趙太飛,陳倫斌,袁 麓,胡小喬
(1.西安理工大學(xué) 自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,西安 710048;2.千江(上海)信息科技有限公司,上海 200051)
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基于LoRa的智能抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
趙太飛1,陳倫斌1,袁 麓2,胡小喬2
(1.西安理工大學(xué) 自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,西安 710048;2.千江(上海)信息科技有限公司,上海 200051)
針對(duì)ZigBee在無(wú)線(xiàn)抄表網(wǎng)絡(luò)中通信距離短、網(wǎng)絡(luò)路由復(fù)雜、抗干擾能力弱的缺點(diǎn),提出了一種基于LoRa的無(wú)線(xiàn)智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;該方案以SX1278的LoRa調(diào)制技術(shù)為核心,采用星型、鏈型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自組網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),構(gòu)建了通信距離遠(yuǎn)、可抵抗多種干擾源等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的智能抄表系統(tǒng);介紹了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、LoRa節(jié)點(diǎn)軟硬件和應(yīng)用層自定義通信協(xié)議的設(shè)計(jì)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能電表的能耗數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程管理,最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試分析;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案具有通信距離遠(yuǎn)、功耗低、組網(wǎng)便捷、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),有著廣泛的應(yīng)用前景。
LoRa;智能抄表;數(shù)據(jù)采集;STM32
物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,越來(lái)越多的物體接入網(wǎng)絡(luò),逐漸實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”這一宏偉藍(lán)圖。低功耗廣域網(wǎng)LPWAN 技術(shù),作為蜂窩 M2M 連接的有效補(bǔ)充方案[1],加速了物聯(lián)網(wǎng)在低功耗、低成本、廣覆蓋、大容量方面的發(fā)展。LoRa作為L(zhǎng)PWAN的一種長(zhǎng)距離通信技術(shù),解決了傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸距離遠(yuǎn)與低功耗不能兼得的問(wèn)題。LoRa(Long Range,遠(yuǎn)程)是一種新型無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),利用了先進(jìn)的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和編解碼方案,增加了鏈路預(yù)算和更好的抗干擾性能[2-3],對(duì)深度衰落和多普勒頻移具有更好的穩(wěn)定性[3]。SX1278 射頻模塊采用了LoRa遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器,適合于要求長(zhǎng)距離通信、抗干擾能力、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
由于Zigbee技術(shù)的通信頻率高,信號(hào)傳輸中衰減非???,同一頻段WIFI、藍(lán)牙信號(hào)的使用,導(dǎo)致Zigbee傳輸距離短[4]、易受干擾和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文將LoRa通信技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)抄表中,實(shí)現(xiàn)電表的遠(yuǎn)程抄取、遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障排查等一系列智能管理,解決了人工抄表耗費(fèi)大量的人力、物力與財(cái)力,既不方便,也容易發(fā)生漏抄、錯(cuò)抄的情況[5],方便了居民用電的自動(dòng)化管理。LoRa遠(yuǎn)距離通信,大大減少了中繼的使用,節(jié)約了成本。本系統(tǒng)可應(yīng)用于居民小區(qū)、學(xué)校、工業(yè)生產(chǎn)等場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)對(duì)電表遠(yuǎn)程集中管理和控制。
系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括電表集抄管理中心、LoRa射頻傳輸模塊、GPRS公網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括匯聚節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和終端采集節(jié)點(diǎn)。該系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間采用LoRa無(wú)線(xiàn)一對(duì)多的通信方式分布在樓宇電表內(nèi),采集電表用電信息及狀態(tài)信息;匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收發(fā)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),并通過(guò)GPRS公網(wǎng),將數(shù)據(jù)上傳到電表集抄管理中心。采集節(jié)點(diǎn)向下與智能電表根據(jù)Modbus通信規(guī)約通過(guò)RS485方式連接[6],向上借助LoRa網(wǎng)絡(luò)的超長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通信能力與匯聚節(jié)點(diǎn)通信,將采集的電表數(shù)據(jù)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)傳回電表集抄管理中心。若遇障礙物嚴(yán)重遮擋,導(dǎo)致采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)不能正常通信時(shí),可加入中繼節(jié)點(diǎn)完成采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點(diǎn)。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
集抄管理中心通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)處理,智能分析每個(gè)接入電表的狀態(tài),并轉(zhuǎn)換成有價(jià)值的信息,供授權(quán)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)使用。由此可見(jiàn),該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上電即用、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下發(fā)、抗干擾等功能,實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)采集與管理。該設(shè)計(jì)不僅為集抄管理中心提供查詢(xún)和管理的便捷,還能提供智能決策,幫助管理中心提高服務(wù)水平。
