收稿日期：2020-11-25
基金项目：2020年扬州工业职业技术学院大学生实践创新项目（202013754029Y） 作者简介：刘王攀（1999—），男，就读于扬州工业职业技术学院信息工程学院，专科，研究方向为嵌入式技术；许志恒（1982—），男，毕业于哈尔滨工程大学，硕士，讲师，工程师，研究方向为物联网应用技术、信号处理等。DOI:10.16525/jki.14-1362/n.2021.01.14遥控干扰器
总第199期2021年第1期Total of199 No.1，2021
工业设计
现代工业经济和信息化mcu解密
Modern Industrial Economy and Informationization
刘王攀，许志恒
（扬州工业职业技术学院，江苏扬州225100）
台历打孔机摘要：本系统以ARM处理器STM32L433Rx芯片为核心，介绍了一种基于NB-IoT技术的智能船舶监控系统硬件结构组成，从总体结构上分别阐述了系统的工作原理和各个模块的电路连接方式，以及各个模块的电路特点，最后介绍了下一步系统开发的工作内容和目标。
关键词：ARM；智能船舶监控；NB-IoT；硬件设计
中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：2095-0748（2021）01-0036-02
引言
随着现代IT技术的不断发展，人工智能、物联网等技术创新正在不断深化，越来越多的新技术正在快速地应用到我们现代生活生产之中。当前移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足，而广域物联网技术是目前物联网技术和网络运营商进行深度融合的一项技术创新，Zigbee、Lo-Ra以及NB-IoT等短距离无线通信技术目前得到了广泛的应用，从而弥补了传统4G网络在低速率智慧互联应用场景上的不足。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，构建于蜂窝网络，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LP-WAN)。目前NB-IoT技术已经在车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用中崭露头角。本文介绍了一种NB-IoT的智能船舶监控系统硬件设计方法。 1ARM核心控制单元硬件设计
本系统采用了意法半导体公司推出的一款高性能ARM芯片STM32L433Rx，该器件基于ARM的
内核架构，具有FPU内核，其工作频率可达80MHz，并实现了在80MHz频率下具有100DMIPS 的性能，由于集成了ART Accelerator，还同时能保持尽可能小的动态功耗。目前广泛应用于广域物联网感知层系统及智能互联设备中，ARM核心控制单元主要包含的外设接口有：SPI接口、IIC接口、SDMMC 接口、QPIO接口、UART接口以及ADC和DAC接口等。整个核心板由时钟电路、电源供电电路、复位电路等模块构成，通过外围接口可扩展出丰富的外设应用。 2NB模组电路接口设计
本项目采用上海移远通信技术有限公司所生产NB-IoT无线通信模块BC95，它是一款高性能、低功耗的NB-IoT无线通信模块，采用了省电技术，在低功耗模式下（PSW）电流消耗低至5uA，其尺寸仅为23.6mm×19.9mm×2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效地帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本。BC95模块集成了丰富的接口资源，包括简介方便的射频接口，uart 串口可以和STM32L433Rx进行方便的数据通信，值得注意的是，NB-IoT设备需要运营商网络支持，所以硬件上必须有能和sim卡进行数据交互的接口，在本设计中采用了SPI接口实现数据交互。该硬件系统主要由一个高速33M的晶体振荡器加上2个起振电容构成，另外还有一个32kHz的低速晶振提供给
外部低速工作模块使用[1]。
3传感器数据采集模
块设计
在智能船舶监控系统中，温度传感器采用了美国达拉斯公司所生产的DS18B20线型款，本设计中就采用了数字温度传感器DS18B20，该传感器模块通过三线接口与处理器相连接，其中数据信号通过单线传输，具有良好的测温分辨率，数据格式为9位二进制数据，数据包传输协议简单明确，通过其专门的数据格式命令来进行温度采集，数据读写等操作[2]。温度传感器模块外观及接口电路原理图如下页图1所示。
2021年第1期图2红外线传感器
图1温度传感器模块接口原
理图
本系统中由于需要对船舶机舱在航行中检测安全信息。因此在系统中设置了火焰传感器模块，用来检测明火，而其中的火焰传感器其实是一种红外线光感器件，该传感器外形如图2所示。
红外对管传感器主要用来检测一定空间范围内的红外光，通过设定阈值实现红外光谱的能量检测，
同时通过信号调理电路将红外光能量转换为电压信号输山药去皮机
丝杠加工
出。
在船舶机舱中，动力燃油和机械润滑油是两种最为重要的船舶油料，前者为船舶提供动力能源，后者则为机械动力设备减少摩擦损耗，提高机械设备的使用寿命。因此动力燃油和机械润滑油对船舶航行的重要性不言而喻，为了能够实现这两种油的油量实时监测，本系统采用投入式液位测深传感器实现
储油仓的油位高度检测，本系统所采用的是深圳海科公司所设计的Y8-WCA 型液位传感器，探测深度为10m ，输出信号为电流（4~20mA ），通过运放调理电路实现电流与电压的转换[3]。4结论
基于NB-IoT 的智能船舶监控系统采用ARM 处理器STM32L433Rx 作为核心，搭载了三种传感器分别采集温度、明火和油量深度，系统在搭建好平台后，即可进行嵌入式操作系统的代码适配工作，下一步将进行数据采样算法和NB 无线模块的软件调试工作。在系统软硬件调试完毕后即可进行船舶机舱真实环境下的可靠性验证和数据传送有效性的验证。
参考文献
[1]何昌鸿，李星.基于NB-IoT 远程抄表设计研究[J].电子质量，2017（12）：69-71；76.
[2]
樊怡倩，李秀芝，李鑫.基于NB-IoT 技术的环境数据采集处理系统[J].科技经济导刊，2019（15）：34；31.[3]
王计艳，王晓周，吴倩，等.面向NB-IoT 的核心网业务模型和组网方案[J].电信科学，2017（4）：148-154.
（编辑：刘楠）
接地引脚
电源引脚数据引脚
123
U818B20
GND DAT
VDD Hardware Design of Intelligent Ship Monitoring System Based on
NB-IOT
超声波探测Liu Wangpan,Xu Zhiheng
(Yangzhou Polytechnic Institute,Yangzhou Jiangsu 225100)
Abstract:This system takes ARM processor stm32l433Rx chip as the core,and introduces the hardware structure of an intelligent ship monitoring system based on Nb IOT technology.From the overall structure,the working principle of the system,the circuit connection mode of each module and the circuit characteristics of each module are described respec-tively.Finally,it introduces the work content and goal of the next step system development.Key words:ARM;Intelligent ship monitoring;NB-IoT;Hardware design
刘王攀，许志恒：基于NB-IoT 的智能船舶监控系统硬件设计
37··
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