基于LoRa通信技术的电能表计量数据采集方法

针对当前电能表计量数据采集精度低,且无法实现同步的问题,引入远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)通信技术,开展电能表计量数据采集方法的设计研究。基于LoRa通信技术,设定电能表通信传输协议;进行离散化和滤波处理,去除电能表信号中的噪声;通过同步控制设计,确保电能表计量数据的同步采集。通过对比实验证实,应用文章提出的采集方法可以实现对电能表计量数据的同步高精度采集。

LoRa信号干扰分析与性能研究

LoRa(Long Range radio)系统在当前不断发展的低功率广域网(LPWAN)中处于相对领先地位。它的MAC层采用的是基于ALOHA的接入协议。该接入机制虽然简单易实现,但同时也容易加剧冲突和碰撞的发生,降低整个系统的通信性能。因此,需要研究多个终端同时占用信道资源时的相互干扰情况,而LoRa信号的扩频因子(SF)将决定信号的通信覆盖范围。因此,分析了干扰信号的SF与发送信号的SF相同以及不同时,干扰信号对发送信号解调性能的影响。实验结果表明,相同SF信号间的干扰影响相对较大,而干扰信号使用的SF与发送信号不同时,干扰的影响相对较小。通过理论分析,获得了接收端正确解调时所要求的信干比(SIR)。可见,不同SF的LoRa信号可看作伪正交。

基于LoRa的PM2.5激光粉尘传感器的远程测量系统研究

随着社会的发展及工业的不断壮大,大气污染问题日益严重,PM2.5作为其中的主要污染物之一,对人体健康和环境产生严重影响。本文提出了一种基于LoRa(Long Range)技术的PM2.5激光粉尘传感器远程测量系统,该系统采用STM32F103C8T6控制芯片,通过LoRa通信模块实现数据传输,可以系统实现了对PM2.5的实时监测和远程传输,提高了数据的实时性和可靠性。

智能电网中基于LoRa通信技术的用电检查方法研究

智能电网的发展对用电检查提出了更高要求。文章提出了一种基于远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)通信技术的用电检查方法,旨在提高检查效率和准确性。该方法通过部署LoRa节点实现数据实时采集与传输,利用中心站进行大数据处理和机器学习分析,实现异常用电行为的智能识别和处理。实验结果表明,该方法在数据采集成功率、通信延迟、异常检测准确率等方面均有显著优势,研究成果为智能电网的安全稳定运行提供了有力支撑。

融合LoRa技术的电力设备无线监控系统设计

随着电力系统规模扩大和复杂度提高,传统有线监控方式难以满足需求。基于此,设计一种融合远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)技术的电力设备无线监控系统,包括现场感知、数据传输、远程监控3个模块。系统采用多传感器融合、边缘计算、机器学习等技术,智能化监控电力设备。通过实验验证,该系统在可靠性、能耗、抗干扰性以及部署成本等方面均优于传统有线系统,为电力设备监控提供了新的解决方案,具有广阔的应用前景。

基于LoRa技术的特高压直流换流站多角度联合监控技术

现有特高压直流换流站的安全监测多采用人工现场检测,存在较大的安全隐患,人工成本高。为满足输电系统的安全需要,设计了基于远距离无线电(LoRa)技术的特高压直流换流站多角度联合监控系统,监测模块对换流站的重要系统进行多角度联合监测,采用LoRa无线传输技术进行通信传输。实验结果表明,该方案监测数据准确率高,工作功耗低,传输距离远,可以有效提高换流站的无线监控管理的智能水平。

非坚持型载波监听多路访问机制对LoRa网络扩展性的影响

LoRaWAN是低功耗广域网(LPWAN)中的一种无线通信标准,为物联网的发展提供了支撑。然而,受限于扩频因子(SF)间不完全正交性的特点和LoRaWAN不具备先听后发(LBT)机制的事实,基于ALOHA的传输调度方式会引发严重的信道冲突,极大降低了LoRa(Long Range Radio)网络的扩展性。为提高LoRa网络的扩展性,提出用非坚持型载波监听多路访问(NP-CSMA)机制替代LoRaWAN中ALOHA的介质访问控制机制,通过LBT协调LoRa网络中SF相同的各个节点接入信道的时间。不同SF之间的传输则采用多种SF信号并行传输,以减少共信道中同SF干扰和避免SF间干扰。为了分析NP-CSMA对LoRa网络扩展性的影响,通过理论分析和NS3仿真对LoRaWAN与NP-CSMA构建的LoRa网络进行比较。实验结果表明,在相同的条件下,与LoRaWAN相比,NP-CSMA在网络通信负载率为1的情况下,它的理论数据包交付率(PDR)性能比LoRaWAN高58.09%。在信道利用率方面,与LoRaWAN相比,NP-CSMA的饱和信道利用率提高了214.9%,容纳的节点数量也增加了60.0%。另外,NP-CSMA的平均时延在网络通信负载率小于1.7时也低于确认型LoRaWAN,而且在扩频因子为7和10时,它用于维持信道活动检测(CAD)模式所造成的额外能耗也比LoRaWAN用于接收来自网关确认消息所需的额外能耗低1.0~1.3 mJ和2.5~5.1 mJ;充分反映了NP-CSMA可以有效提高LoRa网络的可扩展性。