相比于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[7],消除了同步開(kāi)銷(xiāo)和跳數(shù),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和低功率等特點(diǎn),因此在小區(qū)電力抄表中采用星型、鏈型網(wǎng)絡(luò),就可以滿(mǎn)足實(shí)際需求。理論上,LoRa網(wǎng)絡(luò)中,一個(gè)父節(jié)點(diǎn)可以容納最多300K個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。但是在實(shí)際使用中,較多的終端節(jié)點(diǎn)會(huì)使協(xié)調(diào)器負(fù)擔(dān)過(guò)重,以至于導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓或誤碼率增加[8]。因此,通過(guò)對(duì)SX1278 射頻模塊通信通道進(jìn)行設(shè)置,將一個(gè)區(qū)域的LoRa網(wǎng)路分成若干個(gè)網(wǎng)絡(luò),從而降低通信鏈路的開(kāi)銷(xiāo)。
本文對(duì)同一區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分區(qū),設(shè)置成不同頻道,降低信號(hào)間相互干擾。系統(tǒng)中同區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)處于同一通信頻道,節(jié)點(diǎn)上電即加入網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)SX1278 射頻模塊可在線(xiàn)監(jiān)聽(tīng)射頻空中信道,使用無(wú)線(xiàn)防碰撞和硬件物理機(jī)制,有效解決了周?chē)渌麩o(wú)線(xiàn)系統(tǒng)同頻干擾問(wèn)題。大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)分組,有效的降低了誤碼率,增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。
3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)MCU主控芯片STM32F103ZET 是基于A(yíng)RM 32位的cortex-M3架構(gòu)的微處理器,最高72 MHz工作頻率,內(nèi)置512 K字節(jié)大容量存儲(chǔ)器以及高速SRAM,輕易滿(mǎn)足電力無(wú)線(xiàn)集抄系統(tǒng)所需的空間。同時(shí)STM32F103睡眠、停止以及待機(jī)3種低功耗工作模式[9],方便了系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì),并且具有優(yōu)越的計(jì)算性能和中斷響應(yīng)系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)中,SX1278射頻模塊是一種高度集成低功耗半雙工小功率無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊,具有傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)的穿透性強(qiáng)、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送穩(wěn)定等特點(diǎn)。
1)采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì):
符合國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定的電子式電度表,具有電能計(jì)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和RS-485與外界通信的接口等功能。本設(shè)計(jì)采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。中繼節(jié)點(diǎn)主要用于轉(zhuǎn)發(fā)匯聚節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)之間的指令及數(shù)據(jù)信息,擴(kuò)展無(wú)線(xiàn)抄表傳輸范圍。采集節(jié)點(diǎn)的任務(wù),一方面負(fù)責(zé)電表數(shù)據(jù)的采集和控制,另一方面響應(yīng)匯聚節(jié)點(diǎn)下發(fā)的指令,將采集的數(shù)據(jù)上傳匯聚節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的電能數(shù)據(jù)采集以及遠(yuǎn)程費(fèi)控等功能。其中采集節(jié)點(diǎn)RS-485接口采用ADM2483芯片設(shè)計(jì)。
圖2 采集/中繼節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖
2)匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì):
匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)指令的下達(dá)、數(shù)據(jù)的接收與上傳、系統(tǒng)的檢測(cè)以及管理等功能,其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)LoRa無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接收區(qū)域內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)上傳的電表數(shù)據(jù),并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)上傳至集抄管理中心;同時(shí)下發(fā)集抄管理中心的命令到LoRa網(wǎng)絡(luò)任意采集節(jié)點(diǎn)。
圖3 匯聚節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用uCOS-III實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),它以任務(wù)調(diào)度機(jī)制為核心,保證了多任務(wù)在uCOS-III系統(tǒng)上并發(fā)執(zhí)行。首先系統(tǒng)調(diào)用OS_Init()函數(shù)初始化μC/OS-III操作系統(tǒng),創(chuàng)建空閑任務(wù)和統(tǒng)計(jì)任務(wù);其次調(diào)用BSP_Init()函數(shù)對(duì)系統(tǒng)硬件初始化,調(diào)用OSTaskCreate()建立了一個(gè)TaskMain任務(wù),且在其任務(wù)內(nèi)創(chuàng)建2個(gè)子任務(wù),分別是a_task、b_task;最后執(zhí)行OSStart(),由uCOS-III內(nèi)核執(zhí)行多任務(wù)。同時(shí),設(shè)計(jì)了應(yīng)用層自定義數(shù)據(jù)協(xié)議,保證了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。采集節(jié)點(diǎn)采用休眠-喚醒-休眠的循環(huán)工作模式,有效降低了系統(tǒng)功耗。
