LoRa通信技术在冻土监测系统中的应用

发布时间：2020-04-09 07:58

【摘要】：全球气候变暖和人类活动增加,导致大兴安岭北部的冻土产生退化,并对当地生态环境造成影响。冻土地温监测系统可帮助科学家分析冻土与环境之间的关联;但大兴安岭北部林区部分监测站因没有移动网络信号覆盖使得监测数据难以自动上报。本文结合大兴安岭林区冻土地温监测项目,对无移动网络信号覆盖的监测点数据的上报通信问题展开研究,结合野外供电情况,利用LoRa低功耗远距离通信技术实现移动公网的延伸,设计了一种基于LoRa通信技术的移动公网通信网关和一种基于STM32L476的LoRa通信装置,使得无移动公网信号覆盖的监测点数据得以通信上报。具体工作如下:1)本文采用LoRa通信技术对移动公网进行延伸,在有移动公网信号的地方架设分中心(网关),通过LoRa通信技术实现分中心与监测子站之间的通信,从而使得无移动公网信号覆盖的监测子站实现与数据中心之间的通信。本文对LoRa通信技术以及多子站上报的机制和流程进行了介绍。在现有近距无线通信中,由于LoRa模块无法自动关机和数采仪被频繁唤醒,导致系统功耗过大,针对这些问题,本文设计了一种以低功耗ARM平台—STM32L476为MCU的LoRa通信装置。该装置通过对LoRa模块及其与监测站之间通信过程的控制,并通过对太阳能供电系统电压的监测,实现在电荷量供应充足的情况下,控制系统能够控制LoRa模块上电,以降低系统的功耗。本文对LoRa通信装置的硬件和软件进行了设计,包括采用I2C接口铁电存储器实现的监测(子)站地址存储的硬件和软件设计。2)为降低监测站数采仪供电和通信装置供电之间的关联,本文采用太阳能电池板和超级电容组合为LoRa通信装置独立供电。本文对LoRa通信装置的能量消耗进行计算,并据此完成了太阳能板的功率设计和超级电容容量设计。为进一步降低电压测量的功耗,文中运用超微功耗RC积分方法实现了静耗近乎为0的电压测量方案,给出了电路设计、程序设计,并且采用GPS的1PPS对其中的脉冲周期进行了测试标定,使得测量误差小于0.2V,达到了系统实际使用所需要的精度要求。最后本文对远距离通信实验和多子站通信上报实验进行了介绍,数据表明:当通信距离为6公里时,丢包率小于10%,能够满足大兴安岭林区无公网监测点的4公里通信需求。
【图文】：

四个部分。ＬｏＲａ通信技术具有通信距离远、低功耗、低成本、部通信技术的这些关键特点使得其在智慧农业、智慧城市、智慧交应用。逡逑源于导师与中国科学院的合作项目一《大兴安岭北部林区冻土工程分布着大面积的高纬度多年冻土，，高纬度多年冻土层的重耍体现特年平均地温值的高低作为评价多年冻土的稳定状态的标志。随着大的发展，高yN度多年冻土对寒区环境以及工程生产活动的影响越来区的冻土地温进行自动采集、自动传输以及实时监控，对保障该地要。冻土监测系统由终端监测节点、现场监测分中心以及数据中心三布置大量的终端监测节点对监测区域内的冻土地温数据进行自动采者近距无线通信技术等无线通信技术将终端节点采集的数据传输监测分中心再通过移动公网传输模块将数据传输给数据中心，数据析。针对各种冻土工程和现场施工情况，项目人员可以将处理后的的措施是否合理的评判依据。冻土监测系统如图１．１所示。逡逑

２．１．３现有ＬｏＲａ模块存在的问题逡逑在大兴安岭北部林区的部分地区无人值守和天气寒冷的条件下，现有ＬｏＲａ模块和数采逡逑仪之间的连接方式如图２．１所示，现有ＬｏＲａ模块存在以下问题：逡逑１）
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TN929.5;P642.14

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本文编号：2620505