基于低功耗LoRa无线组网技术的草坪养护系统设计
发布时间：2023-03-20 00:32
绿色草坪凭借着美化生活环境,提高空气质量,保持水土等作用成为人类栖身生态中必不可少的一部分,提高草坪品质,草坪养护至关重要。目前草坪的智能养护技术得到较多应用,主要在智能灌溉和智能割草领域,但是存在如下缺点:两种技术应用分别独立,无法协调工作;本地控制为主,不能对设备状态实时监测以及远程控制;性能有待提升,如通信技术性能的提升,智能割草技术有效工作面积的提升。本文针对目前草坪智能养护技术的缺点,设计了一种基于低功耗LoRa无线组网技术的草坪养护系统,通过自主设计的LoRa无线组网技术将智能灌溉和智能割草的设备进行互联,协调各设备的工作,实现反馈式草坪灌溉;通过LoRa网关将设备接入互联网,设计了云平台和APP软件,实现系统的远程控制和管理;利用先进的LoRa通信技术,实现设备低功耗远距离可靠通信。设计的草坪养护系统具有实时性、实用性、记忆性、可靠性和智能化等特点。针对部分设备需要在能量有限的条件下长时间在室外工作,由于无线通信能耗最大,所以对无线网络协议栈中调度射频状态的MAC层进行低功耗设计,针对减小串音功耗和侦听功耗设计了一种自适应负载的低功耗MAC协议,通过前导码分割降低串音功耗...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 草坪智能养护技术的研究现状
1.2.1 智能灌溉技术
1.2.2 智能割草机器人技术
1.3 常用无线通信技术的研究现状
1.4 本文主要工作及章节安排
第2章 基于LoRa无线组网技术的草坪养护系统设计
2.1 系统总体设计
2.1.1 需求分析
2.1.2 总体框架
2.2 LoRa无线网络设计
2.2.1 网络基本架构
2.2.2 协议栈结构
2.2.3 通信协议数据帧格式
2.2.4 入网流程
2.2.5 关键机制
2.3 设备端设计
2.3.1 网关设计
2.3.1.1 网关硬件设计
2.3.1.2 网关软件设计
2.3.2 智能割草机设计
2.3.2.1 智能割草机硬件设计
2.3.2.2 智能割草机软件设计
2.3.3 无线土壤湿度计设计
2.3.3.1 无线土壤湿度计硬件设计
2.3.3.2 无线土壤湿度计软件设计
2.3.4 无线喷灌器设计
2.3.4.1 无线喷灌器硬件设计
2.3.4.2 无线喷灌器软件设计
2.4 应用层设计
2.4.1 云平台设计
2.4.1.1 设备云
2.4.1.2 业务云
2.4.2 APP设计
2.5 系统展示
2.6 本章小结
第3章 自适应负载的低功耗MAC协议
3.1 无线通信能量损耗和系统应用特点分析
3.1.1 无线通信能量损耗
3.1.2 系统应用特点
3.1.3 设计方向分析
3.2 典型MAC协议分析
3.2.1 竞争类MAC协议
3.2.1.1 同步竞争类MAC协议
3.2.1.2 异步竞争类MAC协议
3.2.2 调度类MAC协议
3.2.3 典型MAC性能分析
3.3 自适应负载的低功耗MAC协议设计
3.3.1 基本参数确定
3.3.2 双阈值负载判定机制
3.3.3 前导码分割
3.3.4 自适应负载低功耗MAC协议总体设计
3.3.5 性能分析
3.4 自适应负载的低功耗MAC协议性能测试
3.4.1 实际通信时延测试
3.4.2 实际通信功耗测试
3.5 本章小结
第4章 基于三级差分信号处理的边界识别方法
4.1 目前边界识别的现状和缺点
4.1.1 边界识别现状
4.1.2 基于电磁感应的边界识别缺点
4.1.3 设计方向分析
4.2 边界的建立和磁场分析
4.2.1 边界建立的方法
4.2.2 工作区域磁场分析
4.3 基于三级差分信号处理的边界识别设计
4.3.1 总体设计
4.3.2 传感器信号前置感应电路
4.3.3 主放大电路
4.3.4 数字信号采集电路
4.3.5 软件设计
4.4 性能测试
4.4.1 信号特征识别测试
4.4.2 相邻边界干扰测试
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 本文工作总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3766313
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 草坪智能养护技术的研究现状
1.2.1 智能灌溉技术
1.2.2 智能割草机器人技术
1.3 常用无线通信技术的研究现状
1.4 本文主要工作及章节安排
第2章 基于LoRa无线组网技术的草坪养护系统设计
2.1 系统总体设计
2.1.1 需求分析
2.1.2 总体框架
2.2 LoRa无线网络设计
2.2.1 网络基本架构
2.2.2 协议栈结构
2.2.3 通信协议数据帧格式
2.2.4 入网流程
2.2.5 关键机制
2.3 设备端设计
2.3.1 网关设计
2.3.1.1 网关硬件设计
2.3.1.2 网关软件设计
2.3.2 智能割草机设计
2.3.2.1 智能割草机硬件设计
2.3.2.2 智能割草机软件设计
2.3.3 无线土壤湿度计设计
2.3.3.1 无线土壤湿度计硬件设计
2.3.3.2 无线土壤湿度计软件设计
2.3.4 无线喷灌器设计
2.3.4.1 无线喷灌器硬件设计
2.3.4.2 无线喷灌器软件设计
2.4 应用层设计
2.4.1 云平台设计
2.4.1.1 设备云
2.4.1.2 业务云
2.4.2 APP设计
2.5 系统展示
2.6 本章小结
第3章 自适应负载的低功耗MAC协议
3.1 无线通信能量损耗和系统应用特点分析
3.1.1 无线通信能量损耗
3.1.2 系统应用特点
3.1.3 设计方向分析
3.2 典型MAC协议分析
3.2.1 竞争类MAC协议
3.2.1.1 同步竞争类MAC协议
3.2.1.2 异步竞争类MAC协议
3.2.2 调度类MAC协议
3.2.3 典型MAC性能分析
3.3 自适应负载的低功耗MAC协议设计
3.3.1 基本参数确定
3.3.2 双阈值负载判定机制
3.3.3 前导码分割
3.3.4 自适应负载低功耗MAC协议总体设计
3.3.5 性能分析
3.4 自适应负载的低功耗MAC协议性能测试
3.4.1 实际通信时延测试
3.4.2 实际通信功耗测试
3.5 本章小结
第4章 基于三级差分信号处理的边界识别方法
4.1 目前边界识别的现状和缺点
4.1.1 边界识别现状
4.1.2 基于电磁感应的边界识别缺点
4.1.3 设计方向分析
4.2 边界的建立和磁场分析
4.2.1 边界建立的方法
4.2.2 工作区域磁场分析
4.3 基于三级差分信号处理的边界识别设计
4.3.1 总体设计
4.3.2 传感器信号前置感应电路
4.3.3 主放大电路
4.3.4 数字信号采集电路
4.3.5 软件设计
4.4 性能测试
4.4.1 信号特征识别测试
4.4.2 相邻边界干扰测试
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 本文工作总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3766313
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