技术领域
[0001] 本公开涉及
物联网相关技术领域，具体的说，是涉及一种NB-IoT实训实验箱。
背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 对于电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求。人与人之间的通讯规模已近
天花板，物与物的通信则刚刚进入增长快车道。随着可穿戴、车联网、智能抄表等新兴市场的开启，工业4.0、智慧城市、智慧农业等理念照进现实，万物互联的时代正
加速到来。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。目前已经出现了大量物与物的联接，然而这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术承载，但非运营商移动网络。传统的物与物的联接无法解决系统大容量、远距离、低功耗、低成本问题。
[0004] 基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
[0005] NB-IoT具备四大特点：一是广
覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100 倍；二是具备
支撑海量连接的能
力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模
块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。
[0006] 鉴于NB-IoT技术的日趋成熟以及NB-IoT技术应用的日渐丰富，与之相应的人才需求也会日益提高，着力培养这方面的研发应用型人才，提供一种NB-IoT技术培训设备是本领域技术人员亟需解决的技术问题。实用新型内容
[0007] 本公开为了解决上述问题，提出了一种NB-IoT实训实验箱，在实验箱中设置了NB-IoT本地
服务器、至少两个NB-IoT
节点和
传感器开发套件，通过将上述各实训部件连接并加载相应的配置文件，可以建立NB-IoT蜂窝网络实现数据的采集和传输，从而实现了物联网基于蜂窝的窄带物联网的实训，本公开将5G通信技术中的NB-IoT引入教学领域，为学生掌握前沿科技提供助力，并且本公开的实训部件放置在实训箱中，整个实训装置便于携带，便于推广使用。
[0008] 为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0009] 一种或多个
实施例提供了一种NB-IoT实训实验箱，包括实验箱和设置在实验箱内的NB-IoT本地服务器、至少两个NB-IoT节点和传感器开发套件，传感器开发套件用于检测数据，NB-IoT节点用于与传感器开发套件连接并采集检测数据，NB-IoT节点之间相互连接用于形成蜂窝网络，NB-IoT本地服务器用于与至少一个NB-IoT节点连接并获取蜂窝网络中所有NB-IoT节点的采集数据；
[0010] 实验箱内设置多个内置腔，内置腔的腔体结构分别与上述传感器开发套件、NB-IoT节点和NB-IoT本地服务器外形结构相适应。
[0011] 进一步地，NB-IoT节点包括NB-IoT终端节点和NB-IoT终端节点开发板。
[0012] 进一步地，NB-IoT终端节点开发板包括开发板ARM处理单元、开发板NB-IoT通信模块、按键、指示灯和传感器连接
接口，所述开发板ARM处理单元分别与开发板NB-IoT通信模块、按键和传感器连接接口连接，指示灯和传感器连接接口
串联连接。
[0013] 进一步地，NB-IoT终端节点包括终端节点ARM处理单元、终端节点NB-IoT通信模块和
存储器，所述终端节点ARM处理单元分别与终端节点NB-IoT通信模块和存储器连接。
[0014] 进一步地，传感器开发套件包括加速度传感器模块、光照传感器模块、
超声波传感器模块、
磁阻传感器模块、温
湿度传感器模块、GPS 模块和蜂鸣器模块。
[0015] 进一步地，还包括教辅资料，在实训箱中设置相应的文件放置区域。
[0016] 进一步地，教辅资料包括《NB-IoT实训
说明书》、《实验手册》、针对教师端设计的教学PPT、教学课件和针对学生端设计的NB-IoT 技术教材。
[0017] 与
现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0018] (1)本公开在实验箱中设置了NB-IoT本地服务器、至少两个 NB-IoT节点和传感器开发套件，通过将上述各实训部件连接并加载相应的配置文件，可以建立NB-IoT蜂窝网络实现数据的采集和传输，从而实现了物联网基于蜂窝的窄带物联网的实训，本公开将5G通信技术中的NB-IoT引入教学领域，为学生掌握前沿科技提供助力，并且本公开的实训部件放置在实训箱中，整个实训装置便于携带，便于推广使用。
[0019] (2)本公开以去
云端化的技术，使NB-IoT的理论知识与实践相结合，将绝大部分部署于与平台的服务及功能，集成到实验箱提供的本地网管上，这样使实验箱的实验过程不依赖于远程云平台，使实验能够在本地实验箱实现，增强了实训的可操作性。
附图说明
[0020] 构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
[0021] 图1是本公开的NB-IoT实训网络架构图；
[0023] 图3是本公开的NB-IoT终端节点开发板结构
框图；
[0024] 图4是本公开的普通NB-IoT终端节点结构框图。具体实施方式：
[0025] 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0026] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028] 在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种 NB-IoT实训实验箱，包括实验箱和设置在实验箱内的NB-IoT本地服务器、至少两个NB-IoT节点和传感器开发套件，传感器开发套件用于检测数据，NB-IoT节点用于与传感器开发套件连接并采集检测数据，NB-IoT节点之间相互连接用于形成蜂窝网络，NB-IoT本地服务器用于与至少一个NB-IoT节点连接并获取蜂窝网络中所有NB-IoT节点的采集数据；
