基于LoRa的生猪体征监测系统设计与实现

为克服现有生猪体征监测模块功能单一、传输距离受限、功耗大等问题,设计一种以低功耗智能耳标为采集终端的生猪体征监测与异常诊断系统。该系统以无线微控制器为硬件核心,结合猪只体温、心率、运动感知传感器,LoRa和GPRS技术组成的无线传感网络和云服务器构建生猪体征信息采集、健康评估、异常诊断监测平台,提高生猪养殖过程的智能化管理水平。试验表明,该系统运行稳定,能够实时采集、传输、显示、查询生猪体征参数和异常行为,体温相对误差小于1%,心率相对误差小于5%,通信网络丢包率小于5%,传输距离大于3 km,行为辨识结果大于90%,满足中小型规模化生猪养殖场的实际使用需求。可为生猪异常诊断、早期疾病检测治和疫情预防提供科学依据。

基于LoRa通信的无线发射台信号智能监测技术研究

为实现大面积无线发射台信号覆盖监测,有效地抵御监测过程中多径干扰和频率选择性衰减等干扰因素的影响,研究基于LoRa通信的无线发射台信号智能监测技术。在无线发射台发出信号后,转换成数字信号进行对比,识别出有效发射台信号后,通过级联型LoRa组网方式以及LoRa通信技术,将数据发送到服务器中存储,实现无线发射台信号的传输。利用循环位移因子对基带产生的Chirp信号完成调频扩频调制,扩展信号频谱,增强信号抗干扰能力以及传输可靠性,增强信号监测的效果。实验结果表明:该方法能够在距离LoRa终端设备2.5 km处依旧接收到发射台信号,丢包率为12%,能够准确地监测到无线发射台是否存在发射信号。

基于LoRa无线通信的电子脉冲拦鱼器设计

针对传统拦鱼器拦截面积有限、智能化水平低等问题,研制了一种基于LoRa无线通信的电子脉冲拦鱼器。该拦鱼器使用Modbus RTU协议实现一主多从间高速、长距离无线通信,用户可根据不同水产养殖面积灵活选用机组个数、脉冲频率和脉冲宽度等参数,以适应不同水体中不同鱼类产生回避反应的能力。主机发送时序指令控制从机轮流产生两路反相带死区控制的PWM方波,控制IGBT进行快速换向,不仅效率高、安全可靠、耗能低,而且噪声小,符合当前绿色环保理念;同时利用LoRa无线通信的优势,在PLC上配备电导率、溶氧、pH和温度等传感器,可实时监测各从机点的水质信息,对用户水产养殖起到很好的辅助作用。此外,基于C#环境开发出基于物联网的智慧养殖平台,可实时监控拦鱼器的工作状态和各测点水质信息并进行故障预警。该电子脉冲拦鱼器,脉冲频率为3~12 Hz,脉宽为0.6~1.2 ms,比可控硅节电达60%,且植入了“物联网+渔业”的新观念,实现了手机或计算机远程控制。研究表明,该电子脉冲拦鱼器具有自动化、智能化、网络化等特点,能够适用于各类水产养殖的拦鱼作业。

基于LoRa的低功耗温度采集传感器系统设计

针对工业高炉冷却水温监测长期运行、维护成本高问题,设计一种基于LoRa(Long Range)的远距离低功耗无线传感器网络系统;系统搭建基于LoRa通信水温采集终端的模块能耗计算模型,通过对计算模型分析,提出了一种基于LoRa协议层的时钟同步协议和时分多址联合优化的无线通信策略;该策略利用LoRa通信技术完成信息交互,实现网关与终端节点的高精度时钟同步;网关完成可对无线资源调度,动态分配终端节点的时隙资源,以实现数据周期性上传,降低数据传输碰撞的概率,并优化无线资源的使用效率;实验表明,该通信策略与ALOHA通信协议相比,显著提高了通信的投递率和能源效率,进一步提高了LoRa在网络中的性能,所提出的联合优化的无线通信策略是有效的。

