NB-IoT-BC95B8零基础上手教程

### NB-IoT-BC95B8零基础上手教程 #### 一、NB-IoT概述 **1.1 什么是物联网？** 物联网（The Internet of Things, IoT）是新一代信息技术的重要组成部分，指的是将各种信息传感设备如射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等与互联网相结合，形成一个庞大的网络系统。在这个系统中，物品能够通过这些设备相互连接，并实现信息的自动采集、传输和处理，进而达到智能化管理的目的。 **1.2 主要物联网通信技术** 物联网通信技术多种多样，包括但不限于Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa以及NB-IoT等。每种技术都有其适用场景和特点，例如Wi-Fi适用于局域网内的高速数据传输，而NB-IoT则更适合于远距离、低功耗的应用场景。 **1.3 什么是NB-IoT？** NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）是一种专门为物联网设计的窄带无线通信技术，它利用蜂窝网络提供低功耗、广覆盖的服务。NB-IoT的主要特点是低功耗、广覆盖和低成本，非常适合应用于远程监控、智能计量等领域。 **1.4 NB-IoT发展历程** NB-IoT的发展历程始于2015年，由3GPP组织标准化，随后在2016年发布的Release 13中正式定义了NB-IoT标准。自发布以来，NB-IoT迅速在全球范围内得到了广泛应用，特别是在智慧城市、智能家居等领域。 **1.5 NB-IoT应用场景** NB-IoT因其独特的技术特性，在多个领域展现出广泛的应用前景： - **智能水表/电表**：远程抄表，减少人工成本。 - **智能停车**：车位状态实时监控，提高停车场利用率。 - **环境监测**：空气质量、水质等环境数据的长期监测。 - **资产追踪**：贵重物品或重要设备的位置追踪。 #### 二、NB-IoT关键技术 **2.1 低功耗技术** 为了支持长时间工作，NB-IoT采用了多种低功耗技术，如PSM（Power Saving Mode）模式和eDRX（Extended Discontinuous Reception）机制。PSM允许设备长时间处于休眠状态，只有在特定时间才会醒来进行数据传输；eDRX则是延长设备接收信息的时间间隔，从而减少不必要的能耗。 **2.2 广覆盖技术** NB-IoT通过使用重复编码、提高功率谱密度等技术手段，实现了比传统移动通信技术更广的覆盖范围。这意味着即使在信号较弱的地方，NB-IoT设备也能够稳定地进行数据传输。 **2.3 大连接技术** NB-IoT网络可以支持每个小区高达5万个设备的同时连接。这一特点使得NB-IoT非常适合应用于大规模部署的物联网场景，比如城市中的智能照明系统或农业中的土壤湿度监测系统。 **2.4 低成本技术** 通过简化通信协议和降低硬件复杂度，NB-IoT显著降低了设备的成本。这不仅有利于设备的大规模部署，也为最终用户提供了更加经济实惠的解决方案。 #### 三、NB-IoT系统架构 **3.1 NB-IoT终端** NB-IoT终端是物联网系统的最前端部分，负责收集环境数据并通过无线方式上传至云端。终端通常包含传感器、微控制器和通信模块等部件。 **3.2 NB-IoT基站** 基站是连接NB-IoT终端与核心网的关键节点。它负责接收来自终端的数据，并将其转发给核心网进行进一步处理。 **3.3 NB-IoT核心网** 核心网是NB-IoT系统的核心部分，主要包括服务网关（S-GW）、分组数据网网关（P-GW）和移动性管理实体（MME）等功能模块。这些组件共同协作，完成数据路由、用户认证、计费等功能。 **3.4 IoT平台** IoT平台是用于管理和控制物联网设备的中央系统，它可以提供数据存储、分析、设备管理等功能。对于NB-IoT系统来说，IoT平台扮演着重要的角色，能够帮助开发者轻松实现设备的远程管理。 **3.5 应用服务器** 应用服务器位于整个NB-IoT系统的顶层，负责接收来自IoT平台的数据并根据具体业务需求进行处理。它是实现物联网业务逻辑的关键组件。 #### 四、NB-IoT应用组件 **4.1 NB-IoT芯片** NB-IoT芯片是实现NB-IoT功能的基础，它集成了射频收发器、基带处理器等功能，是NB-IoT模组的核心部件。 **4.2 NB-IoT模组** 模组是将NB-IoT芯片及其他必要的电子元件集成在一起的产品形式，便于用户快速集成到产品中。常见的模组包括BC95-B8等型号。 **4.3 NB-IoTSIM卡** NB-IoTSIM卡是用于身份验证和网络接入的专用SIM卡，与普通SIM卡相比，它更加耐用且适应恶劣环境的能力更强。 **4.4 物联网嵌入式操作系统** 嵌入式操作系统为NB-IoT终端提供运行环境和支持，常见的有FreeRTOS、uC/OS-II等。 **4.5 IoT平台** IoT平台是连接终端设备与应用服务器之间的桥梁，提供数据处理、设备管理等功能。 #### 五、开发板简介 本教程所使用的EVB_M1开发板是一款专为学习NB-IoT技术而设计的开发平台，具有以下特点： - **支持STM32系列微控制器**：利用STM32强大的性能，为用户提供灵活的开发环境。 - **集成BC95-B8 NB-IoT模组**：支持NB-IoT通信，方便用户实现远程数据传输。 - **丰富的接口资源**：提供USB、UART等多种接口，便于连接外部设备。 #### 六、开发环境搭建 **8.1 MDK软件介绍** MDK是Keil公司的一款专业IDE（Integrated Development Environment），适用于基于ARM Cortex-M内核的微控制器开发。它集成了编辑器、编译器、调试器等工具，能够极大地提高开发效率。 **8.2 MDK安装** - 下载最新版本的MDK软件。 - 按照安装向导完成安装过程。 - 安装完成后，打开软件进行基本配置。 **8.3 Pack安装** Pack是MDK中用于管理第三方硬件和软件包的工具，可以方便地添加和更新STM32设备的支持包。 **8.4 ST-Link驱动安装** ST-Link是STM32微控制器的官方调试工具，需要安装专门的驱动程序才能正常工作。 **8.5 编程软件(MDK)配置** 在MDK中配置项目，包括选择微控制器型号、设置编译选项等。 **9.1 STM32CubeMX介绍** STM32CubeMX是意法半导体（STMicroelectronics）提供的图形化配置工具，用于初始化STM32微控制器的硬件资源，简化开发流程。 **9.2 JRE的安装** JRE（Java Runtime Environment）是STM32CubeMX运行所需的Java运行环境。 **9.3 STM32CubeMX安装** - 下载STM32CubeMX安装包。 - 执行安装程序，按照提示完成安装。 - 安装过程中会提示安装所需的JRE版本。 **9.4 STM32CubeMX库的安装** STM32CubeMX库包含了STM32微控制器的各种硬件驱动和库函数，通过STM32CubeMX工具可以轻松地配置和生成工程模板。 #### 七、NB-IoT模块调试工具安装 **10.1 CH340驱动安装** CH340是USB转串口芯片，常用于连接计算机与开发板。安装CH340驱动程序后，可以通过串口调试工具与开发板进行通信。 **10.2 串口调试助手QCOM安装及使用介绍** QCOM是一款常用的串口调试工具，可以帮助用户查看开发板输出的数据流，也可以向开发板发送命令。 #### 八、IoT平台资源获取 **11.1 华为IoT平台获取** 华为IoT平台是华为提供的物联网云服务平台，支持多种通信技术和协议，包括NB-IoT。用户可以在该平台上注册账号，创建项目，并获取必要的API密钥和其他配置信息。 **11.2 电信IoT平台获取** 电信IoT平台是中国电信推出的物联网云服务平台，同样支持NB-IoT等技术。开发者可以通过平台官网注册账号，并根据指引完成平台资源的申请和配置。 #### 九、实战篇 **12.1 实验目的** 通过一系列的实际操作，掌握NB-IoT技术的基本原理和开发流程。 **12.2 实验设计** - 设计一个简单的实验方案，例如实现LED灯的远程控制。 - 使用EVB_M1开发板完成硬件连接。 - 在MDK环境中编写和调试代码。 **13.1 串口通信实验** - 目的：实现开发板与PC机之间的串口通信。 - 过程：配置串口参数，编写发送和接收数据的程序。 - 测试：使用串口调试助手观察数据交互情况。 **14.1 EVB_M1入网调试及参数配置介绍** - 准备阶段：确保开发板硬件连接正确。 - 调试步骤：按照文档指导进行网络接入调试。 - 参数配置：设置正确的APN、用户名和密码等网络参数。 **15.1 EVB_M1使用UDP协议通信测试** - UDP简介：UDP是一种无连接的传输层协议，适用于对实时性要求较高的场合。 - 创建UDPSocket：在程序中创建用于发送和接收数据的UDPSocket。 - 数据收发：编写代码实现数据的发送和接收功能。 **16.1 EVB_M1使用COAP协议连接华为IoT平台** - COAP简介：COAP是一种轻量级的物联网通信协议，适用于资源受限的设备。 - Profile制作：根据华为IoT平台的要求制作设备配置文件。 - 编解码插件制作：编写用于数据编码和解码的插件。 - 平台对接：将EVB_M1开发板与华为IoT平台连接起来，实现数据的远程监控。 #### 十、综合应用篇 **17.1 基于NB-IoT智慧路灯实战开发（CoAP）** - Profile制作：根据业务需求定制设备配置文件。 - 编解码插件制作：实现数据格式的转换。 - 在线模拟设备：使用模拟工具测试设备的通信功能。 - 平台对接：将智慧路灯与物联网平台连接起来，实现远程控制和监测。 - LiteOS调测：利用LiteOS操作系统优化设备性能。 - 手机APP体验：开发配套的手机应用程序，提供用户友好的交互界面。 通过以上内容的学习和实践，开发者将能够全面了解NB-IoT技术的特点和应用场景，掌握从硬件选型到软件开发的全流程，并具备将NB-IoT技术应用于实际项目的技能。