基于NB-IoT的能量收集系統(tǒng)電池狀態(tài)監(jiān)測可視化系統(tǒng)設(shè)計

陳雨利，王曉峰

（1.北京信息科技大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京 100192；2.清華大學(xué)，北京 100084）

0 引 言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1]由大量無線傳感器節(jié)點組成，是一種可以實時監(jiān)測、感知和采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過遠距離無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、智慧城市、航空航天探測等領(lǐng)域。由于無線傳感器節(jié)點一般分布在人跡罕至、環(huán)境惡劣的地區(qū)，或者是處于工作人員不便隨時更換電池的場景，所以多采用環(huán)境能量收集系統(tǒng)作為傳感器節(jié)點的主要供能模塊[2]。能量收集系統(tǒng)能夠?qū)⑻柲堋L(fēng)能、溫差能、振動能等多種形式的環(huán)境能量進行收集并轉(zhuǎn)換成電能，再將其存儲到鋰電池中等待后續(xù)使用。偏遠地區(qū)主要以太陽能作為重要的能量收集來源，然而在黑夜或者長期陰天等無法采集太陽能的情況下，便只能依靠儲存電量的鋰電池供電從而維持能量收集系統(tǒng)正常工作。一旦鋰電池電量耗盡，便需要維護人員及時更換電池，維持電量收集系統(tǒng)正常工作，否則可能造成電量收集系統(tǒng)所供電的無線傳感網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)不可預(yù)估的問題。所以設(shè)計一個可以在偏遠地區(qū)監(jiān)測電池狀態(tài)并在遠端實時顯示電池荷電狀態(tài)即剩余電量（SOC）的電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是十分重要的。此系統(tǒng)可以在電量耗盡前發(fā)出警告，從而提示工作人員及時更換電池，保證無線傳感網(wǎng)絡(luò)正常運行。

傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)存在本地存儲電池數(shù)據(jù)有限和無法遠程傳輸數(shù)據(jù)等問題，導(dǎo)致無法遠程實時監(jiān)測電池狀態(tài)[3]。而目前對能量收集系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測主要是實現(xiàn)電池的充放電過程控制、MPPT控制分析[4]，以及通過對光伏電池板的工作電壓、電流、溫度、光照強度等數(shù)據(jù)進行分析來檢測電池板是否正常工作[5-6]，缺乏對電池電量的監(jiān)測。一般儲能鋰電池的電量監(jiān)測系統(tǒng)通常直連上位機，或者利用WiFi、ZigBee等短距離通信技術(shù)進行電池數(shù)據(jù)的傳輸[7]，存在傳輸距離有限等缺點，無法滿足偏遠地區(qū)電池狀態(tài)監(jiān)測的要求。因此，如何實現(xiàn)電池狀態(tài)的遠距離實時監(jiān)測，從而保證無線傳感節(jié)點正常工作，成了亟需解決的問題。

隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也成為了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的熱點[8]。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band-Internet of Things, NB-IoT）是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的新興技術(shù)，相比傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如WiFi、藍牙、ZigBee等存在數(shù)據(jù)通信距離短、通信覆蓋能力有限等問題，其具有廣域覆蓋、海量連接的優(yōu)點，因而得到更廣泛的應(yīng)用。NB-IoT技術(shù)基于蜂窩數(shù)據(jù)，理論上在有運營商網(wǎng)絡(luò)信號的地方就可以實現(xiàn)傳輸，無需自建網(wǎng)絡(luò)，非常適合遠距離數(shù)據(jù)傳輸[9]。此外，NB-IoT還具有超低功耗特性，非常適合作為低功耗設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸手段。結(jié)合NB-IoT的技術(shù)特性以及目前電池監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，我們提出了一種基于NBIoT技術(shù)的遠程實時監(jiān)測電池狀態(tài)的方法，將各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)以及電池數(shù)據(jù)通過NB-IoT技術(shù)傳輸?shù)皆破脚_，并利用物聯(lián)網(wǎng)云平臺作為數(shù)據(jù)庫存儲海量歷史數(shù)據(jù)，在自設(shè)計的手機端程序上實現(xiàn)工作環(huán)境數(shù)據(jù)和電池狀態(tài)數(shù)據(jù)的可視化，完成了超遠程實時監(jiān)測電池狀態(tài)。此設(shè)計能夠降低能量收集系統(tǒng)的運維成本，保證系統(tǒng)正常工作，具有實際工程意義。

1 系統(tǒng)總體框架

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)傳輸端、數(shù)據(jù)存儲端及數(shù)據(jù)可視化端組成。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

