周世年 龚元明

摘  要：近几年随着城市供水管道的日益复杂化，城市供水系统的监测变得难以管理。为了更好地监测城市供水系统的运行状态，借助窄带物联网（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）的低功耗优势，设计了一个基于NB-IoT的水务管网参数监测系统。该系统以低功耗STM32L4芯片为控制核心，实现了供水管网实时数据的采集与NB-IoT数据的传输，水务管网的参数会被上传至服务器并通过浏览器显示。本文重点设计了现场数据采集设备的硬件电路，开发了NB-IoT的网络传输。测试表明，该监测系统实现了水务管网的数据远传和远程控制，具有一定的研究和开发价值。

关键词：窄带物联网;水务管网;STM32L4;实时数据采集

中图分类号：TP277     文献标识码：A

Design of Water Pipeline Network Parameter Monitoring System

based on Narrow Band Internet of Things

ZHOU Shinian， GONG Yuanming

（College of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

zsnzhoushinian@163.com; gongyuanming@tsinghua.org.cn

Abstract： In recent years， increasing complexity of urban water supply pipeline makes it difficult to monitor and manage urban water supply system. In order to better monitor the operating status of the urban water supply system， this paper proposes to design a water pipeline network parameter monitoring system based on NB-IoT （Narrow Band Internet of Things） with low power consumption. The system uses the low-power STM32L4 （STMicroelectronics） chip as the control core to realize real-time data collection of the water supply pipeline network and NB-IoT data transmission. Parameters of the water pipeline network are uploaded to servers and displayed through browsers. This paper focuses on designing the hardware circuit of field data acquisition equipment and developing the network transmission of NB-IoT. Tests show that the proposed monitoring system realizes remote data transmission and remote control of the water pipe network， and has certain research and development value.

Keywords： narrow band internet of things; water pipeline network; STM32L4; real-time data collection

1   引言（Introduction）

对于城市供水系统的监测，传统的人工检测不仅费时耗力，而且不能对水务管网参数异常事件做出及时有效的反应[1-2]。随着社会科学的进步和互联网技术的发展[3]，智慧水务的出现使得传统的管道监测在形式和技术上有了一定的改善。唐松泉[4]等使用GPRS无线网络完成了对智能水表数据的采集，但实际测试过程中受到了一些阻碍，如位置较深的地方信号薄弱、功耗过大、接入量小等问题。石家骏、钟俊[5]等使用ZigBee技术完成对抄表系统的网关设计，但ZigBee模块价格贵，传输距离短，需要基站多，大面积现场设备的布置成本过高。目前市场上新出现的NB-IoT技术是第三代合作组织针对物联网应用而制定的协议标准[6]，具有深度覆盖、低功耗、低成本、大连接、基站兼容性好等优势[7-8]，能够很好地解决供水监测设备电池容量有限、接入量小和信号弱等问题[9-10]。……