Разработка системы мониторинга распределенных объектов по технологии LoRa

Введение

В настоящее время технология «Интернет вещей» все больше используется в таких сферах, как промышленное производство, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство, городское хозяйство, транспорт, энергетика, экология, медицина. Использование этой технологии позволяет осуществлять непрерывный мониторинг различных показателей, накопление необходимых данных и их анализ для принятия рациональных решений.

«Интернет вещей» (англ. Internet of Things, IoT) – концепция, представляющая собой сеть физических объектов (вещей), которые оснащены встроенными средствами для взаимодействия друг с другом или с окружающей средой. Технология «Интернета вещей» отличается от старых сенсорных сетей тем, что представляет собой не просто телекоммуникационную сеть передачи данных между сенсорами, а комплексную инфраструктуру, состоящую из таких узлов, как конечные устройства-сенсоры, сетевые серверы, серверы приложений, конечные приложение, облачные приложения, методы анализа полученных данных и алгоритмы принятия решений.

Взаимодействие различных устройств в такой сети может осуществлять с помощью радио или проводных каналов передачи данных. Одной из технологий, позволяющих строить такие сети, является технология передачи данных физического уровня LoRa и сеть LoRaWAN на её основе, позволяющая реализовать быстрое развёртывание сетей с возможностью адаптивного масштабирования. Технология LoRa модуляции отличается более эффективным использованием ресурсов элементов питания, низким энергопотреблением, большой автономностью работы, редким обслуживанием и большой дальностью передачи. Сети «Интернета вещей» с LoRa могут быть использованы в различных случаях, когда, например, устройства должны работать от батареи и работать в полевых условиях длительное время. Сети, интегрированные с LoRa, такие, как LoRaWAN, имеют дальность связи до пятнадцати километров при прямой видимости между устройствами в условиях сельской местности. Будучи открытой платформой, работающей в нелицензионном диапазоне, модель развертывания сети для устройств LoRa является гибкой и может быть адаптирована под различные бизнес-модели и решение различных задач.

Технология LoRaWAN в настоящий момент получила распространения по всему миру. В 2015 году была организована открытая, некоммерческая организация «LoRa Alliance», которая в настоящий момент насчитывает более чем пятьсот участников. Сообщество занимается разработкой и совершенствованием стандартов, внедрением новых возможностей LoRaWAN.

Рассмотрим схему пасеки. Сама пасека находится в Республике Марий Эл Сернурский район д. Лаптево и один улей находится в Республике Марий Эл Сернурский район д. Токтамыж. Пасека состоит из 4 ульев, совершенно идентичных. Улья стоят на платформах, в неподвижном состоянии. К ним присоединен приемник LoRa, который питает аккумулятор.

Рис. Схема пасеки

В моем случае я выбрал Контроллер УСПД ПУМА 30.05.06 LoRa для построения автоматизированных информационно-измерительных систем учёта ресурсов, а также для построения систем мониторинга, диспетчеризации, контроля состояния и управления режимами оборудования удаленного объекта.

Аккумулятор быстро не садится, потому что обмен информации происходит с периодичностью, выбранной пользователем.

Приемник LoRa подключен к Логгеру цифровых датчиков ЛЦД-2-LoRa, которые выдают нам информацию, такую как: температуру в улье, вес улья и атмосферное давление.

Каждый улей подключен к шлюзу LoRaWAN, все под разными номерами, расстояние от улья до шлюза не превышает расстояние 8000 м. Скорость передачи данных от 0,3 до 50 кбит/с. Сам шлюз подключен к линии напряжения и присоединен к интернет кабелю rj45.

Шлюз подключен к ПК с Microsoft Excel, который передает информацию с датчиков.

Шлюз LoRaWAN является прозрачным каналом для передачи сообщений между конечными узлами и центральным сервером. Шлюз базируется на многоканальных приемо-передатчиках, способных обслуживать до 5 тыс. конечных устройств. Связь с центральным сервером осуществляется с помощью традиционных технологий (Ethernet, WiFi, 3G/LTE) по протоколу TCP/IP.

С самого шлюза, подключенного к сети Wi-Fi, информацию обрабатывает ПК так же с подключением сети Wi-Fi. На самом компьютере мы выбираем периодичность получения информации с датчиков, которая нам необходима:

1. Вес мы будем проверять раз в 2 часа;
2. Температуру раз в 4 часа;
3. Атмосферное давление один раз в день.

Следующим шагом мы создаем облако в программе Яндекс Диск на ПК, который находится рядом с пасекой. Теперь мы можем удаленно отслеживать всю информацию, которая нам необходима.

Учитывая полученные данные, мы можем наблюдать, как увеличивается прирост мёда, а также узнать продуктивность пчел в разное время суток. Узнать атмосферное давление и температуру на пасеке. Но самое главное – мы можем определить, когда улей будет заполнен и мёд можно качать.

Заключение

1. Изучив методы и технологию построения сетей передачи данных LoRaWAN. Нам удалось построить схему передачи данных и построить схему напряженности сети пасеки.
2. Разработали структурную схему установки.
3. Реализовали узлы в виде программно-аппаратных макетов.
4. Конфигурировали программную часть.