1．目的及意义

1、目的及意义

1.1 研究目的及意义

随着我国城市乡镇系统的不断完善和发展, 对于水、电、煤气等资源使用的统计管理要求也越来越高, 传统的人工抄表存在人力资源耗费严重、错误率高、统计速度慢等缺点，已经越来越不能满足目前的需求，随着智能查抄表技术的发展朝着模块化、网络化和系统化的方向发展，以智能电表为基础的智能用电系统也将逐渐取代传统的集抄系统。在此背景下，本文提出一种基于LoRa技术的远程抄表系统，该查抄表系统通信距离远、功耗低，能很好地满足无线智能抄表系统的需求。

低功耗广域网（Low Power Wide Area Network LPWAN）技术是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。作为专为物联网应用而设计的无线通信技术，与传统的WIFI、ZigBee、蓝牙等无线通信技术相比，LoRa技术具有低功耗、低带宽、低成本、远距离、覆盖容量大等优势，LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为FSK是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa技术则是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年，由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围，可有效解决当前其他通信方式数据采集成功率不高，数据堵塞等缺点，可大大减少SIM（Subscriber Identity Module，客户识别模块）卡使用，节省通信资费；可简化配变台区中各设备的安装布线，提高配变台区设备与通信集成一体化，解决了设备与通信安装、调试、运维困难等繁琐的问题。这一技术的出现和应用改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa技术主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。所以，对LoRa技术的研究和应用可以在大大降低成本的同时提高工作效率，为日益发展的城市乡镇的进一步发展和进步具有重要意义，它的发展与应用已经成为智慧城市发展的关键。

1.2 国内外研究现状

采用和推广LoRa技术的美国Semtech公司是高性能模拟和混合信号及高级算法的领先半导体供应商，拥有远距离低功耗无线LoRa专利技术，在低功耗广域技术市场中扮演者重要的角色。为了引进其他公司包括运营商加入LoRa生态系统中，Semtech与HP、Cisco、IBM、Foxconn等多家公司在2015年共同发起创立一个开放的非营利组织——国际LoRa联盟，到目前为止，该联盟已经拥有500多个成员，主要包括系统集成商、芯片厂商、跨国电信运营商、设备制造商和创新创业企业等，影响范围覆盖欧洲、北美洲、非洲、亚洲等领域，经过短短几年的发展，LoRa技术已经形成了从芯片设计到完整解决方案的物联网生态系统。在LoRa联盟的支持下，中兴通讯在2016年发起成立中国LoRa应用联盟的倡议，得到各行业物联网应用创新主体广泛参与、合作。2016年1月28日，中兴通讯与Semtech公司在深圳签署了战略合作协议，中兴通讯与近20家合作厂商成立中国LoRa应用联盟（China Lora Application Alliance，简称CLAA），该联盟旨在合作建立中国LoRa生态圈，共同推动LoRa产业链在中国的应用和发展，努力建设多业务共享、覆盖率高、成本低廉、可实现运营的LoRa物联网。

目前，LoRaWAN已经在全球40多个国家建网，拥有近70个网络运行商且在超过350个城市进行试点运行。LoRa技术在美国、法国、澳大利亚、韩国等国家已经大规模投入使用，2018年5月底，GoogleCloud作为赞助商会员进入国际LoRa联盟，Google的这个决定意味着LoRaWAN协议和LoRa技术作为物联网连接的事实标准已经在全球范围内被采用。在中国，于2016年成立的中国LoRa应用联盟（CLAA）成员已经有近900家，拥有100多种应用类型。2017年，中兴公司针对LoRa应用专门成立的子公司中兴克拉新增10个城市级LoRa网络覆盖，国内已经有近14000个LoRa网关和153000个LoRa节点，此外，国内已有3个公开发布的LoRa网络和16个私有/试验的LoRaWAN网络。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2、研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 研究的基本内容与目标

LoRa（LongRange）是一种基于扩频技术的无线传输方案，作为一种刚刚兴起的低功耗广域网技术，LoRa以其传输距离远、功耗低等特点受到广泛关注。与传统的ZigBee、WiFi、BlueTeeth等短距离无线通信技术相比，LoRa技术更适合应用在对数据传输速率要求比较低，能量受限同时节点分布范围较广的传感网络中。与同为低功耗广域网技术的NB-loT相比，LoRa在免授权频段工作更加受欢迎，LoRa不但适合由运营商主导建立的大范围网络，也适合私人企业和个人部署专用的小型网络，所以LoRa技术已经广泛应用于环境监测、家庭安全防护、智慧农业等各个领域，本课题将LoRa技术应用于远程自动查抄表系统，低功耗物联网接入模块LoRa的应用为居民住宅区智能抄表系统提供了全新的解决方案，具有极高的推广价值。

2.2 拟采用的技术方案及措施

基于LoRa技术的智能查抄表系统主要由用户端的水/电/煤气表、LoRa数据采集器、LoRa网关、终端服务器等构成，系统构成如图1所示。

图1 基于LoRa技术的远程查抄表体统

如图所示，该系统主要通过安装在用户家中的水/电/煤气表监测家中的资源使用量，然后将数据发送至LoRa数据采集器（可通过can口通信和485通信等方式将数据传输置LoRa数据采集器一端），然后通过LoRa无线通信方式传送至远端的LoRa网关，LoRa网关接收到数据后，通过互联网将数据传输至服务器，以便完成数据的记录、保存和分析。

完成硬件设计后，需要针对设计好的硬件设施完成相应的软件设计。基于LoRa技术的远程查抄表系统首先需要编写数据传输模块程序，以便将客户端的水/电/煤气等资源的用量数据传输至LoRa数据采集器，此处可使用can口通信或485通信方式完成数据的传输，其次需要完成对LoRa网关的设置和配置，以便数据可以由LoRa数据采集器发送到LoRa网关，LoRa网关接收到数据后，通过互联网将数据进一步发送到终端服务器，终端服务器将对收到的数据进行分析，保存有效数据。

该系统可以在不打扰用户的情况下自动读取用户智能表中的数据，并通过LoRa上传到网关，再有网关通过网络通信上传至远端的服务器，不仅免去了需要专人抄表打扰用户的麻烦，而且节省电力、自来水、煤气等公司的运营成本。3. 参考文献

4、参考文献

[1] 肖思琪,全惠敏,钟晓先.基于LoRa的远程抄表系统的设计与实现[J].电子技术应用,2018,44(06):31-34 38.