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【6h】

基于NB-IoT技术的超声波水表的研究

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变量注释表

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2水表的国内外发展现状

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3.1 机电式水表

1.3.2 电磁式水表

1.3.3 射流式水表

1.3.4 超声波式水表

1.4 抄表技术的研究现状

1.5 课题研究内容及方法

2超声波水表及NB-IoT技术应用的研究

2.1 超声波流量检测概述

2.2.1 超声波换能器的选择

2.2.2 超声波换能器的安装方式

2.3时差法流量检测原理的研究

2.3.1 时差法检测原理

2.3.2 温度对流量检测精度的影响

2.3.3 温度检测补偿

2.4硬件电路时间测量方法的研究

2.4.1时间间隔测量方法的选择

2.4.2 高精度时间测量芯片TDC-GP21

2.4.3 TDC-GP2芯片的测量原理

2.5.1 NB-IoT技术概述

2.5.2 NB-IoT主要技术特点与关键属性

2.5.3 BC95-B8 模块介绍

2.6本章小节

3 超声波水表硬件设计及NB-IoT模块应用

3.1 系统总体设计方案

3.2 超声波水表硬件电路整体设计

3.2.1 单片机模块设计

3.2.2 电源模块设计

3.2.3 JTAG接口电路设计

3.2.4显示电路设计

3.2.5按键电路设计

3.2.6 流量测量电路的设计

3.3 NB-IoT网络接入电路设计

3.3.1 电源接口

3.3.2 UART接口

3.3.3 SIM卡接口电路

3.3.4 射频接口电路

3.4本章小结

4 超声波水表及NB-IoT软件设计

4.1.1 软件的整体设计方案

4.1.2 系统的主程序设计

4.1.3 流量测量程序设计

4.2 NB-IoT网络软件设计

4.2.1 云平台简介

4.2.2 模块初始化设置

4.2.3 数据采集过程设计

4.2.4 控制流程

4.3 本章小结

5系统整体测试

5.1 实验平台

5.2.1 超声波水表流量计量性能要求

5.2.2 流量测试

5.3 IoT平台测试联网

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

学位论文数据集

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摘要

随着科学技术与信息技术产业的快速发展,与我们生活休戚相关的水表也在不断的更新换代,超声波水表由于其非接触式测量、应用范围广、精度高、智能化、成本低、安装维护方便等特点,得到了广泛的应用。传统的机械式水表不能适应社会发展的需要而逐渐被取代。超声波水表常用温度传感器测量温度进行温度补偿,成本高而且结构复杂,本论文在对计量精度影响很小的情况下,采用查表法实现了温度补偿,减少硬件,简化结构,降低了整体设计成本。  传统的人工抄表方式需要工作人员挨家挨户收集水表数据,不仅劳动力成本高而且工作量大,并且不能及时反映用户的使用情况;尽管有线抄表方式解决了人工抄表的一些问题,但是它需要铺设大量的电缆,不仅增加了额外的开支而且易于受到天气以及电网的影响,抄表系统的正常运行受到了严重的影响。随着物联网的发展,无线抄表方式越来越多地被使用,NB-IoT(NarrowBandInternetofThings,窄带物联网)是一种新型的物联网技术,其具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接、使用运营商授权频段、无需中间硬件设备和软件做支持等特点,与其他无线抄表方式相比,优势明显,应用越来越多。  因此,本文设计了基于NB-IoT技术的超声波水表。该系统硬件有超声波水表与NB-IoT模块两部分组成。其中,超声波水表选用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F4152作为主控芯片,超声波换能器选用“U”型安装方式,选择高精度时间转换芯片TDC-GP21完成超声波在水中发射与接收之间的时间间隔测量。根据它们之间测量的时间通过查表法进行温度补偿,通过时差法计算出流体的流速,进而计算出流体的流量,由LCD液晶显示屏对累积流量等信息进行显示。超声波水表中内含基于NB-IoT技术的NB-IoT无线传输模块BC95-B8,单片机通过串口把累积流量等信息发送给该模块,该模块定时通过运营商基站把传输的数据发送给IoT(物联网)云平台,通过云平台实时查抄超声波水表用水量等信息。  经过实验检定与整体测试,本课题设计的超声波水表达到了国家应用的标准,通过NB-IoT无线传输模块,单片机与IoT云平台能够正常、稳定的进行通信,数据传输及时有效,达到了预期设计的标准。

著录项

  • 作者

    刘超;

  • 作者单位

    山东科技大学;

  • 授予单位 山东科技大学;
  • 学科 电子与通信工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 王学水,董天晖;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    超声波水表,NB-IoT模块,IoT云平台,换能器;

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