LoRaWAN协议在油气田井口无线仪表中的应用研究
发布时间：2021-04-28 02:33
随着互联网技术的飞速发展,我国油气田的数字化建设已经取得了明显的进步,但仍旧没有解决油气田中偏远井和单井的数据采集与传输问题。针对以上问题,本文设计出一套应用LoRaWAN协议的油气田井口无线仪表数据传输系统,旨在实现油气田井口无线仪表数据传输的远距离和低功耗,解决油气田偏远井和单井的数字化问题。本文首先对LoRaWAN协议进行了研究,阐述了LoRaWAN协议的网络架构和应用场景,并详细介绍了LoRaWAN协议物理层、MAC层、应用层的结构和功能;其次对油气田井口无线仪表数据传输系统的硬件设计进行了具体描述,包括硬件总体设计、无线仪表、LoRaWAN无线模块和LoRaWAN模块调试板的硬件设计。硬件设计中通过使用LoRa调制技术实现在不损耗模块性能和保证低功耗的基础上最大程度的增加信号通信距离,实现信号传输的远距离和低功耗;之后对油气田井口无线仪表数据传输系统的软件设计进行了详细说明,包括软件总体设计、驱动程序设计、协议栈移植和MSP平台配置。软件设计中基于STM32L152CCT6控制器和FreeRTOS内核对LoRaWAN协议栈进行了移植,并裁剪掉协议栈中未使用到的机制,节省了MC...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.1.1 论文研究背景
1.1.2 论文研究意义
1.2 国内外研究现状和发展前景
1.2.1 国内外研究现状
1.2.2 发展前景
1.3 论文研究内容和组织架构
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文组织架构
第二章 LoRaWAN协议
2.1 LoRaWAN协议网络架构及应用场景
2.1.1 LoRaWAN协议网络架构
2.1.2 LoRaWAN协议应用场景
2.2 LoRaWAN协议物理层
2.2.1 射频部分
2.2.2 帧结构
2.2.3 接收窗口
2.2.4 常用芯片
2.3 LoRaWAN协议MAC层
2.3.1 帧结构
2.3.2 MAC命令
2.4 LoRaWAN协议应用层
2.4.1 终端入网
2.4.2 数据加密
2.4.3 ADR机制
2.5 本章小结
第三章 井口无线仪表数据传输系统的硬件设计
3.1 系统硬件的总体设计
3.1.1 硬件电路开发流程
3.1.2 硬件组成
3.1.3 硬件开发平台
3.2 无线仪表的硬件设计
3.2.1 MCU
3.2.2 外围电路
3.3 LoRaWAN无线模块的硬件设计
3.3.1 MCU
3.3.2 外围电路设计
3.4 LoRaWAN模块调试板的硬件设计
3.4.1 USB转换电路
3.4.2 JTAG电路
3.4.3 LED电路
3.4.4 接口电路
3.5 LoRaWAN网关
3.5.1 整体结构
3.5.2 多通道
3.5.3 控制接口
3.6 本章小结
第四章 井口无线仪表数据传输系统的软件设计
4.1 系统软件的总体设计
4.1.1 需求分析
4.1.2 设计原则
4.1.3 软件开发平台
4.2 驱动和初始化
4.2.1 SPI总线
4.2.2 EEROM
4.2.3 UART接口驱动
4.2.4 时钟
4.2.5 Shell驱动
4.3 LoRaWAN协议栈的移植
4.3.1 初始化
4.3.2 创建LoRaWAN任务
4.3.3 内核调动
4.4 MSP平台
4.4.1 InfiLink连接管理平台
4.4.2 参数配置
4.5 本章小结
第五章 井口无线仪表数据传输系统的实现与测试
5.1 井口无线仪表数据传输系统的实现
5.1.1 测试环境所需工具
5.1.2 测试环境搭建
5.2 井口无线仪表数据传输系统的测试
5.2.1 连通性测试
5.2.2 性能测试
5.3 实验结果分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]腾讯携手The Things Network拓展LoRaWAN开发者生态[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(04)
[2]NB-IoT技术简述及应用前景[J]. 谢岩. 数字通信世界. 2019(03)
[3]基于LoRa节点协作的低延迟数据传输方法[J]. 张涛,张晶,陈凯,孟宪佳,陈嘉文,李康,马玉梅. 西北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]中美能源安全现状比较与启示[J]. 袁益,舒展. 中外能源. 2019(02)
[5]基于二元指数后退算法的LoRaWAN协议[J]. 屈春晓,任久春,朱谦. 计算机工程. 2019(12)
[6]浅谈Zigbee技术的优势[J]. 左絮飞. 中外企业家. 2018(36)
[7]基于LoRaWAN的无线低功耗抄表方法设计[J]. 雷婧,李红信. 电脑知识与技术. 2018(33)
[8]电信运营商基于LoRaWAN的城域物联网组网方案[J]. 王佳庆. 电信工程技术与标准化. 2018(11)
[9]基于攻击树的LoRaWAN安全威胁建模[J]. 李彤,李博,常成,陈寒逸. 通信技术. 2018(11)
[10]基于LoRaWAN的智能园区管理系统[J]. 邹东尧,刘宽,李娜娜,董苏鑫,杜中州. 现代计算机(专业版). 2018(31)
硕士论文
[1]基于LoRa通信的城市路灯智能控制系统的研究[D]. 张坤.山东大学 2018
[2]基于LORA的室内定位系统设计与实现[D]. 沈文武.东南大学 2018
[3]基于物联网的油田井口设备管理系统的研究与实现[D]. 李颖.西安石油大学 2018
[4]基于LoRa技术的油田井口仪表数据传输研究与实现[D]. 韩佳佳.西安石油大学 2018
[5]低功耗广覆盖无线网络海量接入关键技术研究[D]. 李超.北京交通大学 2018
