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摘要：本文主要研讨以NB-IoT为核心技术应用于共享单车的智能化系统设备。该系统具有成本低、广覆盖和功耗小等特点，在共享消费电子应用上的前景宽阔。文中主要讨论了传统GSM系统方案与以NB-IoT为核心的技术差异和应用方向。研究表明，NB-IoT技术在深度覆盖、超低成本、超低功耗、超大链接等方面均有突出优势，已成为推动物联网产业发展的技术支柱。
关键词：NB-IoT；M2M；低功耗
Abstract：This paper focuses on the intelligent system equipment which uses NB-IoT as the core technology and applies to sharing bikes.The system has the characteristics of low cost，wide coverage and low power，and has broad prospects for sharing consumer electronic applications.This paper mainly discusses the traditional GSM system and the technical differences and application directions with NB-IoT as the core.Studies have shown that NB-IoT technology has outstanding advantages in depth coverage，ultra-low cost，ultra-low power，super large links，and has become a pillar of technology to push the development of M2M.
Keywords：NB-IoT；M2M；LowPower
1引言
现今无线通信设备系统其主流以GPRS，3G/4G为主，如LPWA（低功耗广域网，Lower Power Wide Aera）[1]，但现有的3G/4G等技术成本较高适用领域有限。GPRS对连接速率要求很低，主要应用在对功耗要求不高的业务领域，无法满足未来LPWA的业务需求。另外，全世界的移动运营商也在逐步关闭2G网络[2]。。由于GPRS系统体积大，功耗高，价格高等原因，限制了这种技术在民用上的推广使用。近年来，随着NB-IoT（窄带物联网，Narrow Band-Internet of Things）技术获得政府政策支持[3]，相关标准制定工作稳步推进。并提出培育NB-IoT产业链，使得需求小型化、覆盖广和低功耗的共享单车应用成为可能。本文研讨应用上海移远的BC95作为系统的数据通信单元结合嵌入式ARM作为主控芯片和GPS定位模块，组成共享单车定位通信控制系统，主要功能为共享单车用户提供定位信息、车锁控制等服务。这种设计方法优点主要是ARM处理功能强、数据响应速度快，NB-IoT技术是共享设备等物联网领域应用的研究发展方向。LPWA应用场景对比分析如下表一所示。
由于系统应用于共享单车领域，系统运行功耗要求低，电源部分采用轮毂发电或太阳能电池板为内置锂电池充电，所以整体系统设计要求采用低功耗方案设计满足长时间待机应用。系统采用嵌入式处理器STM32F103为主控芯片，主要包括NB-IoT模块BC95，北斗/GPS，电源等模块，为载体提供通信，位置，时间等数据。系统硬件设计结构如下图1所示。
2.1 主控处理模块
嵌入式处理器STM32F103，最大使用主频为72MHZ，休眠功耗为ua级。它除了有UART、SPI、I²C等外围设备接口，还有PWM、AD等丰富的片内外设。ARM的主要任务包括：
1）采集数据：通过UART/I²C接口接收北斗/GPS接收机，NB-IoT无线通信模块BC95数据交互和传感器件等数据；
2）处理数据：包括解算系统的定位信息，车锁控制。
2.2定位模块
系统内置ATGM336H-5N北斗/GPS模块，其应用范围广泛，卫星信号接收能力强，支持 BDS/GPS/GLONASS 卫星导航的系统定位。它以UART串口输出1Hz的NMEA 协议位置、速度、时间等参数。ARM可以采用UART串口与ATGM336H-5N通信，提取相关系统所需数据。模块性能如下：
●冷启动捕获灵敏度：-148dBm
●跟踪灵敏度：-162dBm
●定位精度：2.5 米（CEP50）
●首次定位时间：32 秒
●低功耗：连续运行<25mA（@3.3V）
2.3 NB-IoT通信模块
NB-IoT无线通信模块BC95的工作频段为900MHz，850MHz，800MHz。供电电压 3.1V~4.2V，模块尺寸19.9 × 23.6 × 2.2mm。它以UART串口与主控进行数据通信，为用户提供开锁控制服务。另外模块的休眠电流为5uA，为系统的超长待机时间提供保障，解决共享单车的电源供电问题。
3结语
本文结合嵌入式技术和NB-IoT通信模块研讨了基于NB-IoT共享单车的应用系统，通过LPWA应用场景对比分析和硬件电路设计，对NB-IoT技术应用的系统进行分析，解决了传统GSM技术系统的功耗高，体积大等问题，提高了系统待机时间。系统设计结果表明嵌入式技术和NB-IoT通信技术的结合为共享单车的低成本，超长待机等技术提供格新机遇，在日渐成熟的物联网领域具有广阔的应用前景。目前NB-IoT技术已在共享单车ofo公司进行项目应用。
参考文献：
[1]互联网-《2017或成NB-IOT规模商用元年物联网孕育下一个万亿市场_物联网_中国信息产业网》[OL].2016，12.09
[2]戴国华，余骏华.NB-IoT的产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J].移动通信，2016，40（7）：31-36.
[3]互联网-《NB-IoT、LoRa低功耗广域网络的市场结构及产业分析》[OL].2016，9.14
论文作者:胡达科,林立峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/6
标签：系统论文; 模块论文; 单车论文; 技术论文; 功耗论文; 低功耗论文; 数据论文; 《基层建设》2017年第20期论文;