1. 研究目的与意义
| 随着当前社会的迅速发展，包括交通运输以及人们的工作生活都越来越离不开交通。而快捷交通的建立就要求尽快发展智能交通系统的系统，其中交通流量监测系统是整个智能交通系统的必要条件。 国内目前关于交通流量的研究集中在基于图像与图像处理技术这一块，这种交通流量检测方式具有准确、实时的特点，但同时也有部分缺点。比如，这类技术依赖图像，必须要有视频输入设备，大部分视频输入设备都很昂贵；并且这类技术大都作为辅助技术依附于视频监控技术，视频监控技术在有着方便准确特性的同时也由部署成本相对较高的特点。所以不适合逻辑复杂或者物理地形复杂的路段。 本课题致力于寻找一种成本低廉，易部署的交通流量检测方案，可以作为现代交通流量监测的辅助手段，亦或是能独立自成完整系统并完成交通流量检测功能，兼有准确、实时的特点。 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things,窄带物联网）是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信LPWAN (LowPower WideArea Network，低功耗广域网)技术，全球业界超过50家公司积极参与。物联网通信技术有很多种，从传输距离上区分，可以分为两类:一类是短距离通信技术，另一类是广域网通信技术。短距离通信技术的代表技术有Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth, Z-wave等，这些技术具有功耗低、待机时间长等优点。广域网通信技术一般定义为LPWAN有两类：一类是工作在非授权频段，另一类是工作在授权频段。短距离通信技术虽然在数据传输能力、待机能力和稳定性等条件达到了本课题的要求，但是因其需要独立组网以及传输距离的限制，并不是完成方案的最佳候选。目前主流的LPWAN技术有LoRa、SigFox、NB-IoT和eMTC。 其中LoRa和SigFox属于私有技术应用时需要单独组建网络而且使用的频谱没有授权在安性上也存在缺陷而NB-IoT和eMTC是3GPP的标准技术可叠加在现有2G/3G/LTE的蜂窝网络上使用的频段有授权已被沃达丰、中国移动、中国电信、中国联通等大运营商采纳并被华为爱立信、高通英、特尔等产业链上游厂商追捧，发展前景非常好。 如图1所示，eMTC适合满足对速率、语音、移动性和定位能力要求相对较高的业务需求，如支持VoLTE，可用于有通话需求的可穿戴设备;支持移动性，可用于移动POS支付以及物流跟踪等方面;速率较高，可以满足分时计费智能电表较大传输数据量的要求等。而NB-IoT适合满足成本敏感、低频唤醒、位置较为固定、所处环境屏蔽物较多的业务需求，如低速率低成本的特性可满足对成本较为敏感的智能停车、烟雾探测器的需求;深覆盖的 |
由此可见NB-IoT是一项非常适合交通流量检测的传输技术。
交通流量除了视频检测手段外，目前还有其他一些常用的检测方式，比如环形线圈检测器、地磁检测器、超声波检测器、微波雷达检测器、红外检测器等。这些传感器远比视频监控成本低。
以上条件满足完成寻找一种成本低廉，易部署的交通流量检测方案条件。特别是NB-IoT技术的发展更加为轻量智能交通检测系统的建立提供了坚实的基础。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
（1）基于stm32单片机的道路车辆数据检测模块。基于stm32单片机，采用合理的传感器，完成对交通流量数据的采集和分析。
（2）基于nb-iot的网络构建。利用stm32软件开发工具keil4完成对nb-iot模块的驱动，并且能够完整有效快速的传输数据。利用nb-iot模块完成网络构建。
3. 研究的方法与步骤
本课题采用文献研究法和实验研究法。
首先搜寻和阅读相关文献，在总结前人的研究成果后提出方案并进行实验加以验证改善。
下面是系统框图，分为硬件系统框图、网络框图和软件功能框图。
（1）
| 图 SEQ 图 \* ARABIC 2 硬件系统框图 |
如图2所示，整个硬件分为两部分，一部分为基于STM32的数据采集模块，另一部分为服务器。数据采集模块基于STM32单片机，利用传感器获得流量数据，传感器获得数据后通过串口传输给单片机，单片机将数据收集处理后通过NB-IoT模块传输给服务器/云端。
（2） 网络框图：
（3）软件功能框图：
如图4所示，软件功能将分为三大部分：实时检测交通流量、交通拥堵预测以及交通流量记录。
实时检测交通流量主要包括路段实时流量监测，将交通状况分为五级——空闲、顺畅、正常、繁忙、拥堵。交通拥堵预测是通过对实时传来的数据经行计算处理，对有可能拥堵的路段经行预测。交通流量记录是按时间地点记录交通流量，并且可以导出以进行研究。
研究步骤：
（1）查阅设计中涉及的参考文献；
（2）综合运用相关的专业知识，设计系统的控制方法，确定软件的开发及硬件的选型；
（3）进行硬件电路设计，绘制PCB原理图；
（4）按照控制算法设计并编写相关的控制软件程序；
（5）进行软件的调试与仿真；
（6）进行电路图的安装，完成实物的设计和验收。
4. 参考文献
[1]李重严.窄带物联网(nb-iot)新技术及其应用[j].通讯世界,2017(23):61-62.
[2]谭挺,王维锋,万剑,周云城,谢斌.基于多路地感线圈的交通流量检测系统研究[j].华东交通大学学报,2017,34(02):60-65.
[3]张万春,陆婷,高音.nb-iot系统现状与发展[j].中兴通讯技术,2017,23(01):10-14.
5. 计划与进度安排
| 序号 | 起讫日期 | 工作内容 |
| （1） | 2022年2月13日- 2022年2月19日 | 对研究课题《基于STM32单片机的水浊度测量仪研究与设计》进行调研 |
| （2） | 2022年2月20日- 2022年3月1日 | 查阅和以STM32单片机为核心控制器的交通流量研究相关的文献资料 |
| （3） | 2022年3月1日- 2022年3月7日 | 确立系统整体的设计方案，通过调研了解整个系统大体的设计思路 |
| （4） | 2022年3月8日- 2022年3月18日 | 研究系统硬件方面的设计，确定核心控制器、传感器以及芯片的选取，对电路板进行设计与绘制 |
| （5） | 2022年3月18日- 2022年4月18日 | 研究系统软件方面设计，进行单片机控制程序以及传感器内部程序和通信模块中信号发射与接收程序的设计 |
| （6） | 2022年4月19日- 2022年5月9日 | 对设计好的软件与硬件进行联合调试，对实验结果进行误差分析，以求实验方案的改进 |
| （7） | 2022年5月10日- 2022年6月8日 | 制作PPT，准备答辩 |
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