【摘要】：全球氣候變暖和人類活動(dòng)增加,導(dǎo)致大興安嶺北部的凍土產(chǎn)生退化,并對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成影響。凍土地溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可幫助科學(xué)家分析凍土與環(huán)境之間的關(guān)聯(lián);但大興安嶺北部林區(qū)部分監(jiān)測(cè)站因沒有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以自動(dòng)上報(bào)。本文結(jié)合大興安嶺林區(qū)凍土地溫監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,對(duì)無移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上報(bào)通信問題展開研究,結(jié)合野外供電情況,利用LoRa低功耗遠(yuǎn)距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)公網(wǎng)的延伸,設(shè)計(jì)了一種基于LoRa通信技術(shù)的移動(dòng)公網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)和一種基于STM32L476的LoRa通信裝置,使得無移動(dòng)公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)得以通信上報(bào)。具體工作如下:1)本文采用LoRa通信技術(shù)對(duì)移動(dòng)公網(wǎng)進(jìn)行延伸,在有移動(dòng)公網(wǎng)信號(hào)的地方架設(shè)分中心(網(wǎng)關(guān)),通過LoRa通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)分中心與監(jiān)測(cè)子站之間的通信,從而使得無移動(dòng)公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的監(jiān)測(cè)子站實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心之間的通信。本文對(duì)LoRa通信技術(shù)以及多子站上報(bào)的機(jī)制和流程進(jìn)行了介紹。在現(xiàn)有近距無線通信中,由于LoRa模塊無法自動(dòng)關(guān)機(jī)和數(shù)采儀被頻繁喚醒,導(dǎo)致系統(tǒng)功耗過大,針對(duì)這些問題,本文設(shè)計(jì)了一種以低功耗ARM平臺(tái)—STM32L476為MCU的LoRa通信裝置。該裝置通過對(duì)LoRa模塊及其與監(jiān)測(cè)站之間通信過程的控制,并通過對(duì)太陽能供電系統(tǒng)電壓的監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)在電荷量供應(yīng)充足的情況下,控制系統(tǒng)能夠控制LoRa模塊上電,以降低系統(tǒng)的功耗。本文對(duì)LoRa通信裝置的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括采用I2C接口鐵電存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)(子)站地址存儲(chǔ)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。2)為降低監(jiān)測(cè)站數(shù)采儀供電和通信裝置供電之間的關(guān)聯(lián),本文采用太陽能電池板和超級(jí)電容組合為L(zhǎng)oRa通信裝置獨(dú)立供電。本文對(duì)LoRa通信裝置的能量消耗進(jìn)行計(jì)算,并據(jù)此完成了太陽能板的功率設(shè)計(jì)和超級(jí)電容容量設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步降低電壓測(cè)量的功耗,文中運(yùn)用超微功耗RC積分方法實(shí)現(xiàn)了靜耗近乎為0的電壓測(cè)量方案,給出了電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì),并且采用GPS的1PPS對(duì)其中的脈沖周期進(jìn)行了測(cè)試標(biāo)定,使得測(cè)量誤差小于0.2V,達(dá)到了系統(tǒng)實(shí)際使用所需要的精度要求。最后本文對(duì)遠(yuǎn)距離通信實(shí)驗(yàn)和多子站通信上報(bào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了介紹,數(shù)據(jù)表明:當(dāng)通信距離為6公里時(shí),丟包率小于10%,能夠滿足大興安嶺林區(qū)無公網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的4公里通信需求。
【圖文】：

四個(gè)部分。ＬｏＲａ通信技術(shù)具有通信距離遠(yuǎn)、低功耗、低成本、部通信技術(shù)的這些關(guān)鍵特點(diǎn)使得其在智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智慧交應(yīng)用。逡逑源于導(dǎo)師與中國(guó)科學(xué)院的合作項(xiàng)目一《大興安嶺北部林區(qū)凍土工程分布著大面積的高緯度多年凍土，，高緯度多年凍土層的重耍體現(xiàn)特年平均地溫值的高低作為評(píng)價(jià)多年凍土的穩(wěn)定狀態(tài)的標(biāo)志。隨著大的發(fā)展，高yN度多年凍土對(duì)寒區(qū)環(huán)境以及工程生產(chǎn)活動(dòng)的影響越來區(qū)的凍土地溫進(jìn)行自動(dòng)采集、自動(dòng)傳輸以及實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)保障該地要。凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分中心以及數(shù)據(jù)中心三布置大量的終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的凍土地溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采者近距無線通信技術(shù)等無線通信技術(shù)將終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)分中心再通過移動(dòng)公網(wǎng)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)析。針對(duì)各種凍土工程和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，項(xiàng)目人員可以將處理后的的措施是否合理的評(píng)判依據(jù)。凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖１．１所示。逡逑

２．１．３現(xiàn)有ＬｏＲａ模塊存在的問題逡逑在大興安嶺北部林區(qū)的部分地區(qū)無人值守和天氣寒冷的條件下，現(xiàn)有ＬｏＲａ模塊和數(shù)采逡逑儀之間的連接方式如圖２．１所示，現(xiàn)有ＬｏＲａ模塊存在以下問題：逡逑１）
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.44;TN929.5;P642.14

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本文編號(hào)：2620505