[12]。總而言之，使用固態函數庫可以大大減少用戶的程序編寫時間，從而對減少開發投入，體系結構圖如圖4-1所示。圖4-1體系結構圖4.2數據模塊處理設計基于NB-IoT垃圾桶監測管理系統各個模塊的基本連接方式，模塊連接示意圖如圖4-2所示。圖4-2模塊連接示意圖垃圾桶環境監測管理的數據采集功能是將中斷與多次循環進行數據讀取和處理，通常工作流程為：為STM32開發板供上電（通過USB線與電源相連），開啟相對應的時鐘、GPIO口初始化，北斗GPS定位傳感器模塊與超聲波測距傳感器模塊開啟工作模式，使用定時器進行計時工作，將讀取各模塊數據進行集中處理，處理完成就轉到傳輸模塊，其流程圖如圖4-3所示。圖4-3數據采集流程圖4.3數據采集原理4.3.1獲取定位數據的實現本系統所用于智能垃圾桶定位監測的傳感器是BH-ATGM332D定位傳感器，BH-ATGM332D定位傳感器是一個可以進行快速的搜星，精確的定位，還配有PPS指示燈和用于信號更高效接收的源天線接口。定位傳感器跟有源天線一起使用，增強了搜索信號。我們通過定位就可以快速知道垃圾桶的準確位置。該系統主要是利用BH-ATGM332D傳感器主要是與開發板的VCC、GND進行連接。定位傳感器的VCC端連接到開發板的電源接口、GND連接對于開發板的相同端口，傳感器相應引腳連接到開發板，PB10引腳作為輸入，PB11引腳作為輸出。在解碼時輸出捕獲的定位語句，關鍵代碼如下：voidtrace(constchar*str,intstr_size){#ifdef__GPS_DEBUGuint16_ti;printf("\r\nTrace:");for(i=0;i<str_size;i++)printf("%c",*(str+i));printf("\n");#endif}多次讀取BH-ATGM332D定位傳感器的經緯度，關鍵代碼如下所示：GMTconvert(&info.utc,&beiJingTime,8,1);/*輸出解碼得到的信息*/beiJingTime.mon,beiJingTime.day,beiJingTime.hour,beiJingTime.min,beiJingTime.sec);deg_lat=nmea_ndeg2degree(info.lat);deg_lon=nmea_ndeg2degree(info.lon);printf("\r\nlatitude：%f,longitude:%f\r\n",deg_lat,deg_lon);//輸出緯度經度4.3.2獲取超聲波測距離信息HCSR04超聲波傳感器測距離程序是先定義一個單精度返回值的函數，函數體通過對超聲波發送的信號及接收時間進行計算：floatdistance_Count(void) {u16time=0; floatDistance;Start_hc_sr04(); time=TIM_GetCounter(TIM4); TIM_SetCounter(TIM4,0);//計數器值清零 Distance=(time*1.7); returnDistance;}flameStatueSand=1;}floatultrasound_check(void){floatf=0.0;sr04_over_flag=0;Start_hc_sr04();while(!Echo);//當回響信號為零時等待TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);while(Echo);TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,DISABLE);TIM_Cmd(TIM4,DISABLE); if(sr04_over_flag==1){f=500;}else{f=distance_Count();}returnf;}4.4NB-IoT傳輸模塊設計通過使用嵌入式NB-IOT網絡傳輸方式進行無線傳輸，本文對于無線傳輸網絡采用的是移遠BC28專業通信芯片，它可以進行鏈接和PSM狀態，能在幾毫安進行守功耗，支持UDP、CoAP網絡兩種網絡通信協議，為用戶提供安全可靠的傳輸模式。