Система дального радіозв'язку для контролю датчиків на основі одноплатних мікрокомп'ютерів з LoRa

Abstract

Актуальність теми кваліфікаційної роботи обумовлена стрімким розширенням зони покриття мережі Інтернет та зростанням технічних можливостей для впровадження сучасних технологій, зокрема LPWAN (Low Power Wide Area Network). Ці технології відкривають нові можливості для дистанційного управління пристроями, що робить актуальним вивчення специфіки LPWAN-мереж. LPWAN створює оригінальну парадигму комунікацій, що доповнює стільникові мережі та бездротові технології малого радіусу дії, що має важливе значення для розвитку Інтернету речей (IoT). Об’єктом дослідження є процес моніторингу та передачі даних, що використовує технологію LoRa для контролю датчиків на основі одноплатних мікрокомп'ютерів. Особливу увагу приділено організації збору, передачі та обробки даних, яка потребує оптимізації для забезпечення таких характеристик системи, як надійність, енергоефективність та відмовостійкість. Предметом дослідження є система дальнього радіозв'язку для контролю датчиків на основі технології LoRa, що реалізується з використанням одноплатних мікрокомп'ютерів. Мета кваліфікаційної роботи: розробка системи передачі даних з використанням технології LoRa для забезпечення стабільного зв’язку на великих відстанях із мінімальним енергоспоживанням. Кваліфікаційна магістерська робота містить: перелік скорочень, вступ, чотири розділи, висновки, перелік джерел посилання та два додатки. У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, визначено мету та завдання. У першому розділі проведено аналіз існуючих бездротових технологій та обрано оптимальну для розробки системи. Другий розділ містить опис алгоритмів передачі даних та методів маршрутизації в мережах LoRa. У третьому розділі описано процес розробки та проєктування системи, включаючи вибір компонентів, архітектуру мережі та інтеграцію програмного забезпечення. Четвертий розділ присвячено налаштуванню середовища для тестування, проведенню експериментів та аналізу отриманих результатів. У висновку підведено підсумки виконаної роботи та надано рекомендації щодо подальшого розвитку системи. Додатки містять програмний код і технічну документацію. Кваліфікаційна магістерська робота містить 68 сторінок (без додатків), 42 рис., 5 табл., 24 джерела посилання, 2 додатки. The relevance of the topic of the Master’s Thesis is determined by the rapid expansion of Internet coverage and the growing technical capabilities for implementing modern technologies, particularly LPWAN (Low Power Wide Area Network). These technologies open up new opportunities for remote device management, making the study of LPWAN networks highly relevant. LPWAN introduces a unique communication paradigm that complements cellular networks and short-range wireless technologies, which is crucial for the development of the Internet of Things (IoT). The subject of the research is a long-range radio communication system for sensor control based on LoRa technology, implemented using single-board microcomputers. The object of the research is the process of monitoring and data transmission using LoRa technology for sensor control with single-board microcomputers. Special attention is given to the organization of data collection, transmission, and processing, which requires optimization to ensure system characteristics such as reliability, energy efficiency, and fault tolerance. The purpose of the Master’s Thesis is to develop a data transmission system using LoRa technology to ensure stable long-range communication with minimal energy consumption. The Master’s Thesis includes: a list of abbreviations, an introduction, four chapters, a conclusion, a list of references, and four appendices. The introduction substantiates the relevance of the topic, formulates the object and subject of the research, and defines the purpose and objectives. The first chapter analyzes existing wireless technologies and selects the optimal one for system development. The second chapter describes data transmission algorithms and routing methods in LoRa networks. The third chapter outlines the process of system development and design, including the selection of components, network architecture, and software integration. The fourth chapter focuses on setting up the testing environment, conducting experiments, and analyzing the obtained results. The conclusion summarizes the work performed and provides recommendations for further system development. The appendices contain the software code and technical documentation. The qualification work consists of 68 pages (excluding appendices), 39 figures, 5 tables, 25 references, and 2 appendices.