，判断是否存在非法开门、误开门和长时间不闭合等问题。连接温湿度、倾斜、水浸传感器，监控箱体内部温湿度、倾斜等状态。接入供电电压用于指示控制器电量信息。当以上状态存在异常时，MCU控制发出报警提示。

MCU外接三种颜色的LED指示灯，指示系统的供电及工作状态是否正常。

该系统选用容量为8KⅩ8Bits的FRAM芯片MB85RC64，通过I2C与MCU进行通信，存储监控器传感器组测到的状态信息和其它异常记录等。

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