[0029] 如图2所示实验箱内分别设置与上述传感器开发套件、NB-IoT 节点和NB-IoT本地服务器外形结构相适应的内置腔，分别用于存放上述传感器开发套件、NB-IoT节点和NB-IoT本地服务器。
[0030] NB-IoT本地服务器包括存储器、处理器、转接板和
外壳，所述转接板、存储器分别与处理器连接。所述处理器的型号为树莓派3B+，本地服务器内置NB-IoT通信协议实现API的调用。
[0031] 转接板用于NB-IoT本地服务器外扩其他设备，如传感器模块或其他通信模块。转接板结构为
单层电路板，上配有插针排，可插接模块。
[0032] NB-IoT本地服务器实现NB-IoT节点数据的本地化存储，同时支持API的调用。本地服务器内置支持NB-IoT通信服务的
软件服务。软件服务的提供形式为WEB API方式，即通过第三方设备如PC机、
平板电脑、手机APP等支持WEB服务的设备，通过
访问本地服务器提供的API接口，进行NB-IoT节点数据的交互。通过本地服务器，不但可以在Web客户端查看NB-IoT节点的应用数据，还可以在Web客户端调用API接口，实现与NB-IoT节点的下行数据交互。除此之外， NB-IoT本地服务器丰富的API接口以及详尽的说明文档和示例，可以满足各种应用场景的定制化需求。
[0033] 根据实验的操作性，NB-IoT节点实训用途分类，可分成两类，一类主要用来测试、使用NB-IoT通信协议的NB-IoT终端节点。一类是用来开发、调试设备的NB-IoT终端节点开发板。数据传输功能上 NB-IoT终端节点和NB-IoT终端节点开发板相同。
[0034] 如图3所示，NB-IoT终端节点开发板主要由开发板ARM处理单元、开发板NB-IoT通信模块、按键、指示灯和传感器连接接口构成。所述ARM处理单元分别与NB-IoT通信模块、按键和传感器连接接口连接，指示灯和传感器连接接口串联连接，用于指示接口是否能够正常传输数据。按键用于用于
人机交互，如传感器触发获取数据操作，程序流程控制等。
[0035] 传感器套件和NB-IoT通讯模块可以通过相应的连接接口安装于 NB-IoT开发板，NB-IoT开发板可与NB-IoT本地服务器通过NB-IoT 网络及以太网进行数据传输。NB-IoT通信模块型号可以为NB05-01 模组。
[0036] 如图4所示，NB-IoT终端节点主要包括终端节点ARM处理单元、终端节点NB-IoT通信模块和存储器，与NB-IoT终端节点开发板的
硬件结构的区别在于没有设置传感器连接接口，NB-IoT终端节点主要用于测试、使用NB-IoT通信协议，通过NB-IoT通信模块与NB-IoT 本地服务器连接进行测试，实训时，在存储器中存储要传输的数据，看数据能否正常传输。NB-IoT终端节点只能够用来进行多节点通信测试，不能开发调试传感器。存储器用于存储配置的数据，将配置数据通过无线传输可以查看网络连接是否正常。
[0037] NB-IoT节点支持常用外围通信协议：UART、I2C、SPI等，且对外提供丰富的扩展口。支持STM32L0系列芯片
基础资源的开发学习，且支持NB-IoT技术的低功耗、超远距离、跳频、扩频通信等特性的应用开发调试。
[0038] 传感器开发套件可以设置最常用的
外围设备接口：I2C、SPI、UART 等。在熟练掌握NB-IoT节点、NB-IoT本地服务器的使用操作后，可以将传感器开发套件设置在NB-IoT终端节点开发板上做深入的、定制化的应用开发，加深学生的实际应用和动手能力。
[0039] 传感器开发套件可以包括加速度传感器模块、光照传感器模块、
超声波传感器模块、磁阻传感器模块、温湿度传感器模块、GPS模块和蜂鸣器模块。在进行实训时加速度传感器模块、光照传感器模块、
超声波传感器模块、磁阻传感器模块、温湿度传感器模块、GPS模块和蜂鸣器模块分别与NB-IoT终端节点连接。
[0040] 加速度传感器可以采用ADXL362芯片可实现3轴测量，可以采用 SPI
通信接口。光照传感器采用光敏器件，可以为光敏
电阻，响应
波长320～730nm，可以采用模拟输出通信接口。超声波传感器可以采用 KS-A104，探测距离为20-4500mm，束波
角度小于15°，支持UART接口。磁阻传感器可以采用HMC5883L芯片，模块测量范围为±8Gas，可以采用I2C通信接口。温湿度传感器模块可以采用SHT20，
温度测量范围-40～125℃，湿度测量范围为0～100％RH，采用I2C接口通信。 GPS可以采用SKG09A模块，
定位精度2.5m(SBAS)，首次
热启动定位时间＜1s，支持UART通讯接口。
[0041] NB-IoT通信模块的结构可以采用NB05-01模组，发射功率为 23dBm±2dB，可以采用UART通信接口，支持AT指令，支持850MHz、 900MHz频段。蜂鸣器与处理器连接可以设置为如传感器报警，通信状态提示，按键提示音等等。
[0042] 本实训实验箱还可以包括教辅资料，可以在实训箱中设置相应的放置区域用于放置教辅材料，教辅资料可以包括：
[0043] 针对实训平台软硬件设备的整体说明《：NB-IoT实训平台说明书》；
[0044] 针对NB-IoT通信技术设计的实验《：实验手册》；
[0045] 针对教师端设计的教学PPT、教学课件；
[0046] 针对学生端设计的NB-IoT技术教材等。
[0047] 本公开的实训实验箱适用于学校实验室、物联网科研企事业单位、物联网系统集成商演示系统等相关领域。
[0048] 本公开的实训实验箱作为NB-IoT教学设备，主要用于教学、开发以及实验，为物联网专业相关课程提供良好的教学、实验环境，方便展示和教学，使同学们能够迅速掌握NB-IoT相关技术。教师借助该设备及相关教学软件能够方便地在课堂上演示NB-IoT的开发过程和运行实例，同时还能辅助教师和学生高效地进行课程实践。
[0049] 以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0050] 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或
变形仍在本公开的保护范围以内。
