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

来源 :东南大学 | 被引量 : 16次 | 上传用户:xuezhiyong2003
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随着物联网技术的迅速发展,电力、水力和燃气等企业对监控系统的需求日益增大。如何将分散且庞大的用户用电量、用水量等数据及时有效并准确无误的收集统计,成为企业迫切需要解决的问题。目前无线抄表设备常采用电池供电的方式,如何降低抄表设备功耗,让其拥有更长的使用寿命也是需要解决的问题。基于上述现状,本文设计并实现了一种基于LoRa技术的低功耗无线抄表数据传输节点。本文通过分析影响无线抄表系统数据传输节点功耗的因素,确定从硬件和软件两方面降低节点的功耗。硬件方面通过选择低功耗的STM8L151K4微控制器芯片和基于LoRa技术的SX1278射频收发芯片保证节点有较低的运行功耗;软件方面首先采用节点功率控制技术,根据链路状态调节节点的发射功率降低了网络功耗。其次使用动态集中式轮询时分多址协议,来解决节点间传输数据时因竞争信道而产生能量消耗的问题。为进一步降低功耗,采集节点使用改进后的异步唤醒机制,通过增加采集周期外节点休眠时长,降低监听/休眠占空比来优化功耗。最后设计并实现节点的软硬件。经测试,节点硬件休眠功耗为21.75uW,发射和接收模式下的功耗为410.4mW和51.9mW,单次抄读成功率高于99%,抄读总成功率为99.3%,节点在无障碍物的情况下,能实现3105.5m的无线传输。各项测试符合要求,可广泛应用于无线抄表项目中。
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