基于低功耗技術(shù)的無線A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉以行　許劍銳　謝振漢　薛國威

摘要：對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集方式進(jìn)行調(diào)查和分析。本系統(tǒng)采用濾波理論和算法，將所需采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。使用STM8L系列單片機(jī)結(jié)合LoRa無線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)低功耗、遠(yuǎn)距離的傳輸，同時(shí)在終端將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到SD卡中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程、連續(xù)、有序地采集。在數(shù)據(jù)傳輸方面設(shè)計(jì)了一套高效安全的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中的錯(cuò)誤，保證通信系統(tǒng)的安全性。該系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)低功耗遠(yuǎn)程A/D數(shù)據(jù)采集，通過高效安全的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議提高系統(tǒng)的可靠性.同時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，全面提高系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：LoRa；無線數(shù)據(jù)采集：控制系統(tǒng)

0引言

在工業(yè)領(lǐng)域中，往往需要對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，若仍采用有線連接方式，則會(huì)使得布線復(fù)雜、成本過高、以及設(shè)備移動(dòng)不方便。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，在對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)建采集測(cè)試時(shí)，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)和射頻識(shí)別RFID技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，則使得設(shè)備有很好移動(dòng)靈活性，而且數(shù)據(jù)采集的距離也可達(dá)到更遠(yuǎn)，可對(duì)多個(gè)設(shè)備輕松有效提供數(shù)據(jù)采集。

目前國外有眾多與LoRa無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)相關(guān)的項(xiàng)目，例如可實(shí)時(shí)顯示停車位分布狀況的停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)無線土壤檢測(cè)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、防止盜獵的南非Kruger國家公園犀牛保護(hù)項(xiàng)目等。而就國內(nèi)來看，可看到與LoRa無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)相關(guān)的項(xiàng)目是國內(nèi)AUGTEK公司在京杭大運(yùn)河開展的LoRa網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，據(jù)悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線覆蓋。

遠(yuǎn)程A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中無線傳輸方案十分重要。而目前大多數(shù)無線采集系統(tǒng)主要使用WiFi、藍(lán)牙、Zigbee等無線技術(shù)。在這些無線技術(shù)中，遠(yuǎn)距離和低功耗兩者之間常常只能偏重一方。而在工業(yè)領(lǐng)域中，往往需要對(duì)多個(gè)使用電池供電的遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)計(jì)指定長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，以上幾種無線技術(shù)難以達(dá)到要求。那么如何在兼顧遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪^程中，還能實(shí)現(xiàn)低功耗的設(shè)計(jì)即已成為研究課題。同時(shí)，大多數(shù)無線采集系統(tǒng)都是只有通過上位機(jī)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)來調(diào)控引入綜合分析和歷史記錄，這樣在移動(dòng)的場(chǎng)景下查詢和分析數(shù)據(jù)就會(huì)造成不便。

針對(duì)以上問題，本設(shè)計(jì)提出基于LoRa技術(shù)的無線A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該無線采集系統(tǒng)做到了低功耗與遠(yuǎn)距離兼顧，最大程度地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信與低功耗的均衡并重，因而尤其適合于對(duì)使用電池供電的遠(yuǎn)程設(shè)備來維系提供長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集。不僅如此，該無線采集系統(tǒng)還能通過嵌入式設(shè)備對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)來研究展開綜合分析和歷史記錄。為此，將給出論述如下。