基于LoRa无线传感网络的农业温室大棚环境测控系统设计

温室大棚是种植反季农作物的重要设施,棚内环境参数直接决定了农作物的生产质量和数量;然而,现有的测控系统由于受天气条件等因素的影响,导致环境温湿度测试存在一定的误差;为了满足农作物的生长需求,并提高精确度,提出了基于LoRa无线传感网络的农业温室大棚环境测控系统的优化设计;通过改装传感器设备和调整数据处理器和控制器的内部结构,构建了系统数据库并组建了LoRa无线传感网络,实现了实时采集大棚环境数据和传输到系统终端;通过计算调整控制量,实现了对农业温室大棚环境的测控功能;实验结果显示,与传统测控系统相比,优化设计的系统在环境温湿度测试方面的误差显著降低了,分别降低了3.65℃和3.75%。

集控站安全管理中基于LORA的共享无线地线管理系统设计与实现

集控站是基于多个无人自动化值班变电站实施集成化监控管理的系统,能够在局部电网运行过程中,综合控制所辖变电站,实现更高层次的管理研究。提出基于LORA的共享无线地线管理系统设计与实现方案,方案设计借助数字化和可视化运行模式,在集控站安全管理过程中完成变电站端无线接电线状态的实时采集,实现对集控站所辖变电站接地线的去向管理,在共享无线管理结果过程中,优化资源配置。研究结果表明,集控站安全管理中基于LORA的共享无线地线管理系统设计与实现方案,能够在应用过程中有效辅助变电站完成接地线统一无线管理,防止发生接地线使用不规范所引发的事故。

基于LoRa无线网络的网络安全问题分析和实验验证研究

Lo Ra无线网络技术是一项广泛应用物联网平台的网络通信技术,能够以超低功耗提供长距离连接设施。由于AES-128加密技术用于从终端设备到应用服务器的有效负载传输,因此它提供了强大的安全功能。由于其自身网络体系架构的设计,网关是网络中的弱点,这给攻击者提供了可乘之机。提出了一种新的证书认证技术来保护网络中的网关。构建Lo Ra无线网络技术的实验仿真环境进行有效验证,大大提升了Lo Ra无线网络技术的安全性。

基于LoRa设备的人体活动识别研究

近年基于LoRa设备建立的诸多传感模型验证了LoRa设备的长距离传感潜力,但使用特征模糊的LoRa无线信号识别人体活动仍然需要进一步研究。分析了LoRa信号受人体活动影响的传播规律,提出了一种LoRa信号处理方法来提取信号变化特征。随后采集数据创建了2个记录人体活动的LoRa数据集,通过当前先进的深度学习网络检验所提方法的效果。对1个房间内活动种类、活动人员,4个房间内活动人员、活动发生房间的识别准确率均达到了90%以上,对比使用卷积循环神经网络直接进行训练的方法也更节省时间和空间资源。

基于LoRa的工业通讯技术设计与应用探索

目前过程控制系统中一些被控对象安装位置分布零散、I/O变量较少的采集与控制,选择不带CPU的远程I/O模块有着体积小、性价比高、通讯带宽要求低等特点。为了消除如行车式吸泥机等往返移动机构带来的通讯电缆敷设长、使用寿命有限等问题,设计一款基于LoRa技术的工业数据交换装置。该装置选用STM32作为主控制器,通过SX1262实现无线数据的收发、处理。实践证明该装置的通讯距离可满足生产工艺中各远程I/O模块的数据交换要求,极大地提高了生产工艺过程控制系统的敏捷性,有助于数字化生产工艺线的建设。

LoRa多路复用调制的研究与应用

为了解决LoRa调制中存在的数据传输速率受限、用户碰撞等问题,文章首先总结了LoRa调制的多路复用方式;其次根据LoRa调制的数学原理,从频分复用、时分复用、码分复用等方式中选择用额外的地址码区分多路信号;针对该复用方式,最终提出了直接实现的硬件结构。经验证,该方式可以提高数据速率并增强多址接入的兼容性。

基于LoRa的固井井口关键参数无线监测模块

在深水、深井和超深井油气勘探领域,固井作业面临着多重挑战,如施工压力高、作业危险高、劳动强度高、设备老化严重等。为了解决这些问题,提出了一种将精确度高的新型固井流量与压力监测仪与LoRa技术相结合的方案。通过无线组网,在现场采集和存储固井流量和压力数据,并利用4G网络进行远程传输。这使得技术员可以根据实时数据分析和调整固井过程。实际应用表明,现场施工的安全性以及流量和压力数据的稳定性有了明显改善。此外,数据可视化、曲线分析和数据存储等功能的引入对施工数据的可追溯性具有重要价值。

