摘 要

降雨情况和水质好坏一直以来都和人们的生活有着密不可分的关系，降雨量的监测和水质情况的分析都是农业与工业中不可或缺的一环。因此，一个可以实时监控并反馈这类信息的系统在帮助人们及时了解水质情况与避免损失方面都有很重要的作用。本文提出了一种雨水数据采集传输基于窄带物联网（NB-IoT）的系统，具有速度快，覆盖广，功耗低的优点。雨水数据采集与传输由数据采集模块，NB-IoT无线传输模块组成。在该系统中，ISCO 6712便携式采样器通过串口将采样信息发送给控制板，通过UART串口与NB-IOT模块对接。并通过AT指令进行初始化NB-IoT模块的设置并联网，可以将来自控制板的实时数据信息上传到云服务平台，用户登录云平台查看所采集的数据。

关键词:ISCO6712便携式采样器 NB-IoT模块 云平台 数据传输

Design of data acquisition and transmission system

for rainwater sampling equipment

Abstract

Rainfall and water quality have a close connection with people's quality of life. Rainfall monitoring and water quality analysis are an integral part of agriculture and industry. a system that monitors and feeds back this information in real time is important in helping people understand water quality and avoiding losses. This paper proposes a rainwater data acquisition and transmission system based on narrowband Internet of Things (NB-IoT), which has the advantages of high speed, wide coverage and low power consumption. The collection and transmission of the information of rainwater consists of a transmit data module and a NB-IoT module. In this system, the ISCO 6712 portable sampler sends the sampling information to the control board through the serial port, and interfaces with the NB-IOT module through the UART serial port. The AT command is used to initialize the NB-IoT module and networked. The real-time data information from the control panel can be uploaded to the cloud service platform, and the user logs in to the cloud platform to view the collected data.

Key words: ISCO6712 portable sampler; NB-IOT; Cloud platform; Data Transmission

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外研究现状及分析 1

1.2.1 水质监测现状及发展趋势分析 1

1.2.2 NB-IoT技术现状及趋势分析 2

1.3 本论文主要工作和章节安排 2

第二章 相关技术概述及方案选择 4

2.1 串口通讯协议 4

2.2 NB-IoT技术 5

2.3 NB-IoT CoAP透传模式 6

2.4本章小结 8

第三章 系统硬件设计 9

3.1 硬件结构设计 9

3.2 主控模块 9

3.3 ISCO 6712采样器 13

3.4 NB-IOT无线模块 16

3.5 本章小结 19

第四章 系统软件设计 20

4.1主程序设计 20

4.2 子模块程序设计 21

4.2.1 中断函数 21

4.2.2 采样器模块程序 23

4.2.3 NB-IOT模块初始化函数 24

4.3本章小结 26

第五章 测试和分析 27

5.1 功能测试 27

5.1.1数据采集功能测试与分析 27

5.1.2 无线通信网络测试 29

5.1.3 云平台功能测试 29

5.2 存在问题及解决途径 31

结 语 33

参考文献 34

致 谢 36

第一章 绪论

1.1 选题背景

一直以来，水污染、水资源短缺问题已成为全世界人类共同关注的话题。我国是人口大国，淡水需求量大，对水资源的污染浪费也很大。因此，将雨水这一重要的水资源进行采集分析进而实现数据传输已成为重要的新兴课题。

物联网正蓬勃发展，据估算，2017年物联网设备数量达到了84亿，比2016年的64亿增长了31％，2019年全球连接数将突破120亿^[1]。万物互联是历史所趋，是发展的必然。物联网，是互联网的一部分，随着社会的进步和科学技术的发展，物与物之间的连接成为了现实，智能系统在家居，交通，农业等领域的应用充分展示了物联网的优越性，物联网技术已和我们密不可分。物联网改变了我们的生活方式，给我们的学习，工作，休闲带来了极大的便利。

物联网中的一大热门就是NB-IoT(窄带蜂窝物联网)。一直以来，物联网行业像碎片一样分散，终端、芯片、平台路径不一。随着NB-IoT市场的来临，华为、阿里巴巴等商业巨头纷纷加入NB-IoT阵营，物联网市场将走向统一。NB-IoT是一种新的物联网技术，它的功耗和成本都比以前的技术实现了大幅的降低，它还具有海量连接的优势，这也加快推进了市场的投用。NB-IoT 可以应用于多种行业，如教育、银行、城市基础设施建设、农业、快递行业等。

因此，将NB-IoT技术应用到雨水采样数据的传输，使雨水数据的传输达到低功耗、低成本、速率快的目的。

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 水质监测现状及发展趋势分析

随着城市化和工业化的推进，人民生活和国家经济发展对水资源的需求逐渐加大。虽然我国地大物博，但因人口众多，水资源分布不均匀，地下水超采严重，导致水资源匮乏，人均淡水资源短缺;另一方面各种工业废水和生活废水随意排放导致水污染严重，随着全球变暖，雨水也成为一个不可控因素，目前我国水环境状况比较严峻。在众多的江河湖泊中，水质较好的仅有珠江、长江，而其他河流水质较差，海河污染尤为严重。水是生命的源泉，如果人类长时间饮用受污染的水，无疑是对生命的一种威胁，为保障我国居民、企业用水安全，水质分析仪市场和水质监测行业也迅速发展。

全国各地江河湖泊的水质监测和大量工厂排放为水质分析带来了机遇和挑战，目前水质分析仪在我国主要应用于自来水行业、石油化工行业、制药行业、水产养殖行业、城市污水处理行业。

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