基于LoRa的物联网低功耗通信协议设计

针对远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)技术在物联网(Internet of Things,IoT)中的应用挑战,提出了一系列有效的解决方案,旨在设计低功耗通信协议。采用自适应数据封装与解封装的方法,确保数据传输的高效率和高可靠性,以适应不同数据大小和频率的应用需求。将随机指数后退算法作为通道访问与调度机制,成功降低了通信碰撞率,提高了通信成功率,特别适用于高竞争的通信环境。最后,利用节点管理和能耗优化策略,综合考虑节点的休眠与唤醒、数据更新和远程管理,延长了电池使用寿命、增强了网络的可维护性。

基于LoRa物联网的科技馆展厅智能控制系统设计

传统的科技馆展厅控制系统在设备改变时需要手动进行操作,往往无法及时改变设备的运行状态以适应游客的需求。为此,设计了基于远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)物联网的科技馆展厅智能控制系统。在硬件上,设计数据采集器和控制模块,以提高工作效率和避免数据丢失,软件方面,设计信息命令接收模块,并利用数据处理模块对接收到的命令进行数据处理,在LoRa物联网技术的基础上,结合模块设计,实现科技馆展厅智能控制,系统测试结果表明该研究方法具备具有良好的反馈速度,系统的基础运行性能更好。

LoRa信号参数盲估计方法研究

从远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)信号的基本原理出发,介绍了信号的调制与解调基本方法,重点分析了LoRa信号解调时所需参数的盲估计方法,综合其他研究成果提出了一种互相关峰值二维搜索的载波误差及信号同步检测方法,最后通过计算机仿真了高斯白噪声信道下LoRa信号的同步检测概率,验证了载波误差估计及同步检测方法的可行性。

基于LoRa协议的企业环保设备污染物排放监管系统设计

为提升企业的污染物排放监管水平,实现对排污行为的及时、低成本、自动化监管,设计一套基于LoRa协议的环保设备污染物排放监管系统。为各主要产污设施和对应的治污设施安装用电信号采集终端,通过LoRa远程传输用电数据,实现对产污设备和环保设备运行情况的远程实时监测;通过对用电数据和废气排放数据进行关联分析,实现对环保设备不规范运行情况的实时报警。该系统已成功应用于江苏某大型集装箱生产工厂,结果表明其能有效保证企业废气达标排放,提升企业的污染物排放管理水平和管理效率,降低企业的运行成本。

基于LoRa标准的MAC层协议研究

物联网技术的发展已经经历了很多年,但是目前大多数物联网的互联仍在依靠互联网和移动互联网,专用于物联网的网络协议缺失,这在一定程度上制约了物联网的大规模普及。以LoRa为代表的低功耗、远距离网络技术的出现,有效解决了物联网复杂组网和超高功耗的难题。针对物联网互联的相关技术进行了探讨,介绍了超窄带物联网技术及低功耗广域网,并主要研究了LoRa技术的MAC层协议,详细论述了该协议的实现过程。

基于LoRa的智能水表抄表系统的设计与实现

针对有线抄表系统中存在大量电缆铺设、电缆暴露、通信线过长导致抗干扰能力弱的缺点,提出了一种采用SX1278芯片的LoRa通信技术的无线智能水表抄表系统的设计方案,以实现对智能水表流量数据的采集和远程管理。介绍了系统网络的拓扑结构与系统软硬件设计,并且对系统进行了测试分析,实验结果证明该系统运行正常。该无线水表抄表系统在株洲市多个小区的运行测试现状均表明,该系统达到了预期的设计效果。

基于IPv6和LoRa的智能门锁系统设计

目前在智能锁通信架构普遍采用WiFi、蓝牙、ZigBee等通信技术和IPv4协议,不能兼顾长距离传输和低功耗的需求,存在管理不便、安全性较低、IP地址匮乏等问题;针对这些问题,设计了一种基于IPv6和LoRa的智能门锁系统,系统由执行层、网络层、服务层和应用层四部分组成;门锁终端采用STM32L151CBU6微控器为主控制器,在云服务器上部署LoRa服务器和Java Web应用实现系统的管理和控制;测试表明,一个网关可覆盖一栋约11层楼的有效区域,一节1000 mAh电池可用1.8年,该系统拥有功耗低、通信距离长、安全性高等优点。

