【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,城市化建設(shè)的加快,智慧城市也逐步被納入國家城市建設(shè)規(guī)劃當(dāng)中。在智慧城市建設(shè)過程中,路燈作為城市道路照明基礎(chǔ)設(shè)施,是智慧城市建設(shè)的一個(gè)重要組成部分,與人們的生活息息相關(guān),對(duì)其進(jìn)行高效智能的控制與管理有著重要的意義。本文針對(duì)智慧路燈系統(tǒng)的需求,通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)PLC、WiFi、ZigBee等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在路燈控制上存在通信距離短、功耗高、成本高等問題,選擇了低功耗、遠(yuǎn)距離、抗干擾能力強(qiáng)的LoRa技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于LoRa的智慧路燈系統(tǒng)。為此進(jìn)行了如下一系列研究工作:根據(jù)基于LoRa的智慧路燈系統(tǒng)的需求與設(shè)計(jì)目標(biāo),在組網(wǎng)方面,通過分析影響無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能耗的因素,采用周期性監(jiān)聽與休眠,以及LoRa的CAD信道檢測模式來降低節(jié)點(diǎn)的功耗。提出收發(fā)雙頻的集中式輪詢TDMA協(xié)議,采用上行鏈路頻率與下行鏈路頻率分開的辦法,有效避免了節(jié)點(diǎn)之間的串音問題,進(jìn)一步優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于LoRa的智慧路燈系統(tǒng)。系統(tǒng)分為LoRa路燈控制器,LoRa路燈網(wǎng)關(guān),以及智慧路燈管控平臺(tái)和移動(dòng)端軟件四部分。其中,LoRa路燈控制器與LoRa路燈網(wǎng)關(guān)以LoRa進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的控制與狀態(tài)信息采集;LoRa路燈網(wǎng)關(guān)與智慧路燈管控平臺(tái)通過GPRS通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與局部控制等功能;智慧路燈管控平臺(tái)與移動(dòng)端軟件用于實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧路燈的管理和控制。最后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測試與分析,測試結(jié)果表明,系統(tǒng)在硬件特性、功耗、通信距離和功能上都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),具有良好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 2.1 擴(kuò)頻通信原理框圖香農(nóng)定理中，闡述了信息傳輸?shù)乃俾逝c信道帶寬和信噪比之間的關(guān)系，并給出香農(nóng)公式（2.1）：2log (1 )SC WN= × + （ 2.1）在公式（2.1）中：C 表示信息的傳輸速率，單位為 b/s；W 表示信號(hào)的頻帶寬度，單位為 Hz；S 為有用信號(hào)平均功率，單位為 w；N 是噪聲的平均功率，單位為 w。從公式中可以看出，通信的質(zhì)量可以通過提高信息的傳輸速率 C 來獲得。然而在 C 為定值時(shí)，帶寬 W 和信噪比 S/N 之間成反比，，那么可以采用更大的帶寬來得到較小的信噪比。擴(kuò)頻通信的原理就是通過增加信號(hào)的帶寬 W 來獲得更小的信噪比 S/N。LoRa 就是基于擴(kuò)頻調(diào)制原理，將有效信息的每個(gè)信息位進(jìn)行多位編碼，增加位寬來實(shí)現(xiàn)，從而在較低的信噪比下實(shí)現(xiàn)通信，提高了接收機(jī)的靈敏度，擴(kuò)大了通信范圍[28]。

6 64 -5dB7 128 -7.5dB8 256 -10dB9 512 -12.5dB10 1024 -15dB11 2048 -17.5dB12 4096 -20dBLoRa 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)oRa 擁有兩種類型的數(shù)據(jù)包格式：顯示數(shù)據(jù)包格式和隱式數(shù)據(jù)包格的區(qū)別在于，顯示數(shù)據(jù)包格式比隱式數(shù)據(jù)包格式多了一個(gè)報(bào)頭，在包含了有效負(fù)載的長度，數(shù)據(jù)的編碼率，和是否開啟了負(fù)載的 16 等信息。完整的 LoRa 數(shù)據(jù)包包含前導(dǎo)碼（Preamble）、可選報(bào)頭（H的有效負(fù)載（Payload）三部分[30]。一個(gè)完整的 LoRa 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU113.666;TP391.44;TN929.5

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本文編號(hào)：2686337