數(shù)據(jù)采集端基于STM32主控芯片，利用溫濕度采集模塊、鋰電池電壓數(shù)據(jù)采集模塊、電流轉(zhuǎn)電壓信號模塊采集能量收集系統(tǒng)中鋰電池的電壓、電流數(shù)據(jù)，以及采集設(shè)備所處環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)，在STM32嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計SOC算法計算得出電池電量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸端設(shè)計采用NB-IoT通信模塊，通過STM32芯片控制NB-IoT通信模塊與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺建立通信連接，STM32讀取采集模塊的數(shù)據(jù)并通過串口傳輸?shù)絅B-IoT模塊再將其發(fā)送到云平臺存儲、展示。設(shè)計了串口轉(zhuǎn)USB通信模塊，可以在電腦串口調(diào)試助手打印輸出信息，方便系統(tǒng)調(diào)試。

數(shù)據(jù)存儲端采用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺搭建了云端數(shù)據(jù)庫，建立規(guī)則引擎將設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到阿里云數(shù)據(jù)庫進行存儲。云數(shù)據(jù)庫可以可靠地存儲海量數(shù)據(jù)，也更便于后續(xù)開發(fā)的手機端小程序接入。

數(shù)據(jù)可視化端則是基于阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺存儲設(shè)備傳輸?shù)奈锬Ｐ蛿?shù)據(jù)接口，設(shè)計了微信小程序接入阿里云平臺，開發(fā)了當(dāng)前數(shù)據(jù)展示界面歷史數(shù)據(jù)折線圖界面及用戶登錄系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程、實時、在線監(jiān)測電池狀態(tài)。

2 鋰電池電量估算方法

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊能夠采集電池兩端的開路電壓，本研究中還需要測量剩余電量SOC，因此需要在系統(tǒng)中設(shè)計電池電量的估算方法，這也是電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中最核心的部分[10]。電池剩余電量即SOC，是指電池剩余電量占額定電池容量的比值[11]，如式（1）所示：

式中：Qremain為電池剩余可用電量；Qrated為電池額定的電荷容量。

由于無線傳感器的能量收集系統(tǒng)電壓變化范圍相對較小，而且要實現(xiàn)在單片機上實時檢測并計算得出電池SOC，故需選擇一種相對廣泛的SOC計算方法。查閱文獻，對比了各種估算方法，由于電池的開路電壓（OCV）與SOC存在對應(yīng)關(guān)系[11-14]，因此可以選擇開路電壓法來進行SOC估算。這種方法首先要進行電池開路電壓測試實驗，通過實驗獲得電池開路電壓和SOC的對應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)擬合得到OCV-SOC曲線及函數(shù)關(guān)系式。當(dāng)電池靜置足夠長的時間后，再次檢測電池端電壓值，通過對擬合后的OCV-SOC對應(yīng)關(guān)系計算得到電池SOC估算值。

3 硬件設(shè)計

系統(tǒng)需實現(xiàn)采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)、電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，再無線傳輸數(shù)據(jù)的功能。硬件電路主要由兩部分組成：數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)傳輸端。

3.1 數(shù)據(jù)采集端電路設(shè)計

本系統(tǒng)擬采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)、電池電壓和電流數(shù)據(jù)并計算出電池SOC，因此設(shè)計了一系列數(shù)據(jù)采集電路。數(shù)據(jù)采集端電路設(shè)計包括STM32主控芯片系統(tǒng)設(shè)計、溫濕度傳感器模塊設(shè)計、鋰電池數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計，數(shù)據(jù)采集端電路原理如圖2所示。由于設(shè)備應(yīng)用場景是對無線傳感節(jié)點能量收集系統(tǒng)的電源狀態(tài)進行檢測，因此需滿足低功耗要求。主控芯片采用意法半導(dǎo)體出品的STM32L151RCT6超低功耗MCU，該系列芯片運行頻率為32 MHz，具有性能優(yōu)越的ARM Cortex-M3+32位RISC內(nèi)核，還有多種I/O及外部接口，以及內(nèi)存保護單元、高速嵌入式存儲器。時鐘電路是單片機的心臟，由晶振、電容、電阻組成，可控制單片機的工作時序。電源電路用于提供單片機正常工作的電源電壓，由6個去耦電容組成。由電容、開關(guān)、電阻組成的復(fù)位電路，其低電平為復(fù)位有效電平。SWD模式下載電路用于單片機燒錄程序，相比JTAG模式接線更簡單，且具有在線仿真調(diào)試功能。單片機的UART2與CH340連接，實現(xiàn)串口轉(zhuǎn)USB輸出功能，可以在電腦串口調(diào)試助手打印輸出信息，方便系統(tǒng)調(diào)試。

