基于LoRa的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统设计.pdf

本篇文章主要讲述了利用LoRa通信技术实现的一个低功耗瓦斯浓度分布式监测系统的设计。系统设计针对传统催化燃烧式甲烷传感器的高功耗问题以及传统有线瓦斯浓度监测系统的高安装成本、低扩展性、低灵活性以及繁重的维护工作量等缺点进行了改进。 知识点详细说明如下： 1. 瓦斯浓度监测系统问题：传统瓦斯浓度监测系统中，催化燃烧式甲烷传感器存在较高的功耗问题，同时有线系统在部署过程中安装成本高昂，系统扩展性差，灵活性不足，且维护工作量大。 2. LoRa通信技术：LoRa是一种基于扩频技术的低功耗广域网通信协议，它特别适合远距离、低功耗的物联网应用。在本系统中，LoRa技术被用于无线传输瓦斯浓度数据，从而替代了传统的有线连接。 3. 系统设计要点： - 瓦斯浓度采集节点设计：使用STM32L151超低功耗系列处理器，该处理器具备多种低功耗模式，非常适合于低功耗应用场合。此外，系统通过电源管理模块对电源进行分组控制，并结合功耗控制策略实现降低系统整体功耗。具体措施包括： a. 单片机核心系统采用低功耗工作模式。 b. 甲烷检测用的MJC4/2.8J载体催化元件采用动态通电方式，有效降低平均电流。 c. 除单片机核心系统外的其它模块根据需求进行供电，以进一步减少不必要的能耗。 - LoRa智能网关设计：智能网关采用嵌入式实时操作系统C/OS-II进行任务调度，优化网关性能，从而提升CPU利用率。这样可以在保证数据传输性能的同时，最大限度地降低能耗。 4. 测试结果分析：文章最后介绍了测试结果，验证了瓦斯浓度采集节点的数据传输性能良好，并且功耗控制策略能有效地降低节点的平均电流，延长电池使用寿命，并减少系统维护工作量。 5. 系统实施意义：设计并实现的低功耗瓦斯浓度分布式监测系统，不仅能够有效降低系统功耗，减少维护成本，还能增强系统的扩展性和灵活性，适合在矿井、仓库等需要监测瓦斯浓度的场所使用。 关键词涵盖了瓦斯浓度监测、甲烷检测用载体催化元件、分布式监测、低功耗、功耗控制、LoRa、智能网关等，这些关键词很好地总结了文章所涉及的主要研究内容和方向。此外，文章的中图分类号为TD712，表明文章属于矿业安全技术类。 本系统的设计和实现，为相关领域的研究和应用提供了一个具体的参考，具有很高的实用价值和推广潜力。同时，通过使用低功耗设计和LoRa技术，系统提供了一种高效率、低成本的解决方案，用于监测和管理工业环境中瓦斯等气体的浓度，确保了工作环境的安全。