基于GD32E231和NB IOT通讯模块设计NB Iot小型气象站

ttkx

基于GD32E231和NB IOT通讯模块设计NB Iot小型气象站 [复制链接]

最近时间比较紧，仅仅搭建了Demo，测试程序整理后在上传。

lightxixi

楼主，距离大赛作品提交不到10天了，是时候提交作品了

ttkx

本帖最后由 ttkx 于 2019-6-18 13:29 编辑

基于GD32E231C的NB IoT 小型气象台设计

项目背景和概述

智慧农业是物联网技术在现代农业领域的应用，主要有监控功能系统、监测功能系统、实时图像与视频监控功能。对于电信运营商而言，智慧农业，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生连接，远远超过人与人之间的通信需求。NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。本文基于GD3232231低功耗MCU和移动物联的NB模块M5311设计了小型的气象台，该气象台包括光照强度，大气温度，湿度，PM2.5，大气压力和二氧化碳浓度等气象参数。由于各个传感器使用RS485总线，方便后续扩展雨量，风速，土壤温湿度等农业需要的气象参数。

系统框图

图 1 NB IOT小型气象站系统框图

硬件框图

图 2硬件框图

该方案主要是利用一次电池供电，因此对功耗要求比较严格，该方案中利用GD32的超低功耗特点。系统初始化后进入休眠，每隔1个小时唤醒一次，唤醒后给485传感器网络上电，同时利用AT指令让NB模块M5311推出PSM模式进入active模式。然后采集各个传感器数据后关闭传感器网络的电源。通过NB IOT上报百叶箱的大气温度，湿度，PM2.5和二氧化碳浓度等气象参数后利用AT指令让NB IOT模块进入PSM模式，系统再次进入休眠。软件的流程图如下所示：

图 3系统工作流程图

项目的Demo实物图如下:

GD32E231C开发板（白色），UART转RS485板（红色），NB IOT模块M3511，NB天线

百叶窗传感器（五合一，包括温度，湿度，光照，PM2.5，二氧化碳浓度）

云端服务器数据监控界面:

一些关键点的总结和说明:

GD32E231C的功耗问题

方案中尝试两种方式来降低功耗，一种是让NB模块进入PSM低功耗模式，利用服务器端指令唤醒，用振铃的方式（外部中断）唤醒GD32E231C，但是利用AT指令设置完后，服务器发送数据后，振铃功能好像不起作用，这点和GPRS模块有些不同。第一种方法失败。第二种是GD32E231C进入待机状态，利用RTC定时唤醒然后激活M5311从PSM模式进入ACTIVE模式。目前看待机模式功耗最低。

NB模块M3351的控制问题总结

M3351总体上和GPRS模块控制相似，都是利用AT指令设置和发送数据，但是M3351目前只是能支持UDP协议，M3351A支持UDP和TCPIP协议，目前发现UDP协议会有丢包问题，在协议层需要考虑容错和缓存部分数据。

调试问题总结：
1. 由于GD32E231C只有两个串口，一个用于NB模块的通讯，一个用于采集传感器采集的RS485。没办法只能把debug口挂在RS485网络上，RS485是一主多从，所以debug口只做监听数据。
2. 低功耗调试起来比较麻烦，没有可以参考的例程，按照手册上的描述勉强可以工作，后续还需要继续优化和调试。
3. NB网络的信号目前还不是很好，特别是覆盖问题。而且目前移动只对公办理开卡业务，个人无法办理。