基于双通讯模式的气动在线监控系统的研究与实现
发布时间：2021-05-23 12:50
随着工业4.0概念的提出,利用信息化技术促进产业变革,打造智能化工厂成为各国工业大力发展的方向。因此,对工业现场设备的运行状态、生产环节的监控,继而通过数据分析的手段对工业生产进行更加合理的管理、优化成为企业发展的重要方向。传统有线方式往往存在监控效果不佳的问题,本课题结合实验室项目背景,研究应用于气动工业现场的无线监控系统,对现场数据进行采集,并通过无线通信技术传输数据,以达到对现场设备运行状态进行在线监控的目的。系统主要分为节点和网关两大部分。节点部署在设备现场,负责采集多个通道的数据,并通过目前新兴的无线通信技术——LoRa将数据传输到网关。网关通过相关协议接收多个节点的数据并处理,之后借助WIFI技术将数据上传到服务器,以便相关人员进行远程查看。本课题首先对目前流行的几种无线通信技术进行了介绍分析,结合课题实际背景,最终选用了LoRa+WIFI的通信方案,并针对多节点LoRa组网数据冲突问题设计了相对时间的TDMA（时分多址）自组网协议。其次,根据方案明确了系统各部分硬件功能,完成了系统主要芯片的选型,对各部分硬件电路进行了详细的介绍,完成了终端节点与网关的PCB电路板制作,搭...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 无线传感网络简介及国内外研究现状
1.2.1 无线传感网络简介
1.2.2 无线传感网络国内外研究现状
1.3 低功耗广域网络技术国内外研究现状
1.4 无线网络的MAC协议
1.4.1 LoRaWAN协议
1.4.2 自组网MAC相关协议
1.5 论文的主要研究内容和章节安排
第二章 系统关键技术介绍与总体方案设计
2.1 主流的低功耗广域网无线技术对比
2.2 LoRa通信技术简介
2.2.1 LoRa调制解调原理
2.2.2 LoRa信道活动检测机制
2.2.3 LoRa的空中传输时间
2.3 WIFI关键技术简介
2.4 TCP/IP协议
2.5 系统需求分析及总体方案设计
2.5.1 系统整体需求分析
2.5.2 系统总体方案设计
2.6 本章小结
第三章 现场无线监控系统的硬件设计与实现
3.1 系统整体硬件框架介绍
3.1.1 终端节点整体概述
3.1.2 网关整体概述
3.2 系统关键芯片选型
3.2.1 主控芯片选型
3.2.2 AD芯片的选型
3.2.3 LoRa无线通信芯片选型
3.2.4 WIFI芯片选型
3.3 终端节点硬件设计
3.3.1 STM32F103C8T6 最小系统电路设计
3.3.2 AD7606 数据采集单元电路设计
3.3.3 终端节点电源及供电电路设计
3.3.4 LoRa无线模块电路接口设计
3.3.5 蜂鸣器及LED指示灯电路设计
3.4 网关硬件设计
3.4.1 网关部分电源及供电电路设计
3.4.2 OLED显示电路接口设计
3.4.3 WIFI通信模块电路接口设计
3.5 PCB的设计与实现
3.5.1 PCB的设计流程和规制
3.5.2 终端和网关的PCB实现
3.6 本章小结
第四章 系统的软件设计与实现
4.1 系统开发环境及总体软件框架介绍
4.1.1 开发环境介绍
4.1.2 系统总体软件框架概述
4.2 AD7606 数据采集软件设计
4.2.1 SPI驱动设计
4.2.2 AD7606 数据读取
4.3 LoRa无线组网协议设计
4.3.1 自组网MAC协议方案设计
4.3.2 相对时间的TDMA协议软件实现
4.4 WIFI通信设计
4.5 Web服务器搭建
4.5.1 Web服务器整体架构
4.5.2 TCP服务端的建立及数据处理
4.5.3 MySql数据库设计
4.5.4 数据推送及前端界面设计
4.6 本章小结
第五章 系统测试
5.1 系统性能测试
5.1.1 终端节点功耗测试
5.1.2 LoRa通信距离测试
5.2 系统组网测试
5.2.1 LoRa组网协议测试
5.2.2 WIFI连接服务器测试
5.3 系统试验分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文研究内容总结