并且傳輸模塊面積小、接口是固定化的直接使用，用戶可以方便簡化的將設備加到自己的主板設備上去。STM32微控制器與NB-IOT通信模塊進行連接，是通信模塊數據上傳的重要一個轉接，NB-IOT模組通信通過相應AT指令進行工作模式，用戶可以對NB-IOT模組進行設備入網和數據發送等方面的控制。NB-IOT通信模塊與華為物聯網開發平臺使用的是根據NB模組型號適用的網絡協議CoAP協議，NB-IOT傳輸模塊的工作流程為：首先程序發送一個AT指令，等待NB通信模塊做出響應，響應即為模組可以正常進行工作。再設置模塊相應工作的功能，配置連接設備平臺的IP地址和端口號，使數據能成功發送到相應的設備，關閉IDLE模式和PSM模式，設置模塊最大功能，將數據進行整理之后，就可以對數據進行發送，NB-IOT模塊每一次發送AT指令時，都需要上一次發送的指令能夠正常執行，執行結果用關鍵字“OK”來判斷，如NB-IOT通信模塊能成功執行發送的指令，會在設備輸出“OK”關鍵字，否則輸出的就是“ERROR”關鍵字，通過關鍵字，我們便可判斷執行狀態。NB-IoT通信模塊的部分功能配置需要根據工作的最小功能模式下進行設置，由于本系統設計與實現需要對消息實時上報，則需要對NB-IOT的工作模式設置為DRX。下位機程序所用到的AT指令如表4-1所示。表4-1下位機程序所用AT指令表序號命令功能1AT判斷設備是否正常，正常返回“OK”2AT+CFUN=0設置工作的最小功能3AT+CGSN=1該命令是獲取IMEI號需要的相關信息5AT+CPSMS=0對PSM模式進行關閉6AT+CEDRXS=0對eDRX模式進行關閉8AT+CGATT=1設置為網絡附著9AT+CGPADDR返回唯一的設備IP地址10AT+CSQ獲取設備工作信號強度4.5上位機程序設計與實現本次設計的垃圾桶環境監測管理系統上位機我使用C#語言開發，實現對監測管理系統的用戶登錄注冊以及將華為物聯網平臺發送存儲到阿里云的數據。從華為物聯網平臺獲取傳感器上傳的原始數據，根據阿里云設置的端口號和地址，通過自身訂閱功能與阿里云想連接，阿里云數據庫是建立在阿里云ECS服務器上，是一個虛擬的數據庫。4.6本章小結本章著重介紹了下位機實現功能的基礎知識介紹，下位機數據傳輸到云平臺主要通過NB通信模塊的工作，數據采集模塊主要通過對應的傳感器實現。NB-IoT通信模塊負責將NB-IoT網絡進行傳輸。以及介紹了NB通信模塊所要用到的下發指令。

華為物聯網開發平臺對接5.1華為物聯網開發平臺的結構華為物聯網開發平臺是一個便捷的開發工具，它能為客戶提供高效的服務水平，向開發者和用戶更高效地完成設備接入，并為客戶提供應用開發及場景服務能力，能夠高效率幫助客戶構建物聯網應用。開發平臺為了方便客戶使用，提供了簡單操作的SDK和通訊模組在設備里的接入方式，并通過靈活的協議能進行多種連接使用方式，對開發者開發新產品的門檻降低了。5.2華為物聯網開發平臺接入流程華為物聯網開發平臺是基于互聯網的發展，通過現有科技手段進行建構的，從而對任何特定的硬件模塊都不會依賴，用戶可以根據自身的設備和現有技術知識架構以及方向來跟物聯網接入。它主要是通過與硬件唯一的識別號進行連接使用，能對通訊協議進行相應處理以及進行安全的身份驗證。5.3華為物聯網開發平臺部署華為物聯網可以自己根據需求自定義創建產品，在產品定義中編寫其屬性類型及數據長度，就可以進行注冊設備，如果要將設備和華為物聯網開發平臺共同使用，需要在注冊設備時生產密鑰和ID作身份識別。5.3.1Profile文件的開發Profile文件是為了將用戶個人獨特的數據進行存儲，相當于JSON格式的文件，Profile想要正常運行就必須要先識別用戶個人身份，驗證還是匿名都可以進行操作，只要是具備唯一識別用戶的能力后就可以將用戶的個人相關信息存儲在Profile數據表中，簡單的說，Profile的功能是結合Login組件的功能一起使用的。設備模型定義使用采用一個文件名為Profile，它主要對產品中的設備進行類型和使用功能的描述。給個接入物聯網平臺的產品設備，都會有自己獨一無二的Profile文件。