基于LORA通信的无线水表抄表系统的设计

发布时间：2017-09-16 23:15

  本文关键词：基于LORA通信的无线水表抄表系统的设计

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【摘要】：传统的人工抄表需要工作人员挨家挨户的收集表数据,会导致巨大的工作量,且数据的实效性快,不能及时的反应用户是否欠费;有线的抄表方式虽没有人工抄表的问题,但需铺设通信电缆,对已经建设好的小区,电缆无法隐蔽,暴漏的电缆容易遭到人为破坏,并且长距离的通信线在复杂的电磁环境中无法保证数据的准确性。为解决以上问题本文设计了基于LoRa通信的无线水表抄表系统,其具有较高的精确性,广泛的适应性和实用性。本文设计的无线水表抄表系统根据各个设备实现的不同功能,主要可分为水表、中继器和集中器三部分,水表的主要功能是正转流量统计、倒转流量统计、磁干扰检测、应急关阀和无线传输数据;中继器的主要功能是对较远的水表进行信号的中继收发;集中器的主要功能是接收工作站指令,对水表进行管理、数据的采集和上传。设计中采用SX1278芯片的LoRa通信技术,能够解决在现代的大楼中,普通无线通信技术的信号无法穿透楼层抄到位于高楼中水表的问题,并且SX1278具有低功耗模式和休眠唤醒技术,结合硬件与软件的设计,使得由电池供电的水表和中继器能够保持超低功耗,解决了无线抄表中待机时间短的问题。设计中的通信协议是在有线抄表协议的基础上结合无线抄表的功能需求加以改进而来。水表、中继器和集中器之间采用LoRa通信,主要用于集中器抄读水表中数据。集中器在接收工作站指令和上传数据时,采用的是GPRS通信。工作站需要抄表时,通过GPRS发送抄表指令,集中器收到指令后通过Lo Ra通信发送抄表指令到水表,水表收到指令后返回数据到集中器,集中器再将收到的数据返回到工作站,从而实现无线抄表的流程。本文设计的无线水表抄表系统在三川股份有限公司进行了性能测试,运行良好,达到了预期的要求。这种无线抄表技术对后续的相关研发具有一定的借鉴意义。
【关键词】：无线抄表 水表 SX1278通信芯片 LORA通信 GPRS
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU821.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及来源8
• 1.2 自动抄表国内外研究现状8-9
• 1.3 国内外普遍采用的自动抄表方式9-10
• 1.4 几种无线抄表通信技术的比较10-12
• 1.5 本文的主要工作12-14
• 2 无线抄表技术基础14-20
• 2.1 LoRa通信技术14-18
• 2.1.1 LoRa概述14
• 2.1.2 LoRaWAN低功率广域网14
• 2.1.3 LoRaWAN网络结构14-15
• 2.1.4 LoRa数据包结构15-16
• 2.1.5 唤醒方式16
• 2.1.6 空中传输时间的计算16-17
• 2.1.7 LoRa跳频17-18
• 2.2 GPRS技术18
• 2.3 本章小结18-20
• 3 总体设计方案20-24
• 3.1 无线水表抄表系统组成20
• 3.2 无线频段的选择20-21
• 3.3 水表硬件与功能21-22
• 3.4 中继器的硬件与功能22
• 3.5 集中器的硬件与功能22-23
• 3.6 小章总结23-24
• 4 无线抄表系统的硬件设计24-46
• 4.1 智能水表及其电路设计24-32
• 4.1.1 STM8L151G性能与结构24-25
• 4.1.2 SX1278性能25-26
• 4.1.3 流量传感器26-28
• 4.1.4 水表电路的总体规划28-30
• 4.1.5 模拟开关电路30
• 4.1.6 接收电路设计30
• 4.1.7 发射电路设计30-31
• 4.1.8 数据接口31-32
• 4.2 中继器的电路设计32-35
• 4.2.1 MSP430F149性能与结构32-33
• 4.2.2 中继器电路33-35
• 4.3 集中器电路设计35-44
• 4.3.1 STM32F103性能与结构36-37
• 4.3.2 电源电路37-38
• 4.3.3 RS232电路38-39
• 4.3.4 JTAG接口39-40
• 4.3.5 LCD与外部存储器电路40-42
• 4.3.6 GPRS电路设计42-44
• 4.4 本章小结44-46
• 5 无线抄表软件设计46-60
• 5.1 无线抄表数据通信协议46-48
• 5.1.1 通信过程46
• 5.1.2 唤醒码数据帧格式46
• 5.1.3 读水表数据指令46-47
• 5.1.4 写水表指令47-48
• 5.1.5 带中继通信时数据帧格式48
• 5.2 SX1278软件设计48-50
• 5.2.1 SX1278初始化48-49
• 5.2.2 SX1278数据发射与接收49-50
• 5.3 水表的软件设计50-54
• 5.3.1 上电初始化51-52
• 5.3.2 流量传感器定时中断检测52-53
• 5.3.3 数据接收流程53-54
• 5.4 中继的软件设计54-57
• 5.5 集中器软件设计57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 无线抄表总结60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-65

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1 王瑞;基于LORA通信的无线水表抄表系统的设计[D];东华理工大学;2016年

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本文编号：865854