NB-IOT简介

NB-IOT（Narrow Band Internet of Things）：窄带物联网
NB-IOT是物联网领域的一个重要分支，NB-IOT构建于蜂窝网络，是3GPP LTE Release 13的新增网络协议，NB-IOT之所以被称为窄带物联网是因为其只占用大约180KHz的带宽。NB-IOT支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，因此也被称为低功耗广域网（LPWAN）

学习平台硬件介绍

在进行物联网技术学习的时候，离不开硬件环境支持，因此学习NB-IOT也是一样，本次学习所使用的是江苏学蠡信息科技有限公司的无线传感器网络实验平台。

在该平台上不仅可以进NB-IOT的相关实验操作，可以对Lora和ZigBee等物联网通信技术的实验进行操作。并且使用了模块化插件的设计，只需要更换不同的模块就可以快速搭建一个多功能的传感器网络实验效果，非常的便捷和稳定。
接下来针对NB-IOT的传感器网络实验进行相关的硬件介绍。

1. NB-IOT核心模块

进行NB-IOT的物联网传感器网络实验中，所使用的是LPMD007 模块作为核心模块插入扩展板中。LPMD007 模块采用 lierda NB86-G 模块和 STM32F103T8U6 单片机组成，主要应用于物联网、无线传感器网络、嵌入式等需求的场景中。

硬件参数

小体积：25mmX31mm
双排通孔封装（兼容 xbee 模块）
休眠模式下电流低至 1.8uA
工作频段：470~510MHz
发射功率 18dBm±1dBm,发射电流 100mA
接收灵敏度-139dBm（SF12 、带宽 125KHz）
通信接口：SPI/USART/IIC
扩展接口：ADC；SPI；IIC；GPIO
支持 LoRaWAN V1.0.2 Class A/C 协议
提供 SDK 开发方式
系统资源 FLASH/128K，RAM/16K，EEPROM/4K
用户可用资源：FLASH/64K，RAM/8K，EEPROM/4K

1.1 NB-IOT模块简介

在本实验平台中所使用的NB-IOT核心模块中的MB-IOT模块为lierda NB86-G模块
NB86-G模块的超小外形尺寸几乎能够满足所有的物联网应用的要求,可以很容易地嵌入到客户的产品应用中，包括车辆和个人跟踪、安全系统、无线POS、工业PDA,智能计量、远程维护与控制、智慧城市等等。

模块特征

特征	参数
频段	B8 B5 B3 B28
封装	B8 B5 B3 B28
管脚数量	66
供电电压	3.1V~4.2V 典型值3.6V
AT指令	3GPP TR 45.820和其他AT扩展指令
下载方式	UART

1.2 STM32F103T8U6 单片机简介

STM32F103T8U6 单片机采用的是Cortex-M3内核到的32位低处理器，CPU最高速度可达72MHz。
其拥有64KB的Flash和 20KB的SRAM，总引脚数量为36 pin。

选型理由
- 采用ARM先进构架的Cortex-M3内核
- 优异的实时性能
- 杰出的功耗控制
- 最大程度的集成整合
- 可以使产品快速进入市场

2. 液晶扩展板

在该传感器网络实验平台中的液晶扩展板设计有无线模块接口、传感器模块接口，采用直插式的方式可以方便的进行模块的插拔，便于不同实验的切换和操作。

硬件参数
- 支持锂电池供电（含充电电路）
- 96*16 OLED 液晶屏
- 1 个多功能方向按键
- 一个 miniUSB 串口，可通过 USB 线缆供电和进行串口调试
- 标准 20 针无线模块接口以及标准的传感器模块接口
- 一个 SWD 接口可连接仿真器进行在线调试

安装好NB-IOT无线模块和传感器模块后的示意图：

3. 所需要的传感器或执行器模块

3.1 高精度温湿度传感器模块

高精度温湿度传感器模块采用的温湿度传感器是Sensirion 温湿度传感器家族中的SHT20，其采用基于领先世界的CMOSens ® 数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连，大大缩短研发时间、简化外围电路并降低费用。此外，体积微小、响应迅速、低能耗、可浸没、抗干扰能力强、温湿一体，兼有露点测量，性价比高，使该产品能够适于多种场合的应用。