[6]基于LoRa技术的智能输液监控系统研究[D]. 刘伟.安徽理工大学 2018
[7]基于LoRaWan的轻量级IPv6协议栈的设计[D]. 刘智海.中央民族大学 2018
[8]基于GIS的LoRaWAN物联网信号分析[D]. 茅树申.西南石油大学 2018
[9]基于LoRaWAN协议的无线传感器网络开发与数据采集算法研究[D]. 张白艳.浙江农林大学 2018
[10]基于LoRa的LPWAN节能技术研究[D]. 虞阁飞.电子科技大学 2018
本文编号：3164630
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.1.1 论文研究背景
1.1.2 论文研究意义
1.2 国内外研究现状和发展前景
1.2.1 国内外研究现状
1.2.2 发展前景
1.3 论文研究内容和组织架构
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文组织架构
第二章 LoRaWAN协议
2.1 LoRaWAN协议网络架构及应用场景
2.1.1 LoRaWAN协议网络架构
2.1.2 LoRaWAN协议应用场景
2.2 LoRaWAN协议物理层
2.2.1 射频部分
2.2.2 帧结构
2.2.3 接收窗口
2.2.4 常用芯片
2.3 LoRaWAN协议MAC层
2.3.1 帧结构
2.3.2 MAC命令
2.4 LoRaWAN协议应用层
2.4.1 终端入网
2.4.2 数据加密
2.4.3 ADR机制
2.5 本章小结
第三章 井口无线仪表数据传输系统的硬件设计
3.1 系统硬件的总体设计
3.1.1 硬件电路开发流程
3.1.2 硬件组成
3.1.3 硬件开发平台
3.2 无线仪表的硬件设计
3.2.1 MCU
3.2.2 外围电路
3.3 LoRaWAN无线模块的硬件设计
3.3.1 MCU
3.3.2 外围电路设计
3.4 LoRaWAN模块调试板的硬件设计
3.4.1 USB转换电路
3.4.2 JTAG电路
3.4.3 LED电路
3.4.4 接口电路
3.5 LoRaWAN网关
3.5.1 整体结构
3.5.2 多通道
3.5.3 控制接口
3.6 本章小结
第四章 井口无线仪表数据传输系统的软件设计
4.1 系统软件的总体设计
4.1.1 需求分析
4.1.2 设计原则
4.1.3 软件开发平台
4.2 驱动和初始化
4.2.1 SPI总线
4.2.2 EEROM
4.2.3 UART接口驱动
4.2.4 时钟
4.2.5 Shell驱动
4.3 LoRaWAN协议栈的移植
4.3.1 初始化
4.3.2 创建LoRaWAN任务
4.3.3 内核调动
4.4 MSP平台
4.4.1 InfiLink连接管理平台
4.4.2 参数配置
4.5 本章小结
第五章 井口无线仪表数据传输系统的实现与测试
5.1 井口无线仪表数据传输系统的实现
5.1.1 测试环境所需工具
5.1.2 测试环境搭建
5.2 井口无线仪表数据传输系统的测试
5.2.1 连通性测试
5.2.2 性能测试
5.3 实验结果分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]腾讯携手The Things Network拓展LoRaWAN开发者生态[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(04)
[2]NB-IoT技术简述及应用前景[J]. 谢岩. 数字通信世界. 2019(03)
[3]基于LoRa节点协作的低延迟数据传输方法[J]. 张涛,张晶,陈凯,孟宪佳,陈嘉文,李康,马玉梅. 西北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[4]中美能源安全现状比较与启示[J]. 袁益,舒展. 中外能源. 2019(02)
[5]基于二元指数后退算法的LoRaWAN协议[J]. 屈春晓,任久春,朱谦. 计算机工程. 2019(12)
[6]浅谈Zigbee技术的优势[J]. 左絮飞. 中外企业家. 2018(36)
[7]基于LoRaWAN的无线低功耗抄表方法设计[J]. 雷婧,李红信. 电脑知识与技术. 2018(33)
[8]电信运营商基于LoRaWAN的城域物联网组网方案[J]. 王佳庆. 电信工程技术与标准化. 2018(11)
[9]基于攻击树的LoRaWAN安全威胁建模[J]. 李彤,李博,常成,陈寒逸. 通信技术. 2018(11)
[10]基于LoRaWAN的智能园区管理系统[J]. 邹东尧,刘宽,李娜娜,董苏鑫,杜中州. 现代计算机(专业版). 2018(31)
硕士论文
[1]基于LoRa通信的城市路灯智能控制系统的研究[D]. 张坤.山东大学 2018
[2]基于LORA的室内定位系统设计与实现[D]. 沈文武.东南大学 2018
[3]基于物联网的油田井口设备管理系统的研究与实现[D]. 李颖.西安石油大学 2018
[4]基于LoRa技术的油田井口仪表数据传输研究与实现[D]. 韩佳佳.西安石油大学 2018
[5]低功耗广覆盖无线网络海量接入关键技术研究[D]. 李超.北京交通大学 2018
[6]基于LoRa技术的智能输液监控系统研究[D]. 刘伟.安徽理工大学 2018
[7]基于LoRaWan的轻量级IPv6协议栈的设计[D]. 刘智海.中央民族大学 2018
[8]基于GIS的LoRaWAN物联网信号分析[D]. 茅树申.西南石油大学 2018
[9]基于LoRaWAN协议的无线传感器网络开发与数据采集算法研究[D]. 张白艳.浙江农林大学 2018
[10]基于LoRa的LPWAN节能技术研究[D]. 虞阁飞.电子科技大学 2018
本文编号：3164630
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3164630.html