基于LoRaWAN的自适应多帧高效传输方法

针对LoRaWAN协议中LoRa网关与LoRa终端间数据多帧传输方式存在控制开销和传输时延较大的问题,提出一种基于LoRaWAN的自适应多帧高效传输方法(adaptive multi-frame efficient transmission,AMFET),包含自适应多帧发送机制、自适应多帧接收确认机制和丢帧识别机制。自适应多帧发送机制对需确认数据消息设置优先等级,对高级需确认数据消息进行立即确认,对低级需确认数据消息在自适应发送模式结束后统一进行确认,同时将Fpending机制引入LoRaWAN上行多帧传输;自适应多帧接收确认机制通过位向量压缩技术记录已接收数据帧信息,从而单次对多个需确认数据消息进行合并确认;丢帧识别机制利用需确认帧编号(confirmed data identity,CDID)识别低级需确认消息是否丢失,避免终端异常进入休眠模式。通过数学分析和实验测试,分别对AMFET方法的性能进行了理论验证和实验验证,验证结果表明,相对于原LoRaWAN多帧传输方式,AMFET方法在保证数据传输可靠性的前提下,有效降低了数据传输时延和数据传输能耗。

低压配电网无线通信网络覆盖方案设计及性能评估

文章分析了低压配网特性及其对通信网络的需求,通过网关和终端设备的合理布局,提出了配网全覆盖、高可靠性通信的基于远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)技术的无线通信网络覆盖方案。在此基础上,针对网络覆盖范围、通信稳定性、数据传输速率以及延迟等关键指标,采用仿真方法对所设计方案进行了性能评估。评估结果显示,提出方案的适应性较好,性能优越,为智能电网实现可靠通信提供了有效的解决方案,满足了低压配网通信的需求。

便携式电力参数监测系统的设计与实现

为了解决复杂环境下无法实时监测电力参数的问题,设计出一种远距离(long range,LoRa)无线电组网的便携式电力参数监测系统。该系统基于STM32-Corbe-M4处理器内核和IM1281B电量计能模块,实现电压、电流、功率、频率等电力参数的采集;采用LoRa通信方式,实现远距离低功耗的数据传输。针对不同负载进行测试,结果表明,当电路的功率因素提高时,总电流明显减小,电路消耗的功率减少,有功功率增大,电源的利用率得以提高;该系统能够替代三表法测试,能够摆脱传统实验室的束缚,实际采集的功率参数与上位机显示的功率参数基本一致,测试数据的准确性为98%。

无线通信技术下电气火灾智能监控系统研究

为有效解决传统电气火灾监控报警系统存在的火灾探测灵敏度低、无线传感距离短、功耗较大以及部署烦琐等问题,利用分析法与综合法,结合无线通信、物联网和远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)通信等技术,构建一种具有低功耗、部署便捷、智能化及无线传感距离长的电气火灾智能监控系统。计算机仿真模拟测试表明,该电气火灾智能监控系统拥有良好的探测灵敏性与安全性,能够准确显示室内温度数据,实现快速报警。

基于LoRa信号的行走距离和方向估计

行走追踪在真实场景中具有广泛应用,可以用于安防监控、老人看护、室内导航等场景.近年来,基于无线射频信号的非接触式行走追踪受到了研究人员的广泛关注,包括基于Wi-Fi信号、RFID信号等的行走追踪系统.然而,现有的行走追踪系统依然面临感知范围小、感知设备部署稠密等问题.在本文中,我们首次将用于物联网低功耗、远距离通信的LoRa技术应用到非接触式的大范围行走追踪中,显著地增加了行走追踪系统的感知距离.特别地,通过利用LoRa网关上配置的多天线,利用两根天线上接收信号的比,可以有效地消除噪声干扰以及收发不同步带来的误差,从而进一步提升了感知范围,然后利用计算切线向量相位变化的方法准确计算原始信号中动态分量的相位变化来在估计行走距离和方向.基于此,本文提出基于LoRa的非接触感知系统,可以在一段自然连续的行走活动中准确地判断人的动静状态并切割出行走片段,进而计算出行走的距离和方向,实现人的行走追踪.实验验证了系统计算行走距离和方向的准确性和实时性,其中距离计算的平均误差为3.8%,准确判断行走方向所需时间为0.7 s.

基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计

针对无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)航行状态监测及试航性能评估试验中的参数获取问题,设计一套USV航行状态监测系统。以物联网(Internet of Things,IoT)3层架构为基础,设计小尺寸、低功耗的监测方案。以多源传感器和STM32微控制器作为感知层,以远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)网关及LoRa终端作为数据远程传输途径,以传输控制协议(TCP)作为数据远程传输协议,以云平台作为系统应用层,实现数据采集、传输和应用功能。基于监测系统要求,在应用层设置阈值实现航行状态预警功能。对系统功能及性能进行测试,结果表明,系统横、纵摇精度为±0.02°RMS,风速为(0.2±0.03)m/s,风向为±2.5°,所有监测参数技术指标均符合要求,且丢包率在通信距离小于1.4 km时为1.5%,较传统方法降低约22%。该系统可为进一步完善USV航行状态监测提供技术支持。