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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与方法

1.4 论文章节安排

第2章 系统总体分析

2.1 系统总体框图

2.2系统主控方案选型

2.3温湿度传感器选择

2.4显示模块选择

2.5通信模块选择

第3章 系统电路设计

3.1 系统总体电路组成

3.2 主控电路设计

3.3 电源电路设计​

3.4 MOS管控制电路设计

3.5 蜂鸣器电路设计

第4章 系统软件设计

4.1 系统软件介绍

4.2 主程序流程图

4.3按键函数流程设计

4.4显示函数流程设计

4.5处理函数流程图

第5章 实物调试

5.1 整体实物构成

5.2 阈值设置功能测试

5.3 远程控制功能测试

第6章 软件调试

6.1 软件介绍

6.2 参数获取并上传功能测试

6.3 远程控制功能测试

第7章 总结

参考文献

致谢

1　引 言

1.1 研究背景与意义

随着城市化进程的不断加快，城市环境问题日益凸显，对人们的生活质量以及城市的可持续发展产生了诸多影响。在这样的大背景下，准确、实时地监测城市环境各项指标变得至关重要，基于此，基于NB-IoT的城市环境监测系统应运而生。

传统的城市环境监测方式往往依赖人工定期巡检、定点监测设备等，不仅耗费大量人力物力，而且数据获取存在时间滞后性，难以做到对环境变化的实时捕捉和及时响应。例如在一些大型公园、城市绿化区域，想要了解土壤湿度是否适宜植物生长，靠人工检测无法保证及时性，可能导致植物因缺水等问题生长不良。对于空气温湿度、二氧化碳浓度等指标，若不能及时知晓其异常变化，可能影响居民的舒适度以及城市的生态环境质量。

而本设计的基于NB-IoT的城市环境监测系统有着重要意义。其一，它能够实现对光照强度、空气温湿度、土壤湿度以及二氧化碳浓度等多方面环境参数的实时、自动监测，通过OLED屏显示，现场人员可快速查看数据，提高了监测效率和准确性。其二，系统的阈值设置及相应调控功能，可智能化地对环境进行调节，像自动控制浇水、通风降温、补光等操作，有助于维持城市环境处于良好状态，保障植物健康生长以及提升居民生活舒适度。其三，借助NB-IoT模块将数据发送至云端，再通过手机APP远程展示数据，这方便了管理人员、科研人员等随时随地掌握环境情况，打破了空间限制，为城市环境的科学规划、精准治理以及生态保护等工作提供了全面且可靠的数据支撑，有力推动城市向着绿色、宜居的方向发展。

1.2 国内外研究现状

在当今全球范围内，对于基于物联网技术的城市环境监测系统的研究都备受关注，且取得了诸多成果与进展。

国外在这一领域起步相对较早，不少发达国家凭借先进的信息技术与雄厚的科研实力，积极开展相关研究与实践。一些欧美国家的科研团队致力于构建高精度、高可靠性的环境传感器网络，将各类传感器与物联网技术深度融合，以实现对城市环境参数更全面、更精准的监测。例如，部分城市已经广泛部署了能够实时监测空气质量、气象状况以及土壤环境等多维度指标的物联网监测节点，并且利用成熟的通信技术如NB-IoT、LoRa等将数据稳定传输至云端平台，相关的手机应用程序也已开发得较为完善，市民和环境管理部门可以便捷地获取环境信息并进行分析决策。同时，在传感器的微型化、低功耗以及数据加密传输等方面也不断有新突破，进一步提升了系统的整体性能和安全性。

在国内，随着物联网、大数据等新兴技术的蓬勃发展，基于NB-IoT的城市环境监测系统同样成为研究热点。众多科研机构和企业纷纷投入到该领域的研发中，一方面不断优化传感器的性能，提高其在复杂城市环境下的适应性和测量精度，降低成本以利于大规模部署；另一方面，我国在NB-IoT通信技术的应用拓展上成果显著，打造出了多个具有自主知识产权的城市环境监测平台，不仅实现了数据的远程传输与实时展示，还结合智能算法对环境数据进行分析预测，为城市环境治理、生态保护等工作提供科学依据。并且，国内也在积极探索如何将环境监测系统与城市的其他基础设施管理系统相融合，形成一体化的智慧城市管理体系，提升城市整体的精细化管理水平，在该领域正逐步缩小与国外先进水平的差距，并展现出巨大的发展潜力。

1.3 研究内容与方法

基于NB-IoT的城市环境监测系统的研究内容主要包括深入剖析NB-IoT技术的原理、特性及其在环境监测中的优势与局限性。同时，调研城市环境监测的实际需求，设计包含感知层、传输层、平台层和应用层的系统架构，确定传感器选型、数据采集与传输策略、能耗管理等关键模块和参数。此外，还需研究高效的数据压缩和加密算法，探索低功耗的数据传输机制，以及多传感器数据融合技术，以提高数据传输的安全性、实时性和准确性。

研究方式上，首先通过文献分析法了解NB-IoT技术的发展现状及在环境监测领域的应用情况。然后基于实际需求分析，进行系统设计与仿真，并通过仿真软件对系统性能进行初步验证。接着搭建实验平台，进行实际的系统开发和测试，选择典型城市环境监测场景进行应用测试。最后，将所设计的系统与其他环境监测技术进行对比，分析其优缺点。