工业现场参数的智能采集与无线监测的研究

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随着各国相继出台关于“工业4.0”的国家战略,以工业物联网为基础的智能化制造正在成为工业制造领域的主流。因此对工业现场执行器件等生产设备的运行状况、过程进行数字化监控,用智能化手段进行分析和统筹管理,成为了企业研究的重点。由于传统无线传感器网络以及其等频率数据采集策略不能满足很好地满足工业现场数据采集的要求,因此结合物联网通信技术中的低功耗广域网通信技术——LoRa,本文设计了一套用于工业现场能够自适应变频采集数据的无线监测系统,用于实现对工业现场设备的运行状况实时监测,为工业现场无线监测提供一种新的设计思路。首先,本文对比了主流的两种LPWAN通信技术——NB-IoT与LoRa,综合考虑后选取LoRa技术作为系统的通信方案,并介绍了 LoRa通信原理;由于LoRa技术的低速率特性,根据具体情况设计一种自适应数据采集策略降低数据传输量;最后结合技术路径分析系统的功能需求得出本系统的总体设计框架。其次,根据系统要求设计出各节点的硬件电路功能框架,完成了系统关键芯片的选型,并按电路功能框架详细介绍了系统的硬件电路,并进行了各节点的PCB设计与制作,建立起了工业现场参数的智能采集与无线监测的硬件平台。此后根据系统要求设计出软件整体框架,接着按功能模块依次介绍了 AD7606转换控制与数据SPI通信、自适应变频采集、LoRa组网以及网关监测的软件设计,从软件设计层面实现了系统整体的数据智能采集、无线组网及长距离数据传输与报警等功能。最后,完成软硬件设计的基础上,搭建起了工业现场参数的智能采集与无线监测系统,对系统的功耗与无线传输性能及进行了测试;在模拟的工业现场环境下,对系统的组网与监测性能进行了测试,验证其可行性;对智能采集策略与传统的等频率采集策略下的系统进行了试验分析,验证了系统使用自适应变频数据采集策略更适应工业现场的监测要求。
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