圖2 數(shù)據(jù)采集端電路原理

溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，這是一款溫濕度復(fù)合傳感器，可以同時測量溫濕度數(shù)據(jù)。并且已經(jīng)校準(zhǔn)了數(shù)字信號輸出，無需額外經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換即可被單片機讀取。工作電壓范圍為3.3～5 V，溫度測量范圍可達0～50 ℃，濕度測量范圍為20%RH～95%RH。內(nèi)部設(shè)計采用一個電阻式感濕元件用于測量濕度，溫度測量則采用一個NTC測溫元件，二者再與一個性能出色的8位單片機相連接，高集成度的系統(tǒng)使用起來更加簡易快捷。DHT11的VCC引腳接3.3 V，GND引腳接地，DATA引腳接入STM32芯片的PB8管腳即可直傳數(shù)據(jù)。

由于單片機自身只能采集0～3.3 V的電壓，而鋰電池最大電壓為4.32 V，設(shè)計采用飛利浦公司出品的PCF8591芯片采集電池電壓數(shù)據(jù)。PCF8591芯片是一個支持外部4路電壓輸入采集（電壓輸入范圍0～5 V），由單一電源供電的8位A/D轉(zhuǎn)換低功耗數(shù)據(jù)獲取芯片。被測電池正極接PCF8591的AIN0作為電壓輸入，芯片的SCL和SDA分別為I2C的時鐘引腳和數(shù)據(jù)引腳，通過I2C總線接口與STM32芯片通信。

系統(tǒng)還需要采集電流數(shù)據(jù)，但由于單片機只能采集電壓信號，因此電路采用由LM358運算放大器和ICL7660芯片組成的電流采集模塊。LM358運放實現(xiàn)電流檢測放大功能，ICL7660為運放提供負(fù)電源，最終將采集的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號被單片機讀取。設(shè)計還利用2A升壓板作為穩(wěn)壓電源模塊，通過USB或者太陽能電池板為模塊供電。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸端電路設(shè)計

在數(shù)據(jù)采集端將數(shù)據(jù)測出來之后還需要通過數(shù)據(jù)傳輸端進行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸端設(shè)計主要是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)通信模塊外設(shè)電路設(shè)計，包括模塊串口通信連接、NB-IoT天線座連接、USIM卡座連接、電源開關(guān)、復(fù)位、網(wǎng)絡(luò)指示燈等電路設(shè)計。

NB-IoT無線通信模塊是無線數(shù)據(jù)采集器與物聯(lián)網(wǎng)云平臺的連接紐帶，主要包括NB-IoT模組芯片、UART串口接口、復(fù)位、電源、射頻天線、USIM卡座、網(wǎng)絡(luò)指示燈等。為了兼容更多頻段，選擇移遠多模NB-IoT模塊BC26，其支持多種主流協(xié)議[15]，可滿足不同的網(wǎng)絡(luò)需求，本系統(tǒng)的BC26模塊與阿里云平臺通信選擇MQTT協(xié)議。

STM32芯片需要通過UART串口控制BC26模塊，將BC26的TXD和RXD接口與STM32的主串口相連，即可通過UART主串口通信并傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)計PWRKEY電源開關(guān)及RESET復(fù)位電路，可以通過按鍵拉低引腳電平實現(xiàn)開機及復(fù)位功能。PSM模式是模塊省電模式，當(dāng)模塊處于省電模式時網(wǎng)絡(luò)處于斷連狀態(tài)，通過拉低PSM_EINT引腳電平可將模塊喚醒。為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接功能，還需設(shè)計射頻天線及USIM卡座等外設(shè)電路。BC26模塊原理如圖3所示。

圖3 BC26模塊原理

4 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件部分首先完成了NB-IoT模塊與阿里云平臺通信程序的設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸功能。數(shù)據(jù)傳輸完成后，需要對采集的數(shù)據(jù)進行可視化處理，便于維護人員隨時隨地監(jiān)測電池狀態(tài)。因此，我們還設(shè)計了一個手機端微信小程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化功能。