一個Profile文件的內容包括兩部分，設備的基本個人信息，如設置的廠商ID、名字、使用設備的型號等；另一部分是產品設備的服務信息，主要是業務中的數據配置。數據定義格式如表5-1所示，效果圖如圖5-1所示。表5-1Profile定義表數據屬性列表屬性名稱數據類型范圍長度是否必選備注IMIEstring15是設備號Distanceint0-65535是測距離Latitudestring--9是維度顯示Longitudestring--9是經度顯示圖5-1profile設計截圖5.3.2編解碼插件的開發編解碼插件包含線上線下兩種形式。編解碼插件的作用有兩個：（1）對下位機傳感器設備采集上報的具體數據；（2）電腦端服務器的命令一般是從Profile格式轉為下發，根據開發者設置一般為16進制。設備上傳的數據經過平臺內部編碼（encode）變成符合profile規則的json存儲格式，經過平臺訂閱推送到相應的地方。華為物聯網開發平臺本身就具有自己的開發編解碼插件功能，它的功能主要是對消息的定義和映射的建立進行操作。編解碼插件的建立是需要來自定義Profile文件和采集的數據格式進行開發，本系統定義了四個服務信息，完成對數據上報的定義，該類型定義的長度和類型等屬性需要與Profile文件定義的一致。云平臺設置的編解碼插件定義如表5-2所示，效果圖如圖5-2。圖5-2云平臺設置的編解碼插件定義圖表5-2編解碼插件定義表數據上報字段編解碼插件服務屬性Profile定義屬性備注messageId地址域IMEIIMEI設備號DistanceDistance測量距離LatitudeLatitude維度顯示LongitudeLongitude經度顯示5.4HTTP平臺數據推送設計與實現本系統通過平臺利用HTTP進行數據的推送，GPS傳感器和超聲波傳感器可以利用HTTP協議方式進行數據傳輸，發送給相應的工作服務器。從下位機連接傳感器采集的數據通過平臺自帶的訂閱功能進行推送給相應的設備，平臺數據訂閱圖如圖5-3所示。圖5-3平臺數據訂閱圖華為物聯網平臺實現數據轉發阿里云服務服務需要用到訂閱功能，首先需要用到阿里云自定義的IP地址：9，自定義的端口號：8080。華為物聯網平臺的訂閱轉發數據服務自動將接收到的數據實時轉發到訂閱地址，在阿里云服務器上成功接收華為云物聯網開發平臺運行的數據進行接收，解析數據并成功保存到MySql數據庫中，數據存儲路徑如圖5-4所示。圖5-4數據存儲路徑本章華為物聯網開發平臺的基礎知識進行了簡單介紹，以及下位機和華為物聯網開發平臺之間通信關系。還介紹了數據存儲的MySql應用。

系統測試6.1硬件模塊測試對基于NB-IOT垃圾桶監測管理系統設計構建所需要用到監測硬件設備進行合理選型以及各個模塊的功能設計后，為了了解各個模塊的連接方式以及它們能否正常工作，需要對每一個硬件設備進行測試，以便對測試的問題進行排查。單個模塊的功能進行驗證是為往后整體系統測試打下基礎，本設計對裝置的整體測試6.1測試環境測試設備及環境信息如下：電腦操作系統：Windows10家庭中文版電腦硬件信息：、8G運行內存硬件設備：GPS北斗定位傳感器、超聲波測距傳感器、STM32開發板、NB-IoT網絡模塊瀏覽器：MicrosoftEdge瀏覽器6.2硬件模塊測試本次對NB-IOT技術進行垃圾桶環境監測管理系統課題研究的硬件部分實物連接圖如圖6-1所示。圖6-1硬件實物連接圖6.2.1經緯度數據獲取測試將煙霧傳感器與STM32單片機相連接，通電后燒錄代碼到開發板STM32F103單片機中。將野火調試助手打開，配置工作參數進行接收數據，開發板與電腦連接，連接電源上電開機，GPS傳感器接收衛星發射的信號計算、分析在野火串口調試助手輸出，定位傳感器采集的數據測試圖如圖6-2所示。圖6-2定位傳感器采集的數據測試圖6.2.2距離信息數據獲取測試超聲波傳感器的測試需要通過STM32開發板進行連接，對用到的調試助手進行工作相關參所配置，超聲波感器經過計算將獲取的參數輸出，即在串口調試助手顯示，超聲波感器測試實物圖如圖6-3所示。