基于NB-IoT的艾灸床监控系统的设计与开发

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随着科技的进步和物联网技术的不断发展,人们的生活水平越来越高,医疗器械也更加的先进,医疗设备和物联网技术的结合已经成为一种必然的趋势。本文将物联网技术和艾灸床结合,设计与开发一种基于NB-IoT的艾灸床监控系统,旨在艾灸现场实时控制和远程查看艾灸床状态变化,改善艾灸床服务能力。本文以STM32F103RCT6微处理器作为监控终端的主控芯片,以K型热电偶采集艾灸床内的施灸温度,以SHT30传感器采集艾灸诊室的温湿度,以MQ-7传感器采集艾灸诊室的CO浓度状态,设计执行装置驱动电路,通过HMI串口屏显示和控制艾灸床状态,以移远BC20模组实现终端接入NB-IoT网络,传输艾灸床状态信息到阿里云物联网平台,实现数据的存储、分析、业务应用。本文设计的NB-IoT的艾灸床监控系统能够较好的实现艾灸床监控终端和云端监控界面的功能,具有较好的工程实践与指导意义。论文主要进行了以下方面的工作:(1)根据课题来源中艾灸床有待改善的问题,分析系统的功能需求,通过设计系统总体结构和技术方案,确定了监控终端和物联网平台两个部分的开发路线,根据系统对通信方案的实际要求,分析了NB-IoT技术的相对优势和网络架构,通过对国内物联网云平台厂商分类比较,选择阿里云IoT作为系统物联网平台。(2)完成了系统监控终端的硬件设计。根据开发设计的需要,完成对监控终端硬件整体结构的设计,设计电源模块为艾灸床执行装置和数字电路供电,根据主控电路功能,合理分配芯片资源并设计外围电路,完成了数据采集模块中各传感器的分析及其应用测量电路的设计,设计了驱动模块对执行装置进行控制,选择HMI串口屏作为操作和显示界面,分析了BC20模组的应用特征和外围电路。(3)完成了系统监控终端的软件设计。根据监控终端软件设计的总体思路,设计了主程序调用软件模块的流程。然后设计了数据采集模块的施灸温度采集程序、环境温湿度采集程序、CO浓度采集程序,设计了HMI串口屏的状态界面、操作界面和对应的HMI指令发送、解析程序。设计了AT指令驱动程序和BC20模块的入网流程。(4)完成了系统物联网平台应用开发。介绍了阿里云物联网平台设备接入流程,并根据监控需求和设备抽象模型定义虚拟终端,调用MQTT相关的AT指令,实现了终端登陆以及上报应用数据到物联网平台。最后使用Web可视化开发工作台,设计了艾灸床监控界面。(5)完成了系统功能测试。搭建终端测试平台,使用串口助手、HMI串口屏和系统监控界面对终端的数据采集功能、人机交互功能、数据远程传输功能分别进行了测试分析。在艾灸床现场对系统的远程监测和预警功能进行了测试,测试结果验证系统完成了预期的功能设计,测试使用效果良好。
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