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参赛作品《基于GPRS与LoRa的采集与控制系统》
JackMCU
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发表于2018-05-07 23:24:26 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】


1. 参赛者姓名(必填项):刘杰


2. 单位或学校名称(选填项):阿杰工作室


3. 当前职务或职称(选填项):工程师


4. 参赛作品的名字(必填项):基于GPRS与LoRa的采集与控制系统


5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):通过LoRa组建本地局域网,进行数据采集与下发控制;通过GPRS连接服务器将本地数据上传至云端或从云端下发至本地;通过手机APP采集与控制;  形成APP+服务器+GPRS模组+LoRa模组+设备的采集与控制系统。    应用:农业灌溉,远程抄表,能源行业等  ; 优势:1、采用LoRa代替传统485总线,省去布线的麻烦,利于安装,降低成本 ; 2、采用GPRS联网,可以保持永久在线,方便使用 ; 3、通过简单的升级,可以升级到NB-loT,3G,4G,WIFI等方式联网,扩展性强;


6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):基本元器件:电阻,电容,LED,晶体管,晶振等   主控:STC15系列单片机     电源IC:MP1584,MP2451,78L05,HT7333等   驱动类:ULN2003A,MOS管等 


7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):LoRa模块,GPRS模块,SP3485,SIM卡座,贴片座子,弹簧天线,吸盘天线,线材等


8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项):PADS 9.5,OrCAD16.3,Keil 4,立创EDA


【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】


一、作品简介


目前市面上的采集与控制系统,局域组网多数为485总线的,或是一台设备配一个无线模块,没有进行局域组网。方式一不利于用在农业领域与抄表领域,布线需要很大的成本,方式二成本很高,也容易造成局域连接数过多,出现掉线问题。基于GPRSLoRa的采集与控制系统,可以省去布线的麻烦,同时降低成本,可以很好的解决上面两个问题。

本系统利用LoRa技术进行局域组网,代替传统的485总线,省去布线的麻烦,可以应用在农业领域、抄表领域、工业控制领域;利用GPRS连接服务器,将LoRa局域网的数据进行打包发给服务器,同时下发服务器指令到LoRa局域网,进行设备的控制。

因为路由器的成本需要几百元,所以LoRa局域网没有采用路由器与节点的模式,而是模拟485总线,一个主机控制25个从机,主机的成本与从机一样,只需要几十元,大大的降低了成本;

本系统可以通过LoRa连接25个设备,也可以去掉LoRa局域网,直接连接设备,可以上传500个数据,下发120个数据,满足大部分设备的要求;

通过将GPRS模块更换为NB模组、WIIF模组、3/4G模组,可以很方便的调整为基于NB/WIFI/3G/4GLoRa的采集与控制系统,扩张性很强。

本系统采用信价比超高的STC单片机作为主控,性能稳定,性价比超高,很有市场竞争力。



二、系统构架图

点击查看大图



说明:

1、同一个信道,一个LoRa主机可以采集与控制25LoRa节点;

2、一个中心频率,划分100个信道;

3、一个中心频率,比如433M,可以同时100个主机,2500LoRa节点进行组网。

4、LoRa主机间隔2s采集LoRa节点数据,循环采集一周为50s

5、下发控制时,LoRa主机会立马进行下发数据,并有错误重传机制,提高系统的稳定性;

6、全部采用标准接口,与用户设备匹配协议后,即插即用。


系统扩展构架图

  


说明:

1、LoRa中大规模组网可以进一步解决GPRS连接数过于密集的问题;

2、可以降低流量成本,整个硬件成本;

3、LoRa局域网工作在不同的信道,数据刷新时间等同于小型网络;

4、采用WIFI转3G/4G设备,可以连接32WIFI节点,800LoRa节点(32个LoRa局域网络),实现中规模组网;

5、几套中规模网络同时工作,可以形成大规模组网;



三、硬件部分的描述


  立创EDA:   LoRa节点原理图链接 -> https://lceda.cn/editor#id=b5529d19d5ae4a12ac34c53996eedf10   


 系统原理:

     LoRa局域网系统,代替传统的485总线,完成设备的采集与控制工作;GPRS联网模组完成LoRa局域网系统与服务器的连接;APP用于查看数据与控制设备。

    采集过程:服务器间隔一定时间向GPRS联网模组请求数据,GPRS联网模组间隔一定时间向LoRa主机请求数据,LoRa主机循环采集设备数据,APP从服务器请求数据用于显示。

    采集数据流向:设备->LoRa节点->LoRa主机->GPRS联网模组->服务器->APP

    控制过程:APP下发命令至服务器,服务器将命令发给GPRS联网模组,GPRS联网模组将命发给LoRa主机,LoRa主机将命发给LoRa节点,LoRa节点将命发给设备,设备执行命令。

    控制数据流向:APP->服务器->GPRS联网模组->LoRa主机->LoRa节点->设备。

 部分原理图:

   1、GPRS联网模组电源部分  

    点击查看大图


1、LoRa节点电源部分

   

3、LoRa主机接口部分

 

4、LoRa部分

 


PCB图片:

1、GPRS联网模组

  

2、LoRa主机

  点击查看大图

3、LoRa节点

 




四、材料清单(BOM列表)


1、电源IC   MP1584       SOP-8    https://item.szlcsc.com/15724.html

2、电源IC   MP2451       SOT23-6  https://item.szlcsc.com/14780.html

3LDO      HT7333-3     SOT-89   https://item.szlcsc.com/85375.html

4MCU     STC15W4K32S4  PLCC-32 

5MCU     STC15W408AS   TSSOP-20

6485接口  SP3485       SOP-8

7、GPRS模组 SIM800C

8、LoRa模组 Ra-01


五、软件部分的描述(选填)

1、LoRa主机程序流程图

 

2、LoRa节点程序流程图

 



六、作品演示

    腾讯视频链接: https://v.qq.com/x/page/f0703pfcy9h.html

七、总结

  本采集与控制系统的难点是LoRa局域组网与GPRS联网稳定性。  

  LoRa局域组网,采用低成本方案,模拟485总线使用的协议,采用半双工通讯,稳定可靠。

  GPRS联网方面,开启永久在线功能,使用吸盘天线,联网稳定性比较好。

  对主办方的建议:

      建微信沟通群,参赛者相互学习,讨论。


如果你只做能力范围之内的事情,就永远没法进步。
海迹天涯
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发表于2018-08-16 09:53:37   |  显示全部楼层
33#
厉害了

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