圖6-3超聲波傳感器數據采集測試圖6.2.3NB-IoT通信模塊測試NB-IoT通信模塊是數據上傳云平臺最重要的一個步驟，其通信驗證尤為重要。首先對NB-IoT模組進行通電，打開任意一個調試助手，配置所需的參所，發送通信需要驗證的AT指令，以下是NB-IoT通信模塊的測試流程以及預期結果如表6-1所示。表6-1NB-IoT通信測試流程及預期結果表步驟預期結果測驗NB-IoT是否正常工作打印“ATOK”最小功能設置打印“AT+CFUN=0”“OK”查找NB-IoT的IMEI碼信息打印“AT+CGSN=1”,“OK”設置地址和端口號打印“AT+NCDP=32,5683”查詢NB-IoT的信號強度打印“AT+CSQ”查詢NB-IoT的IP地址打印“AT+CGPADDR”將ID定位0的客戶端打印“AT+CIPSEND=0,3”新消息的提示打印“AT+NNMI=1”6.3華為物聯網開發平臺測試傳感器設備成功獲取相關環境數據之后，經過處理和填充，利用NB-IOT網絡將傳感器監測采集的數據參數傳送到云平臺，數據保留格式采用二進制方法，云平臺成功保留數據測試圖如圖6-4所示。圖6-4云平臺成功保留數據測試圖阿里云成功接收云平臺訂閱推送，經解析華為物聯網平臺并把數據存入數據庫，阿里云數據接收測試如圖6-5所示，MySql數據庫接收信息如圖6-6所示：圖6-5阿里云數據接收測試圖6-6MySql數據庫接收信息6.4C#查看數據C#通過連接數據庫來正常查看數據庫接受到的信息，顯示歷史數據如圖6-7所示。圖6-7顯示歷史數據6.5本章小結本章完成了設計構建中所需要用到的下位機傳感器設備進行測試，主要利用STM32單片機能將傳感器采集的數據正確輸出，主要驗證單個模塊獨立工作的代碼和途徑是否有誤，其中最重要的是NB-IoT傳輸網絡發送的數據能正常到物聯網開發平臺進行驗證。利用云平臺獨特的訂閱優勢，阿里云平臺成功接收云平臺獲取的數據，利用阿里云配置的端口號和IP地址對本地數據庫進行連接，上位機C#查看數據庫接收的歷史信息。

總結與展望本次是利用新興的NB-IoT網絡通信對智能垃圾桶環境進行了監測管理，深入了解開發物聯網項目應涉及到的三方面架構，即感知層、網絡層和應用層，這三層層層遞進，缺一不可。通過這次畢業設計的構想和操作，感覺重新復習了很多這四年來的學習知識的應用。本設計取得的主要成果有以下方面：1.查閱了跟本次設計相關資料信息和大量文獻，對使用NB-IoT技術對垃圾桶監測管理可行性發展進行深入研究，并且全面了解了國內外對垃圾桶管理的發展趨勢和相應措施。NB-IOT網絡通信技術在這幾年來漸漸新興，發展前景非常可觀，在未來的物聯網將是一個超大的網絡集群。2.提出了一項利用較好傳輸網絡的NB-IoT技術進行數據上報管理總體實現方案。該方案結合了下位機硬件編程技術、串口通信、物聯網平臺開發以及相關技術，實現系統單個垃圾桶的位置信息和垃圾存儲情況的獲取。3.使用主流低功耗STM32F103系列微控制器與垃圾桶監測系統數據采集單元相結合，完成了對垃圾桶所需要的數據進行采集和處理的監測管理。4.成功在華為物聯網開發平臺完成與下位機傳感器的垃圾桶環境監測數據類型上報對本次設計出現的問題還需要進行解決，書寫還存在一些不足：1.本次基于NB-IoT垃圾桶環境監測管理系統設計研究地點不在真實用地場所，未能到真正的室外進行垃圾桶監測管理部署和操作，所以該設計成果與實際成品操作還存在不小的差距。2.這個系統包含的硬件設備較少，對數據全面采集力度不夠，在實際應用中還需要更全面、更多數據在上位機進行分析和展示。3.本設計選擇單一的NB-IoT網絡通信卡。4.該系統目前實現對垃圾桶的定位以及對垃圾溢滿情況的監測。對于研究本設計存在的缺陷和不足，由于能力的有限和時間的不足，無法在短時間內進一步去改善和優化茶品，希望自己以后能夠對自己的標準要求更高一些，努力的去提升自己各項能力，在今后的每次設計中都能盡善盡美，去讓自己的知識綜合能力更完善。

參考文獻潘鵬,胡運峰,秦金志等.一種基于NB-IOT的智能垃圾桶[J].科技風,2019年01期.張靜,孫鵬飛,等.基于《俄聯邦數字經濟規劃》的研究及中國啟示[J].《