一种基于NB-IoT的防丢追踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NB‑IoT的追踪系统，包括STM32单片机、GPS模块、NB‑IoT模块、报警模块和OneNET平台或手机APP。通过OneNET平台下发定位指令，NB‑IoT模块接收数据发送给单片机，单片机控制蜂鸣器是否发出声响，并将指令发给GPS定位模块，开启定位。定位经、纬度信息经过卡尔曼滤波后，输出精确的位置信息。定位成功之后，通过NB‑IoT模块将GPS信息传到OneNET平台或手机APP。在OneNET平台或APP上可以看到定位位置，距离较近时，可以下发蜂鸣器开启指令，判断具体位置。这样，当物品丢失时可以实现远程定位、近程报警的追踪效果，为用户带来可靠、满意的使用体验。

An Anti-Loss Tracking System Based on NB-IoT

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT的防丢追踪系统
本专利技术涉及防丢追踪系统，特别是一种基于NB-IoT的防丢追踪系统，不仅可以远距离定位，近距离报警，还可以用来追踪多个物品的位置信息，帮助人们找到丢失的物品。
技术介绍
传统的防丢贴耗电量大，在续航能力和使用寿命存在一定的局限性。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。目前定位技术有两种，一种是基于GPS的定位，一种是基于移动运营网的基站的定位。基于GPS的定位方式是利用GPS定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现手机定位的。基站定位则是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机位置的。OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署。将物品的精确位置信息上传至OneNET，可方便直观地看到丢失物品的位置。因此，开发一套具有长续航能力和使用寿命的高效的防丢追踪系统具有良好的经济效益与环境意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对传统的防丢贴的不足，在基于NB-IoT和GPS的基础上，提供一种基于NB-IoT上传GPS位置信息的防丢追踪系统，该系统支持低功耗运行，精确地帮助寻找追踪丢失物品。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于NB-IoT的防丢追踪系统，其包括GPS模块、单片机模块、报警模块、NB-IoT模块和OneNET平台，单片机模块分别与GPS模块、NB-IoT模块和报警模块通信连接，NB-IoT模块与OneNET平台通信连接，GPS模块用于在单片机模块控制下提供定位信息；报警模块用于在单片机模块控制下报警；NB-IoT模块用于在单片机模块控制下进行数据传输；OneNET平台用来搭建用户交互界面；当物品丢失时，用户通过OneNET平台下发指令，指令经由NB-IoT模块下传到单片机模块，引起单片机模块主程序的中断，进入中断函数，从而唤醒GPS模块上传定位信息或控制报警模块报警。进一步地，单片机模块使用STM32L系列。进一步地，报警模块为三极管驱动蜂鸣器电路。进一步地，GPS模块包含发光二极管，显示休眠和数据传输状况。进一步地，NB-IoT模块包含发光二极管，以NB-IoT模块发光二极管是否亮或者闪烁的频率来显示网络状态。进一步地，所述防丢追踪系统开启时初始化运行环境，上传报警模块指令状态数据流和GPS模块定位状态数据流，初始化完成后，通过报警模块进行提示，且休眠非必需的线程降低功耗。进一步地，单片机模块采用卡尔曼滤波器算法对定位信息进行处理。进一步地，OneNET平台使用MQTT协议接入OneNET。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术在基于NB-IoT的基础上，提供寻找和追踪丢失物品功能。(2)本系统采用NB-IoT将位置数据上传至OneNET，具有低耗能的特点。(3)本系统通过OneNET平台或APP实现远端控制，操作界面简单，可靠性和灵活度更高，较为人性化。(4)本系统采用卡尔曼滤波器，可有效提高定位准确度，提供更加精确的位置信息。附图说明图1为基于NB-IoT的防丢追踪系统结构框图。图2为STM32单片机与GPS模块连接关系图。图3为软件(程序)控制关系图。图4为系统程序流程图，其中a为总体流程图；b为LED线程；c为RTC线程；d为数据线程；e为按键线程；f为网络线程。图5为卡尔曼滤波器程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于实施方式表达的范围。如图1所示，基于NB-IoT的防丢追踪系统包括GPS模块、单片机模块、报警模块、NB-IoT模块和OneNET平台或APP，单片机模块分别与GPS模块、NB-IoT模块和报警模块通信连接，NB-IoT模块与OneNET平台或APP通信连接。通过OneNET平台或APP下发指令，利用NB-IoT模块的远距离数据传输功能，使单片机控制GPS模块发送定位数据，随时掌握定位信息；近距离时，还可以发送报警信息，驱动蜂鸣器发出声响，已达到追踪的目的。