基于LoRa的工业数据采集系统设计与实现

发布时间：2021-04-03 01:48

　　随着信息技术的不断进步与发展,工业生产与信息技术的深度融合已经成为大势所趋,以智能生产为标签的“工业4.0”悄无声息的到来了。在智能生产中最为重要的环节就是工业现场参数的采集和传输。由于我国现有的数据采集传输系统一般在工业环境中抗干扰能力较弱,常常因外界干扰问题导致采集结果不准确并且还有可能因为涌入过电流、过电压而造成模块烧毁,直接增加了系统维护的难度与成本。另外一些高性能的数据采集模块,其高昂的成本严重阻碍了数据采集系统在生产现场的普及与应用。同时对于无法布线的工业现场,现阶段的工业无线传输技术一般都存在着传输距离较短的问题,无法满足智能制造对远距离传输的更高要求。因此本文针对工业现场的特点,研究设计了一种基于LoRa调制技术的高精度数据采集系统。本文主要工作如下所示。1、高精度数据采集模块的研究、设计和实现:首先研究了影响数据采集精度的因素和相对应的抗干扰技术;其次以STM32F103微处理器作为控制核心搭配高性价比的16位模数转换器AD7792,采用PCB隔离、差分传输、电源隔离、磁耦隔离、输入保护等技术完成了数据采集模块的软硬件设计,实现了0²0mA、4<... 

【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

∑-Δ型ADC工作过程中量化噪声功率分布

基于LoRa的工业数据采集系统设计与实现-20-图2.4Chirp信号时域（左）与频域（右）图LoRa扩频通信的工作流程如图2.5所示[79]。在LoRa调制中，信息发送端的信号在信源编码过程中加入纠错码，通过Chirp信号调制后采用扩频技术将信号频谱拓展为宽频，最后经过无线射频信道传输至信息接收端。在信息接收端利用相对应的解扩频技术压缩频谱，把信号频谱恢复为传输信号的带宽。通过扩频与解扩频部分压缩传输噪声，大幅度提高了系统的信噪比从而增加了系统的接收灵敏度与无线传输距离。因此采用扩频通信技术使得LoRa调制技术在远距离传输中具有更高的接收灵敏度，提高了无线传输距离。图2.5LoRa扩频通信工作流程图2.3系统总体方案及技术指标设计2.3.1系统功能及技术指标设计数字采集传输系统主要完成的功能是将不同传感器输出的多类型模拟信号，传入数据采集模块经隔离保护、信号调理、模数转换后输出数字信号，再将数字信号输入到微处理器中进行分析处理、显示、存储，并通过现场总线和无线传输的方式与上位机完成交互，最后可以使得工作人员通过上位机界面远程实时查看工业现场的相关信息。系统具体设计指标如下表2.6所示。

河北工业大学硕士学位论文-21-系统设计指标项目指标通道数目2路输入类型0~20mA、4~20mA、0~5V、0~10V、±5V、±10V输入方式差分输入有效分辨率>14位通信方式现场总线、LoRa传输无线传输距离无遮挡下大于1500m显示功能密码保护、实时显示、历史信息显示抗干扰方案加入输入保护、通道隔离等工作温度-40℃～80℃工作湿度5%～95%2.3.2系统总体方案设计上文根据工业现场的环境和特点，设计了数据采集系统的功能以及数据采集的技术指标。通过对比选择LoRa技术和现场总线作为系统通信方案，最终系统总体设计方案如下图2.6所示。图2.6系统总体设计方案在本设计中由于与数据采集模块相连的无线通信模块和上位机端的无线通信模


本文编号：3116372