基于ZigBee和NB-IoT的船舶下水拉力监测系统的研究与开发

作     者：朱生光 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈健;刘正平

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：拉力监测 CC2530 ZigBee BC95 NB-IoT 

摘      要：船舶下水施工过程中需要进行拉力的监测工作,拉力值的变化幅度需要在可控制范围之内,拉力数据的及时反馈将有效地提高船舶下水施工过程中的安全系数。传统的人工巡查方式存在数据反馈延迟、数据读取量小、数据记录错误、施工成本增加等问题,并且施工过程中人工巡查具有一定的风险性。本文设计了一种基于ZigBee与NB-IoT新技术下水拉力实时监测系统,通过在牵引点布置拉力数据采集节点,应用ZigBee技术将拉力数据汇聚至协调器端,协调器端可以通过LCD将数据实时显示,同时,将拉力数据通过NB-IoT远距离传输至云端服务器。实现了拉力数据实时显示的同时,将数据传输至云端服务器进一步处理,施工人员可以通过PC远程查看拉力测试数据,从而有效地解决了人工巡查存在的各种问题,保障了船舶下水施工的顺利进行。本系统设计过程中,采用了各个模块独立设计的模式,先制定整体的方案设计架构,再分别对传感器采集终端、主控制终端、无线通信模块以及云端服务器模块进行方案选型和设计。系统主要分为硬件和软件两个部分,硬件主要包括基于CC2530芯片的ZigBee模块电路和基于BC95芯片的NB-IoT模块电路设计,软件主要基于Z-Stack协议栈进行数据采集节点、协调器组网程序设计以及NB-IoT数据无线传输程序设计。本论文的工作包括以下内容:(1)阐述课题的来源以及研究的意义,对国内外的ZigBee与NB-IoT技术的发展状况和应用领域做详细的描述。(2)介绍系统设计中需要应用到的关键技术原理,包括ZigBee技术、NB-IoT以及云平台服务器技术介绍。(3)方案的论证和选型,针对现有的技术分析对比之后确定本系统的设计方案,将采用物联网架构模型进行设计,通过ZigBee+NB-IoT的短距离和长距离通信模式的结合,实现设计需求。(4)系统硬件平台设计:完成基于CC2530芯片的主控制系统和BC95芯片的数据上报系统的硬件电路设计。(5)系统软件平台设计:完成基于CC2530的组网和数据收发程序设计,基于NB-IoT数据收发程序设计以及云平台应用服务。(6)完成整个系统的测试工作,针对测试结果作出分析和说明。最后对本系统设计作出总结,阐明本系统的创新之处以及存在的不足之处,进一步说明系统需要改进的方向。