图2所示的GPS定位模块采用Air530GPS模块，体积小、功率低、性能高，即使在弱信号的地方，也能快速准确的定位。单片机采用STM32L151RC,具有低功耗运行模式和低功耗睡眠模式。将GPS模块的串行输入输出接口与单片机相连，进行数据的传输。如图3所示，NB-IoT模块采用以M5310为核心的开发板；与单片机相连进行通讯，系统上电之后主动上报状态信息；如果用户下发指令，单片机向NB-IoT模块发送AT指令，NB-IoT模块收到指令后回应操作结果，上报定位信息或单片机驱动蜂鸣器。如图4所示为单片机程序控制过程，其中a为总体流程图；b为LED线程；c为RTC(实时时钟)线程；d为数据线程；e为按键线程；f为网络线程：首先，系统硬件初始化进入主函数创建线程，多任务同步处理：LED线程：控制LED灯，联网和不联网状态不同；RTC线程：判断网络是否连接，获取RTC时间；数据线程：判断是否定位成功，上传GPS信息到数据流，然后休眠本线程，降低功耗；按键线程：判断平台是否下发定位指令，如果下发开启定位一次；判断平台是否下发报警指令，如果下发驱动蜂鸣器一直发出声响；网络线程：初始化GPS运行环境，设置GPS信息输出时间为1s，关闭GPS输出；初始化NB-IoT模块联网状态，设置MQTT联网信息，上传报警按钮和定位按钮的状态数据流并开启数据线程，驱动蜂鸣器响一声提示初始化完成；然后循环监测网络状态。数据滤波是去除噪声还原真实数据的一种数据处理技术，卡尔曼滤波在测量方差已知的情况下能够从一系列存在测量噪声的数据中，估计动态系统的状态。由于它便于计算机编程实现，并能够对现场采集的数据进行实时的更新和处理，卡尔曼滤波是目前应用最为广泛的滤波方法。如图5所示为卡尔曼滤波器程序流程图，程序流程为：打开文件，判断接收到的数据是否为帧头，如果不是返回，重新读取数据，解析数据中经度和纬度的定位信息，将定位信息通过卡尔曼滤波器算法处理数据，保存数据。卡尔曼滤波器算法如下：利用K状态下的最优估计值X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)+BU(k)，其中X(k|k-1)是k-1状态下k状态的最优估计值，X(k-1|k-1)是k-1状态下k-1状态的最优估计值，U(k)是k状态下的控制量。因为测试的是静止状态，前后不会有位置的变化，不存在控制量，所以这里U(k)＝0。因此得出：X(k|k-1)＝X(k-1|k-1)......①。其中X(k|k-1)是k-1状态下k状态的最优估计值，其与k-1状态下k-1状态的最优估计值相等。过程方程P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)AT+Q,式中P(k|k-1)与X(k|k-1)相对应，为k状态与k-1状态的协方差，Q是系统过程的白噪声的协方差。这里可写为P(k|k-1)＝P(k-1|k-1)+Q......②。卡尔曼滤波器其他三个公式，由于没有控制量，因此不会有变化。虽然状态改变，但是计算过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB‑IoT的防丢追踪系统，其特征在于，包括GPS模块、单片机模块、报警模块、NB‑IoT模块和OneNET平台，单片机模块分别与GPS模块、NB‑IoT模块和报警模块通信连接，NB‑IoT模块与OneNET平台通信连接，GPS模块用于在单片机模块控制下提供定位信息；报警模块用于在单片机模块控制下报警；NB‑IoT模块用于在单片机模块控制下进行数据传输；OneNET平台用来搭建用户交互界面；当物品丢失时，用户通过OneNET平台下发指令，指令经由NB‑IoT模块下传到单片机模块，引起单片机模块主程序的中断，进入中断函数，从而唤醒GPS模块上传定位信息或控制报警模块报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT的防丢追踪系统，其特征在于，包括GPS模块、单片机模块、报警模块、NB-IoT模块和OneNET平台，单片机模块分别与GPS模块、NB-IoT模块和报警模块通信连接，NB-IoT模块与OneNET平台通信连接，GPS模块用于在单片机模块控制下提供定位信息；报警模块用于在单片机模块控制下报警；NB-IoT模块用于在单片机模块控制下进行数据传输；OneNET平台用来搭建用户交互界面；当物品丢失时，用户通过OneNET平台下发指令，指令经由NB-IoT模块下传到单片机模块，引起单片机模块主程序的中断，进入中断函数，从而唤醒GPS模块上传定位信息或控制报警模块报警。2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的防丢追踪系统，其特征在于：单片机模块使用STM32L系列。3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的防丢追踪系统，其特征在于：报警模块为三极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊哲，邬云飞，蒲佳美，黄晶露，谌煜，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32