4.1 數(shù)據(jù)傳輸端程序設(shè)計

開發(fā)環(huán)境使用Keil μVision5，采用C語言編程，使用庫函數(shù)及模塊化方式編寫代碼。NB-IoT模塊與云平臺通過AT命令交互，程序控制模塊有序發(fā)送AT命令進行注冊設(shè)備、登錄并連接到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺、訂閱Topic等，完成模塊初始化、設(shè)備接入云平臺的操作。本系統(tǒng)設(shè)計的代碼采用字符串匹配方法，確保返回字符串完全匹配才發(fā)送下一AT命令。NB-IoT模塊連接上云代碼流程如圖4所示。

圖4 NB-IoT模塊連接上云代碼流程

主程序在完成GPIO、串口、I2C、ADC_DMA等一系列配置后，使能各傳感器模塊，開啟NB-IoT模塊初始化連接定時器，循環(huán)讀取采集數(shù)據(jù)并存入Buffer緩存數(shù)組，通過串口發(fā)送到NB-IoT模塊。本系統(tǒng)NB-IoT模塊設(shè)計使用MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云，在阿里云的物模型數(shù)據(jù)界面可實時查看上傳的數(shù)據(jù)。主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程

4.2 數(shù)據(jù)存儲端設(shè)計

本系統(tǒng)采用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺進行數(shù)據(jù)的接收、存儲及轉(zhuǎn)發(fā)。阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺是阿里云面向萬物互聯(lián)時代所搭建的云管理平臺，提供云服務(wù)器計算服務(wù)，用戶無需自建網(wǎng)絡(luò)，利用兼容各種主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備即可接入。本系統(tǒng)選擇阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的主要原因是其具有低代碼、性能可靠、運算快、安全性高的優(yōu)勢，可以更好地對設(shè)備物理數(shù)據(jù)進行分析和可視化展示。

在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺上注冊產(chǎn)品及設(shè)備，獲取設(shè)備的三元組（ProductKey、DeviceName、DeviceSecret）并記錄。本系統(tǒng)還定義了云平臺數(shù)據(jù)上傳Topic和轉(zhuǎn)發(fā)接口，使得云平臺能正確解析上傳的數(shù)據(jù)，便于后續(xù)微信小程序使用阿里云API讀取云平臺的物模型數(shù)據(jù)，具體流程如圖6所示。

圖6 云平臺設(shè)計流程

在云平臺建立規(guī)則引擎，設(shè)置云產(chǎn)品數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，還可以將設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)存儲到阿里云數(shù)據(jù)庫中。云數(shù)據(jù)庫不受硬件容量限制，可存儲海量歷史數(shù)據(jù)。

4.3 數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計

為了更清晰直觀地展示阿里云平臺存儲的物模型數(shù)據(jù)，本文設(shè)計了一個手機端數(shù)據(jù)可視化小程序。數(shù)據(jù)可視化小程序的開發(fā)環(huán)境結(jié)合Vscode與微信開發(fā)者工具，利用HTML、CSS語言設(shè)計系統(tǒng)界面樣式，通過JavaScript語言實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端資源通信、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理等功能。開發(fā)采用B/S架構(gòu)（Browser/Server），阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺作為服務(wù)器端，小程序作為客戶端，云平臺與小程序通過TCP三次握手建立連接，程序發(fā)起HTTP請求獲取資源[16]。本系統(tǒng)使用了封裝在阿里云SDK包內(nèi)的請求方法，簡化了使用原生Ajax請求的方法，大大提高了開發(fā)效率。請求內(nèi)容具體包括請求參數(shù)（請求動作Action、阿里云設(shè)備三元組）、請求方法（POST方法）、請求成功或失敗的回調(diào)函數(shù)。云平臺響應(yīng)并返回一個JSON對象數(shù)據(jù)資源及狀態(tài)碼，狀態(tài)碼為200則表示成功，小程序解析JSON對象并渲染到頁面展示。原理如圖7所示。

圖7 阿里云與小程序連接原理

小程序設(shè)計了3個tab界面：第一個界面展示當(dāng)前時刻的電池數(shù)據(jù)與環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)；第二個界面是歷史數(shù)據(jù)可視化界面，引入了Echarts組件庫，用折線圖動態(tài)表示歷史時刻的數(shù)據(jù)變化；第三個界面是用戶登錄中心，驗證用戶身份信息后才將數(shù)據(jù)展示。總體設(shè)計框圖如圖8所示。

圖8 小程序總體設(shè)計框圖

5 系統(tǒng)測試

實驗簡單模擬了電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的實際使用場景，選取了太陽能作為能量收集系統(tǒng)的單一輸入，實驗采用18650三元鋰離子電池作為能量收集系統(tǒng)的儲能鋰電池，對鋰電池進行電池狀態(tài)監(jiān)測，并觀測其在數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)上的顯示情況。