Remote monitoring system for livestock environmental information based on LoRa wireless ad hoc network technology

The environmental quality of livestock houses is key to livestock breeding and directly affects the growth and health of animals.To target the characteristics of long application cycles and large coverage areas for environmental monitoring in large-scale livestock breeding,the current study designed a remote monitoring system to provide livestock environmental information based on LoRa wireless ad hoc network technology.The system consisted of collection terminals,control terminals,LoRa gateways,and Alibaba Elastic Compute Service.It realized real-time collection,wireless transmission,storage of multi-sensor node data,and remote control.The system was not limited by the selected time or region,because data interaction was achieved by accessing cloud servers using GPRS technology.Users could browse and obtain data from computers and a WeChat mini program from any location with network coverage.Additionally,the system used the improved receiver-based auto rate(RBAR)rate-adaptive algorithm in the LoRa wireless communication component.After application on a dairy farm,the results showed that the whole system collected 6140 sets of environmental data from four dairy houses.The packet loss rate was less than 1%within a communication distance of 604 m,and the communication success rate was greater than 99%.The control instructions were real-time and accurate,and the response time was less than 10 s,which met the remote control needs of large farms.The system provided powerful data and technical support for precision animal production.

基于LoRa无线传感网络的群养奶牛个体信息监测系统的设计与实现

针对中小奶牛场群养奶牛个体信息监控系统信息化水平不高以及提升其性价比为目的,设计了基于LoRa无线传感网络为基础的群养奶牛监控系统。该系统的监测节点通过电子耳标进行奶牛身份识别,配以相应传感器采集体温、心率以及运动状态信息,通过优化后的LoRa无线传感网络汇聚节点上传数据至后端监控平台以及移动终端的方法来实现。通过后端监控平台以及移动终端的通信效果实验可知,在传输距离不超过2.5 km的情况下,后端监控平台数据丢包率低于15%,而对20头奶牛的信息数据同步检测与查看,手机移动终端丢包率仅为5.3%~7.4%,能够满足传输距离更远、通信可靠性与稳定性更强的要求。

变电站内局部放电脉冲噪声对LoRa通信的影响研究

在变电站内安装无线传感器网络已经成为发展智能电网的必然趋势。针对变电站中局部放电脉冲噪声对LoRa无线通信产生的干扰问题,首先分析了LoRa调制与解调原理,在该基础上建立了LoRa仿真模型,并根据在高斯白噪声下的解调信噪比验证了模型的准确性;然后建立了Middleton Class A脉冲噪声模型,通过数学统计方法检验了特定参数的Middleton Class A脉冲噪声表示实测局部放电信号的准确性;最后通过误码率曲线,分析了在高斯噪声环境和特定参数的Middleton Class A脉冲噪声环境下的LoRa通信性能差异。研究结果表明,LoRa具有优秀的抗噪声能力,即使是在信噪比为负值时仍然允许数据接收;某500 kV变电站实测局部放电信号可以表示为特定参数的Middleton Class A脉冲噪声;与高斯噪声相比,该脉冲噪声会对LoRa系统造成信噪比损失,导致系统通信性能下降。研究结果可为在变电站内部署LoRa无线通信网络提供理论参考。

基于LoRa的鸡舍环境物联网监测系统研究

针对鸡舍环境监测自动化程度普遍较低等问题,提出并研究了基于LoRa无线通信技术的鸡舍环境物联网监测系统。以STM32单片机和LoRa模块为核心,根据肉鸡和蛋鸡养殖环境监测的地方标准中所规定的监测技术指标,选择温湿度传感器、光照度传感器和氨气传感器,设计了传感器节点的硬件电路。传感器节点能够实时监测鸡舍环境参数信息,并通过LoRa无线通信技术将数据发送至网关节点。网关节点接收到环境数据之后,通过ESP8266通信模块把数据发送至WiFi路由器。然后,数据再被传输到OneNET云平台进行处理。测试结果表明:当相距800 m时,仍然能够实现数据的稳定无线传输。该系统能够满足大型鸡舍环境监测要求,为农业畜禽养殖环境监测提供了一套有效实施方案。

