基于物联网的群闸远程控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

工业自动化稳步发展的同时，农业自动化的需求也在不断地提升之中。基于物联网的群闸远程控制系统是一个基于窄带宽物联网（nb-iot）通信技术远程开闭水库闸门控制渠灌用水的系统。该设计利用了窄带宽物联网（nb-iot）通信技术远程操控闸门的开闭，为偏远地区水库闸门的控制提供了良好的解决方案，大量节约了人力物力成本的同时也为渠灌用水的可视化分配提供了可能。

农业自动化早已是世界农业发展的大趋势，灌溉更是重中之重。世界灌溉技术发展的趋势是节能、节水、多目标利用以及智能控制。美、澳、日等国家多采用计算机技术对输水管道进行控制，实现农业用水的合理配置。其中澳大利亚更是在eoodbowl灌区引进rubicon公司的“全渠道控制系统”，安装了近2万台一体式闸门，提高了输水效率的同时也降低了水资源流失率。而我国目前尚在使用较小型的智能闸门控制系统。利用gprs通讯、自组网通讯等技术远程控制闸门的开闭，从而控制单渠的水流。

随着窄带宽物联网技术的发展，越来越多的人思考将nb-iot技术运用于农业自动化当中。nb-iot技术是基于目前蜂窝移动通讯的一种低功耗广域网（lpwan）连接技术。搭载nb-iot的模块由于其自身功耗极低，大大延长了电池使用寿命的同时还能提供非常全面的室内广域网连接。nb-iot技术有四大优势：首先是覆盖广，相比传统gsm，一个基站可以提供10倍的面积覆盖；其次是连接，200khz的带宽可以提供10万个联接；第三是低功耗，使用aa电池便可以工作十年，无需充电；第四是低成本，模组成本小于5美金。在本次设计中，传统的gprs和基于zigbee的自组网等通讯解决方案，虽然能够用实现无线通信，但却有距离的限制，无法真正的实现远程控制，而nb-iot却可以很好的解决这一点。本次设计中将采用一块单片机作为监控中心，一个伺服电机对闸门进行控制。分别利用水位传感器、流量传感器对水库中的水位和水渠中的水流量进行检测，利用位移传感器对闸门位置进行检测并通过无线信号传输至监控中心。输入信号给与闸门一定的开度，监控中心通过采集三个数据对水量的多少进行计算并在适当的时候判断给出指令关闭闸门。本次设计中还将采用太阳能对伺服电机进行供电，从而实现偏远地区无人操作的可能。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计将利用窄带宽物联网（NB-IoT）技术实现对水库闸门的远程控制。系统包括中控模块、通信模块、传感检测模块、伺服电机以及太阳能供电模块等部分。主要功能实现由中控模块给出指令命令伺服电机启动打开闸门，再由检测模块分别对水库水位、水渠水流量以及闸门位置进行检测并且反馈至控制中心，再由控制中心进行计算后给出关闭指令，伺服电机启动关闭闸门。整个过程通过NB-IoT技术进行通讯。

本次设计中的中控模块拟采用一块PIC单片机来实现，利用PIC单片机开发环境MPLAB对整个系统进行搭建并且模拟仿真；传感检测模块拟采用一个水位传感器、一个流量传感器和一个位移传感器以及相关转换电路来实现，设计中将设计一个函数来对采集到的三个数据进行计算并得出闸门的关闭信号；通信模块和太阳能供电模块将使用目前市面上较为成熟的解决方案来进行搭建。本次设计的重点将放在系统的搭建以及各个模块功能的实现上。设计最终实现一个基于窄带宽物联网（NB-IoT）技术的群闸远程控制系统。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及基本步骤。确定方案，完成开题报告和外文文献翻译。

第3－6周：完成中控模块、伺服电机以及太阳能供电模块的搭建。

第6－9周：完成传感检测模块以及通信模块的搭建。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王良成, 孔鲜铭, 李蕙杉, et al. 基于物联网与互联网的远程节水浇灌系统设计[j]. 福建电脑, 2017(11):27-28 43.