基于LoRa实时通讯的智慧垃圾桶监测系统研究与实现

摘要

城市卫生是城市生活状况和社会发展程度的集中体现，近年来，智慧垃圾桶环卫监测系统发展日益成熟，但在监测信息的通讯传输方面仍然存在成本高、传输距离有限和数据易丢失等问题。LoRa通讯技术因为具有低功耗、传输距离远和数据丢失率低等优势，在智慧城市环卫监测系统的应用场景中得到普遍运用，但是它的通讯调度算法的设计和通讯速率的设计一直是困扰其通讯的可靠性提升和信道的有效使用率提升的关键难点。　　针对上述难点，本文从LoRa的射频性能设计的角度出发，结合时分复用技术以及竞争式通讯算法的角度，提出一种新的通讯调度算法，使其可达毫秒级的时延和极低的错误率，满足智慧城市中的各类型应用场景，并且将其运用到实际的智慧垃圾桶项目场景中，验证了算法的优越性、可靠性，解决了智慧垃圾桶监测系统的通讯痛点。本文的主要工作为：　　首先，介绍了基于LoRa的物联网实时性通讯系统的应用场景，分析了国内外对其性能提升的研究现状，阐述了影响LoRa物联网通讯的关键技术点。　　其次，阐述了算法的总体设计思路和框架结构，重点对基于时分复用的竞争调度算法的设计思路进行了介绍，并且结合实际应用场景，与国内外其他通讯设计方案进行对照实验，来证明算法的优越性和可靠性。　　最后，从系统的需求分析、设计和实现三个角度，详细介绍了智慧垃圾桶检测系统。将算法成功的运用于智慧垃圾桶监测项目中，对测试方案、参数要求和实际应用效果进行了阐述，通过实验证明系统的良好工作性能和实际应用性能。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 论文组织结构

第 2 章 相关技术原理

2.1 LoRa 硬件体系架构

2.1.1 LoRa 调制解调方式

2.1.2 LoRa 调制解调相关参数

2.2 LoRa 软件体系架构

2.2.1 LoRa 数据包结构

2.2.2 LoRa 低功耗处理

2.3 本章小结

第 3 章 基于 LoRa 的时分复用竞争通讯算法

3.1 LoRa 实时通讯算法技术结构

3.2 时分复用竞争通讯算法

3.2.1 Slot 时间与信标

3.2.2 主站算法流程架构

3.2.3 从站算法流程架构

3.2.4 各种通讯场景分析

3.3 性能分析与评估

3.3.1 实验说明

3.3.2 实验步骤

3.3.3 实验结论

3.4 本章小结

第 4 章 智慧垃圾桶监测系统需求分析

4.1 功能需求分析

4.1.1 硬件功能需求分析

4.1.2 软件功能需求分析

4.2 非功能需求分析

4.3 本章小结

第 5 章 智慧垃圾桶监测系统设计

5.1 垃圾桶满溢监测装置设计

5.2 物联网通讯云平台设计

5.3 后台管理系统设计

5.4 本章小结

第 6 章 智慧垃圾桶监测系统实现

6.1 垃圾桶满溢监测装置实现

6.2 物联网通讯平台实现

6.3 后台管理系统实现

6.4 系统测试与评估

6.5 本章小结

结 论

（1）当前工作

（2）对未来工作的展望

参考文献

附录A（攻读学位期间所发表的主要成果）

致 谢