將各數(shù)據(jù)采集模塊、NB-IoT通信模塊、簡單能量收集系統(tǒng)和鋰電池按照圖9方式正確連接，并將移動物聯(lián)網(wǎng)卡插入SIM卡槽，系統(tǒng)上電，對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示測試。由于本文擬設(shè)計一個能夠進行超遠距離電池狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，因此本實驗還測試了不同場景的數(shù)據(jù)傳輸情況。

圖9 系統(tǒng)實物連接

5.1 數(shù)據(jù)傳輸端測試

在上位機利用串口調(diào)試助手對NB-IoT模塊收發(fā)數(shù)據(jù)進行測試，實現(xiàn)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)通信模塊與阿里云的通信連接。串口調(diào)試界面如圖10所示。

圖10 串口調(diào)試界面

5.2 數(shù)據(jù)存儲端測試

本系統(tǒng)中阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺作為數(shù)據(jù)接收并存儲數(shù)據(jù)的平臺，經(jīng)過測試，設(shè)備顯示在線，可以正常接收并顯示上傳的物模型數(shù)據(jù)，阿里云平臺可以及時響應(yīng)接收設(shè)備上傳的電池數(shù)據(jù)并存儲。阿里云展示界面如圖11所示。

圖11 阿里云展示界面

5.3 數(shù)據(jù)可視化端測試

本系統(tǒng)設(shè)計了微信小程序作為遠程即時監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化端，經(jīng)過測試，微信小程序可以與阿里云平臺實時同步更新物模型數(shù)據(jù)，當(dāng)前數(shù)據(jù)界面如圖12（a）所示。歷史數(shù)據(jù)折線圖每隔兩個小時記錄一次數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)界面如圖12（b）所示。

圖12 微信小程序數(shù)據(jù)界面

5.4 實驗數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

先將18650三元鋰電池充滿電，利用放電儀對鋰電池進行第一次放電測試實驗，利用萬用表、庫侖計對電池各個電壓點的SOC數(shù)據(jù)進行記錄，所得開路電壓與SOC值作為標(biāo)定值，并對數(shù)據(jù)進行擬合得到OCV-SOC曲線，此后的電池SOC估算值在程序中通過擬合得到的關(guān)系進行計算。將電池充滿電再次進行放電實驗，取20個采樣點數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)與實際值的對比如圖13（a）所示，插圖為電壓范圍在4.0～4.2 V區(qū)間的放大圖。表1所列為實驗數(shù)據(jù)分析。利用美德時工業(yè)級溫濕度計對環(huán)境溫濕度進行測量并作為實際溫濕度值。本文設(shè)計的系統(tǒng)采集所得溫濕度數(shù)據(jù)作為測量值，取10個采樣點，測試結(jié)果與實際值曲線如圖13（b），圖13（c）所示。實驗結(jié)果表明，實際SOC與估算SOC最大誤差不超過6%，溫度誤差最大不超過3.08%，濕度誤差最大不超過7.69%，滿足系統(tǒng)要求。

圖13 實驗數(shù)據(jù)曲線

表1 SOC數(shù)據(jù)分析%

此外，還測試了不同場景下的電池狀態(tài)顯示情況，實驗場景分別為：室內(nèi)、地下室、戶外。實驗結(jié)果顯示，系統(tǒng)在有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的場景下均能正確傳輸和顯示環(huán)境和電池數(shù)據(jù)，不受距離影響。測試結(jié)果如圖14所示。

圖14 不同場景下的測試結(jié)果

6 結(jié) 語

本文提出了一種基于NB-IoT和STM32的遠程實時監(jiān)測電池狀態(tài)的系統(tǒng)，并設(shè)計了手機端小程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。實驗測試結(jié)果表明，設(shè)計的系統(tǒng)可以準(zhǔn)確采集電池狀態(tài)數(shù)據(jù)以及環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，通過NB-IoT模塊可以穩(wěn)定可靠地將數(shù)據(jù)超遠距離傳輸?shù)桨⒗镌莆锫?lián)網(wǎng)平臺存儲，手機端的微信小程序也可以遠程實時查看采集的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)彌補了當(dāng)前能量收集系統(tǒng)缺乏電池電量監(jiān)測的不足以及傳統(tǒng)電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸距離有限的問題，極大降低了對無線傳感器能量收集系統(tǒng)的運維成本，確保傳感器節(jié)點的可持續(xù)工作。