1)應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計(jì):
協(xié)議設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接決定了本系統(tǒng)的智能化程度[10]。本系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行了自定義協(xié)議設(shè)計(jì),對(duì)本文數(shù)據(jù)報(bào)打包與解析,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。數(shù)據(jù)傳輸方式采用數(shù)據(jù)幀模式,傳輸序列為二進(jìn)制字節(jié)流。同時(shí),數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)數(shù)據(jù)采用CRC16校驗(yàn)算法,做到傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤。在抄表中,集抄管理中心通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)、采集節(jié)點(diǎn)下發(fā)滿(mǎn)足電能表通信規(guī)約DL/T645-2007協(xié)議指令,等待一段時(shí)間待電表響應(yīng)后,將數(shù)據(jù)返回給采集節(jié)點(diǎn),采集節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)打包封裝上傳給匯聚節(jié)點(diǎn),最后由匯聚節(jié)點(diǎn)上傳至集抄管理中心。
本系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)抄表方式可分為定時(shí)抄表,以及單播、廣播抄表。抄表網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建后,匯聚節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)之間能立即建立一對(duì)多的映射關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)上電就能采集電表數(shù)據(jù),為網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程管理提供了便利。本系統(tǒng)抄表數(shù)據(jù)報(bào)文格式為:報(bào)文長(zhǎng)度為32byte定長(zhǎng)字節(jié),即設(shè)備號(hào)(2byte)+包頭(12byte)+包體(18byte)=32字節(jié)。其中,單播抄表實(shí)現(xiàn)對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)下單一采集節(jié)點(diǎn)電能表的遠(yuǎn)程抄表,如當(dāng)幀命令為0x0801、0x0802等命令時(shí),表示對(duì)電表正向有功總電能、電表凍結(jié)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。采集節(jié)點(diǎn)地址即設(shè)備號(hào),根據(jù)每個(gè)SX1278射頻模塊分配給各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)獨(dú)一無(wú)二的設(shè)備地址,如匯聚節(jié)點(diǎn)下發(fā)報(bào)文中設(shè)備號(hào)為0x55AA,即采集節(jié)點(diǎn)地址為該設(shè)備號(hào)的做出響應(yīng)。其次,廣播抄表實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)匯聚節(jié)點(diǎn)下整個(gè)采集節(jié)點(diǎn)電能表進(jìn)行遠(yuǎn)程統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)還可通過(guò)發(fā)送抄表報(bào)文幀命令如0x0601、0x0602等,查看電表的設(shè)備基本信息、實(shí)時(shí)時(shí)間、功能狀態(tài)等信息,方便遠(yuǎn)程管理和故障檢測(cè)。部分抄表幀命令及含義如表1所示。
表1 抄表幀命令及含義
2)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì):
采集節(jié)點(diǎn)既要完成采集電能表的數(shù)據(jù),也需通過(guò)LoRa網(wǎng)絡(luò)上傳和接收數(shù)據(jù)及命令。采集節(jié)點(diǎn)接收匯聚節(jié)點(diǎn)下發(fā)的命令后,首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤,其次根據(jù)報(bào)文中幀命令執(zhí)行相應(yīng)的操作,執(zhí)行完將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息上傳給匯聚節(jié)點(diǎn),采集節(jié)點(diǎn)軟件工作流程如圖4所示。
圖4 采集節(jié)點(diǎn)流程圖
匯聚節(jié)點(diǎn)需與LoRa無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信,也需與GPRS公網(wǎng)進(jìn)行通信,其軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。匯聚節(jié)點(diǎn)接收到集抄管理中心下發(fā)報(bào)文或采集節(jié)點(diǎn)上傳報(bào)文數(shù)據(jù)時(shí),也會(huì)對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。同時(shí)通過(guò)報(bào)文中命令,判斷是集抄中心下發(fā)的報(bào)文還是采集節(jié)點(diǎn)上傳的報(bào)文。如為下發(fā)報(bào)文,則通過(guò)設(shè)備號(hào)判斷是自己還是對(duì)采集器操作;如為上傳報(bào)文,且對(duì)接收的數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)正確,則通過(guò)GPRS上傳集抄管理中心。
圖5 匯聚節(jié)點(diǎn)流程圖
搭建系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境,驗(yàn)證該智能抄表系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。模擬網(wǎng)絡(luò)包括1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、3個(gè)采集節(jié)點(diǎn),匯聚節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)之間通過(guò)RS-232方式相連,利用串口調(diào)試工具軟件給采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文,查詢(xún)電能表實(shí)時(shí)電能情況。測(cè)試中,設(shè)備節(jié)點(diǎn)的射頻中心頻率為470 MHz、發(fā)射功率為20 dbm、串口波特率為9 600 bps等。
為了測(cè)試匯聚節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)之間的有效傳輸距離,在空曠街區(qū)、樓宇內(nèi)(以一層樓梯口為起點(diǎn))2種環(huán)境下的不同位置,進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)收發(fā)測(cè)試,每次下發(fā)數(shù)據(jù)包100個(gè)。測(cè)試結(jié)果如表2、表3所示。
表2 空曠街區(qū)測(cè)試結(jié)果