6.2 未来展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的用电信息采集系统研究[J]. 蒲振,吴迎年. 电气技术. 2019(06)
[2]基于LoRa无线传感器网络的带压作业监控系统设计[J]. 贺靖淇,梅大成,陈亚萍,苏杰. 电脑知识与技术. 2019(10)
[3]基于NB-IoT的智能用电系统的分析与应用[J]. 庞慧,曾保权. 电子技术与软件工程. 2018(12)
[4]基于LoRa的农田信息采集系统设计与实现[J]. 王筝,胡静,宋铁成,曹中强,蒋震. 信息化研究. 2018(03)
[5]基于LoRa的无线数据传输系统的设计与研究[J]. 王毅鸿,凌朝东. 电脑知识与技术. 2018(14)
[6]Z-MAC协议改进算法[J]. 卢玫欣,苏胜君,施伟斌,乐燕芬,李瑞祥. 软件导刊. 2017(12)
[7]物联网LPWAN商用前景[J]. 李露. 科技创业月刊. 2017(17)
[8]LoRa与NB-IoT技术开启物联网新格局[J]. 徐冬冬. 科学技术创新. 2017(24)
[9]新兴物联网技术——LoRa[J]. 王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇. 信息通信技术. 2017(01)
[10]低功耗广域网络技术综述[J]. 郑宁,杨曦,吴双力. 信息通信技术. 2017(01)
博士论文
[1]无线传感器网络查询处理关键技术研究[D]. 刘宇雷.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]基于ARM平台的语音编解码算法分析及其在无线传输系统的设计与实现[D]. 王峰.西安电子科技大学 2019
[2]智能分拣喂纱系统监控平台的研究[D]. 孙庆.西安工程大学 2019
[3]工业现场参数的智能采集与无线监测的研究[D]. 刘硕.电子科技大学 2019
[4]用于工业物联网环境的LoRa多点通信协议研究[D]. 金伟妹.浙江工商大学 2019
[5]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
[6]基于Android和LoRa的工业化气体浓度远程监控系统[D]. 刘文娟.扬州大学 2018
[7]基于LoRa的窄带无线自组网路由协议研究[D]. 陈方亭.西安电子科技大学 2018
[8]基于LoRa技术的低功耗无线抄表数据传输节点的设计与实现[D]. 张文伟.东南大学 2017
[9]基于LoRa的无线自组网MAC协议研究[D]. 柳永波.西安电子科技大学 2017
[10]基于Contiki无线传感器网络的研究与应用[D]. 相文超.吉林大学 2017
本文编号：3202552
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 无线传感网络简介及国内外研究现状
1.2.1 无线传感网络简介
1.2.2 无线传感网络国内外研究现状
1.3 低功耗广域网络技术国内外研究现状
1.4 无线网络的MAC协议
1.4.1 LoRaWAN协议
1.4.2 自组网MAC相关协议
1.5 论文的主要研究内容和章节安排
第二章 系统关键技术介绍与总体方案设计
2.1 主流的低功耗广域网无线技术对比
2.2 LoRa通信技术简介
2.2.1 LoRa调制解调原理
2.2.2 LoRa信道活动检测机制
2.2.3 LoRa的空中传输时间
2.3 WIFI关键技术简介
2.4 TCP/IP协议
2.5 系统需求分析及总体方案设计
2.5.1 系统整体需求分析
2.5.2 系统总体方案设计
2.6 本章小结
第三章 现场无线监控系统的硬件设计与实现
3.1 系统整体硬件框架介绍
3.1.1 终端节点整体概述
3.1.2 网关整体概述
3.2 系统关键芯片选型
3.2.1 主控芯片选型
3.2.2 AD芯片的选型
3.2.3 LoRa无线通信芯片选型
3.2.4 WIFI芯片选型
3.3 终端节点硬件设计
3.3.1 STM32F103C8T6 最小系统电路设计
3.3.2 AD7606 数据采集单元电路设计
3.3.3 终端节点电源及供电电路设计
3.3.4 LoRa无线模块电路接口设计
3.3.5 蜂鸣器及LED指示灯电路设计
3.4 网关硬件设计