SHT20接口定义

3.2 温度/光敏/蜂鸣器传感器模块

温度传感器
在温度/光敏/蜂鸣器传感器模块中，温度传感器采用的是TC77温度传感器。

TC77 是特别适用于低成本和小尺寸应用场合的串行通信数字温度传感器。内部温度检测元
件输出的温度被转换成数据，并以 13 位二进制补码的数据字方式随时提供。TC77 通过与 SPI 和 MICROWIRE 兼容的接口来完成通信。温度数据有 12 位，其符号位为正，其最低有效位（Least Significant Bit， LSb）代表的温度为 0.0625°C，即温度分辨率。 TC77在 +25°C 至 +65°C 温度范围内提供±1.0°C（最大值）的精度。在工作时，TC77 仅消耗 250 μA （典型值）的电流。
TC77 的配置寄存器可用来启动低功耗关断模式，其电流消耗仅 0.1 μA （典型值）。小尺寸、低成本且易于使用使得 TC77 成为在不同系统中实现温度管理的理想选择。
光敏电阻
在温度/光敏/蜂鸣器传感器模块中，对于光敏元器件的选择，采用的就是最普通的光敏电阻，它对光的变化非常敏感。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。当光线照射 PN 结时，可以使 PN 结中产生电子空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
蜂鸣器
在温度/光敏/蜂鸣器传感器模块中，采用的是一款有源蜂鸣器，有源蜂鸣器自带了震荡电
路，一通电就会发声，可以简化周围电路的设计。

3.3 可燃气体传感器模块

在可燃气体传感器模块中，选用的是MQ-5气体传感器用作可燃气体检测。MQ-5气体传感器所用的气敏材料是清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-5 气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾，这种传感器可检测多种可燃性气体，特别是液化气（丙烷），是一款适合多种应用的低成本传感器。

3.4 可调LED灯光模块

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发明于 20 世纪 60 年代，它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结合并释放出能量，使得能量带(Energy Gat，) 位阶改变，以发光显示其所释放出的能量。LED 具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步，超高亮 LED的研制得到了成功，尤其是白光 LED 的研制成功，使得它越来越多地用在彩灯装饰、甚至照明领域。

3.5 两路继电器模块

继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

3.6 LED点阵屏模块

点阵 LED 显示屏作为一种现代电子媒体，具有灵活的显示面积（可任意分割和拼装）、高亮度、长寿命、数字化、实时性等特点，应用非常广泛。
一个 8*8 的点阵就是由 64 个 LED 小灯组成，下图是它的内部结构原理图。

4. 仿真器/编程器

ST-Link 是用于 STM8 和 STM32 微控制器的在线仿真器和编程器，也是大家口中的下载器。
ST-Link 具有 SWIM、JTAG / SWD 等通信接口，用于与 STM8 或 STM32 微控制器进行通信
（各版本有差异）。

三种接口说明：
- SWIM： Single Wire Interface Module，单线接口模块。
- JTAG： Joint Test Action Group，联合测试工作组，是一种国际标准测试协议。
- SWD： Serial Wire Debugging，串行调试接口。
  我们使用 ST-Link 的 SWD 接口，按如下方式连接各种 NB-IOT 节点。

软件环境介绍

作为一个研究NB-IOT的嵌入式开发人员，我不信你还要看教程进行专业工具软件的安装，因此在本篇就不多赘述软件的安装过程，只说明使用该无线传感器网络实验平台所要的软件以及对应的驱动环境，各位可以根据自己的实际环境进行查漏补缺。若实在不会，或是缺少对应的安装包可以留言或是自行百度大法！

所需软件
- MDK集成开发环境
- ST-Link仿真器驱动
- STM32下载工具
- CP2102 USB虚拟串口驱动
- STM32CubeMX

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