基于LoRa的工业采集系统设计与研究

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随着我国经济的快速发展,工业生产技术也日新月异,所需的工业信息采集技术却无法满足越加繁复的生产环境。为了解决工业领域在生产过程中对信息的实时采集的同时,实现低成本并简化采集网络的部署,提高实际生产中的采集效率,本文设计了基于LoRa的工业采集系统。本文首先分别从工业采集技术的发展背景和国内外研究现状两个方面进行介绍,并对比了目前应用较为广泛的无线采集方案,对LoRa的技术特点逐步展开,得出LoRa技术在工业场景中在数据采集方面的巨大优势的结论。根据企业需求给出了系统的技术需求分析及总设计结构组成。其次,介绍了系统的硬件组成,系统分别由终端采集节点模块、中继设备模块、网关模块三个部分组成,在考虑到MCU最大功率因素及成本等因素的前提下,终端、中继采集节点模块均选择STM32F103VET6芯片,系统所有节点射频芯片均使用SX1278芯片,SX1278芯片具有传输距离远、低功耗的特点,网关需要完成节点的数据处理、存储、上传,集中器芯片选用飞思卡尔i.MX28芯片。最后由esp8266 wifi模块或以太网接口将处理完成的数据上传至服务器。在系统硬件设计章节给出了系统的各个硬件模块设计框架。再次,本文对系统的软件进行设计,给出了软件总设计方案。首先阐明了传统LoRa星型拓扑结构在工业采集应用上的弊端,提出了新型的组网结构并详细说明了新型拓扑结构的组网过程和通信方式然后介绍了本系统的串口通讯协议设计和网络通信协议的设计以及LoRa模块的程序设计思路和流程。最后,在工厂环境下对LoRa节点模块进行传输距离和功耗进行测试,在新型拓扑结构下进行节点组网收发情况进行测试,证明新拓扑具有组网能力和自愈能力,最后测试系统是否能将采集数据上传至服务器,在web端显示采集数据。测试结果达到要求,符合预期设计目标。
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