基于LoRa的γ辐射监测系统设计及应用

核能科学与技术和人们的生活联系紧密,但同时核辐射也可能危害人们的身体健康,因此需要加强对核辐射的监测。有线核辐射监测系统布线复杂、施工周期长、成本较高,且移动性差、故障排查较为困难。为了满足便捷测量γ辐射环境的需求,基于LoRa无线通信技术,设计了γ辐射监测系统。该系统的主要功能包括数据采集、数据处理及数据传输,采用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)闪烁体探测器进行数据采集,STM32单片机作为核心处理器对采集的数据进行处理、打包,由LoRa无线通信模块进行数据传输。针对可能存在的因复杂电磁环境、传输距离等因素导致监测系统断线及数据传输频繁时造成的区域内信道拥堵问题,设计了动态最优路径通讯算法,通过筛选中继节点,寻找最优重连路径以及实现数据发送的优先级分配。实际测试结果表明:闪烁体探测器测试辐射数据结果可靠,且基于LoRa的γ辐射监测系统数据传输稳定性达到99.57%以上。该系统具有组网灵活、传输距离远、成本低、拓展性强等优点,具有广泛的应用前景。

基于LoRa技术的煤矿单体液压支柱监测终端

针对煤炭综采面单体液压支柱压力监测装置布线困难,测量精度低等问题,设计了基于LoRa技术的煤矿单体液压支柱监测终端。监测终端与取压接口连接,作为测压节点,通过LoRa技术组网,实现单体液压支柱压力分布式测量,开发了低功耗运行的下位机程序。实验表明,本终端能够实时监测单体液压支柱压力,实现压力值在线显示和无线远传的功能,提高了测量精度,简化了装置安装过程。

一种基于LoRa的防冰雹无线通信模块设计

冰雹天气是造成苹果减产的主要原因,而传统防冰雹技术落后,因此,文中设计了一款防冰雹无线通信模块系统。系统以STC89C51为主控器,通过温湿度传感器DHT11对果园内的温湿度进行采集,然后通过LoRa无线通信技术,为避免同一信道干扰以点对点的模式对采集到的数据进行远距离无线传输,通过GPRS模块将采集到的气象数据传送到云服务器终端,以实现远程检测的目的。模块整体测试在果树基地进行,实地测试表明,温湿度采集数据相对误差在5%左右,网络稳定延迟0.05~0.08 s,传输数据误码率几乎为0,信号服务质量满足精准传输要求。数据传输时间平均为487 ms,系统收发模式下最大功率为100 mW,结果表明,该模块具有精度高、稳定性好、功耗低等特点。模块应用于防冰雹系统有利于果园的智能化管理,对果业生产具有很大的促进作用。

基于LoRa的轨道交通非接触式供电装置监测系统设计

为了实现在轨道交通应用中对非接触式供电装置的运行状态进行远距离、低功耗的实时监测,设计了一种基于LoRa的监测系统。系统利用STM32微处理器作为主控芯片,集成电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块设计了数据监测节点,利用LoRa作为组网技术,通过无线传输的方式将监测的数据上传到上位机;其次设计了软件监测平台,在监测平台可以实时查看装置运行过程各项参数并提供风险提示功能;最后进行测试实验。实验证明:该系统能够在1.2 km范围内稳定地监测非接触式供电装置运行状态,为及时发现设备故障,保证设备安全提供基础支持。

基于LoRa无线通信技术的变电站环境感知节点设计

针对变电站感知终端碎片化严重,物联网技术应用不足的问题,基于LoRa低功耗无线通信技术,采用无线通信模块、微控制单元设计开发一种可扩展、低功耗、无线化的智能感知节点,该感知节点可对变电站环境状态传感参量进行数据采集及传输。测试结果表明:感知节点数据远传的稳定性好,在1500m范围内通信丢包率为0,感知节点消耗电能约为4.62mAh/D,有效工作时长可达5年。该节点的设计可为变电站环境状态的智能监测提供一定的参考依据。