基于LoRa技術的礦用無線復合傳感器設計與實現

薛光輝，趙 賀，孫宗正

(中國礦業大學(北京) 機電與信息工程學院，北京 100083)

由于礦用機械設備現場工作環境復雜，受設備老化、操作不當等因素影響，經常出現機械故障，為監控管理礦用機械設備和對設備進行及時維護，需要采集設備的振動和溫度信號并傳輸給上位機分析以便實時獲取設備運行狀態[1-3]。隨著無線傳感器網絡技術的日臻完善，設備狀態無線監測系統越來越得到重視。

現有的機械設備狀態無線監測系統多采用ZigBee[4]、WiFi[5]等通信技術。薛光輝等人[6]研制了基于ZigBee技術的工業設備狀態監測系統，有效通信距離18m。杜巖等人[7]研制了基于WiFi技術的礦用設備監測系統，WiFi信號存在功耗高、信號抗干擾能力差等問題。

近年來，超長距低功耗傳輸技術LoRa(Long Rang)技術發展迅速，空曠條件下通信距離10km，接收靈敏度可達-148dBm，功耗極低[8]，采用線性調頻擴頻調制技術，抗干擾能力強，在智慧城市[9]、智慧電網[10]、智慧農場[11]等領域應用廣泛。在礦用方面，霍振龍[12]研究了LoRa技術在礦井無線通信中的應用，提出了LoRa技術在礦井中的應用場合。張新[13]分析了LoRa技術的幾種應用模式，針對煤礦實際場景，探討了幾類具體應用。因此，提出將LoRa技術應用到礦用設備狀態監測系統以解決現有設備狀態無線監測系統存在的問題[14，15]。

本文提出并設計了一款基于LoRa技術的礦用無線復合傳感器，可與LoRa網關和服務器組成礦用設備狀態監測系統，以彌補現有機械設備狀態監測系統的不足。

1 方案設計

基于LoRa技術的礦用無線復合傳感器具有以下特點：