表3 樓宇內(nèi)測(cè)試結(jié)果
由表2、表3可知,隨著通信距離的增加數(shù)據(jù)丟包率逐漸增加。其中,在空曠街區(qū),當(dāng)通信距離小于2.15 km,數(shù)據(jù)丟包率小于12%;在樓宇內(nèi)內(nèi),能在一層與四層間良好的通信。此外,使用最簡(jiǎn)單的串聯(lián)電流表的辦法,對(duì)系統(tǒng)功耗進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)使用低功耗設(shè)計(jì)模式時(shí),系統(tǒng)電流相比未使用低功耗模式功耗大大降低。
測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、功耗較低以及較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。為電力部門(mén)遠(yuǎn)程智能管理電能表,提高了工作效率、管理水平和服務(wù)質(zhì)量。
本文將低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)智能抄表中,通過(guò)低功耗、遠(yuǎn)距離LoRa無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和GPRS公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集抄管理中心與電能表之間的通信,達(dá)到管理中心遠(yuǎn)程抄取電能數(shù)據(jù)和管理各個(gè)電表運(yùn)行狀態(tài)。
文中對(duì)系統(tǒng)總體架構(gòu)、應(yīng)用層通信協(xié)議以及節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)等進(jìn)行了詳細(xì)分析。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好、通信距離遠(yuǎn)、功耗較低、組網(wǎng)便捷,并且成本低,能很好的滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)智能抄表系統(tǒng)需求,具有廣泛的應(yīng)用前景。
[1] 王曉玲,田洪川. 國(guó)際通信運(yùn)營(yíng)商在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域加緊布局[J]. 世界電信,2015(5):14-18.
[2] Lewark U J, Antes J, Walheim J, et al. Link budget analysis for future E-band gigabit satellite communication links[J]. CEAS Space Journal, 2013, 4 (1), 41-46.
[3] Mohamed Aref, Axel Sikora. Free Space Range Measurements with Semtech LoRaTM Technology[A]. 2014 2nd International Symposium on Technology and Applications (IDAACS-SWS)[C].Offenburg,2014:19-23.
[4] 徐松松,周西峰,郭前崗. 基于A(yíng)RM平臺(tái)的ZigBee網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用,2013:16:51-53.
[5] 閔華松,程志強(qiáng),黃 磊,等. 基于RF的無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2014(2):639-642.
[6] 王 鵬,王文慶. 基于3G的能耗數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2015(12):4202-4206.
[7] LoRaWANTM Specification 1R0[Z].
[8] 周 鑫,朱向東,于秀波. ZigBee遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化儀表,2013(3):31-33.
[9] 王永虹,徐 煒,郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.
[10] 侯 琛,趙千川,馮浩然,等.一種物聯(lián)網(wǎng)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量與技術(shù),2014,37(6):108-114.
Design and Implementation of Smart Meter Reading System Based on LoRa
Zhao Taifei1,Chen Lunbin1,Yuan Lu2,Hu Xiaoqiao2
(1.Faculty of Automation and Information Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048,China;2.Qianjiang Information Technology Co.Ltd.,Shanghai 200051,China)
Targeting for the shortcomings of ZigBee technology in wireless meter reading network, which offers short communication distance, complexity of network routing and poor ability of anti-interference, a new scheme of LoRa technology based wireless smart meter reading system is proposed. The system is based on long communication distance and resists the interference, using LoRa modulation technology of SX1278 as the core and ad-hoc network is designed using star networks and chain networks. The design process of network topology for the system, the node hardware and software for the LoRa, and the application-layer protocol are introduced to implement the energy consumption data acquisition and remote management of smart metering. The final tests indicate that the scheme has the long communication distance, low power consumption, easy networking and full practicability.
LoRa; smart metering;data acquisition; STM32
2016-04-11;
2016-05-19。
國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中國(guó)民航局民航聯(lián)合研究基金資助項(xiàng)目(U1433110);陜西省科技計(jì)劃工業(yè)公關(guān)項(xiàng)目(2014K05-18);陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目(2013JC09)。
趙太飛(1978-),男,河南鶴壁人,副教授,碩士研究生導(dǎo)師,主要從事紫外光通信和物聯(lián)網(wǎng)方向的研究。
1671-4598(2016)09-0298-04
10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.09.084
TP3
A