3.4.1 网关部分电源及供电电路设计
3.4.2 OLED显示电路接口设计
3.4.3 WIFI通信模块电路接口设计
3.5 PCB的设计与实现
3.5.1 PCB的设计流程和规制
3.5.2 终端和网关的PCB实现
3.6 本章小结
第四章 系统的软件设计与实现
4.1 系统开发环境及总体软件框架介绍
4.1.1 开发环境介绍
4.1.2 系统总体软件框架概述
4.2 AD7606 数据采集软件设计
4.2.1 SPI驱动设计
4.2.2 AD7606 数据读取
4.3 LoRa无线组网协议设计
4.3.1 自组网MAC协议方案设计
4.3.2 相对时间的TDMA协议软件实现
4.4 WIFI通信设计
4.5 Web服务器搭建
4.5.1 Web服务器整体架构
4.5.2 TCP服务端的建立及数据处理
4.5.3 MySql数据库设计
4.5.4 数据推送及前端界面设计
4.6 本章小结
第五章 系统测试
5.1 系统性能测试
5.1.1 终端节点功耗测试
5.1.2 LoRa通信距离测试
5.2 系统组网测试
5.2.1 LoRa组网协议测试
5.2.2 WIFI连接服务器测试
5.3 系统试验分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文研究内容总结
6.2 未来展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的用电信息采集系统研究[J]. 蒲振,吴迎年. 电气技术. 2019(06)
[2]基于LoRa无线传感器网络的带压作业监控系统设计[J]. 贺靖淇,梅大成,陈亚萍,苏杰. 电脑知识与技术. 2019(10)
[3]基于NB-IoT的智能用电系统的分析与应用[J]. 庞慧,曾保权. 电子技术与软件工程. 2018(12)
[4]基于LoRa的农田信息采集系统设计与实现[J]. 王筝,胡静,宋铁成,曹中强,蒋震. 信息化研究. 2018(03)
[5]基于LoRa的无线数据传输系统的设计与研究[J]. 王毅鸿,凌朝东. 电脑知识与技术. 2018(14)
[6]Z-MAC协议改进算法[J]. 卢玫欣,苏胜君,施伟斌,乐燕芬,李瑞祥. 软件导刊. 2017(12)
[7]物联网LPWAN商用前景[J]. 李露. 科技创业月刊. 2017(17)
[8]LoRa与NB-IoT技术开启物联网新格局[J]. 徐冬冬. 科学技术创新. 2017(24)
[9]新兴物联网技术——LoRa[J]. 王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇. 信息通信技术. 2017(01)
[10]低功耗广域网络技术综述[J]. 郑宁,杨曦,吴双力. 信息通信技术. 2017(01)
博士论文
[1]无线传感器网络查询处理关键技术研究[D]. 刘宇雷.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]基于ARM平台的语音编解码算法分析及其在无线传输系统的设计与实现[D]. 王峰.西安电子科技大学 2019
[2]智能分拣喂纱系统监控平台的研究[D]. 孙庆.西安工程大学 2019
[3]工业现场参数的智能采集与无线监测的研究[D]. 刘硕.电子科技大学 2019
[4]用于工业物联网环境的LoRa多点通信协议研究[D]. 金伟妹.浙江工商大学 2019
[5]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
[6]基于Android和LoRa的工业化气体浓度远程监控系统[D]. 刘文娟.扬州大学 2018
[7]基于LoRa的窄带无线自组网路由协议研究[D]. 陈方亭.西安电子科技大学 2018
[8]基于LoRa技术的低功耗无线抄表数据传输节点的设计与实现[D]. 张文伟.东南大学 2017
[9]基于LoRa的无线自组网MAC协议研究[D]. 柳永波.西安电子科技大学 2017
[10]基于Contiki无线传感器网络的研究与应用[D]. 相文超.吉林大学 2017
本文编号：3202552
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