LoRa無線技術(shù)通信的通信測試分析和功耗計算分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u18008LoRa無線技術(shù)通信的通信測試分析和功耗計算分析案例概述 116141.1無線通信的穿透力測試實驗 2251321.2無線通信的通訊距離測試實驗 474921.3模擬電廠環(huán)境通信測試實驗 6230641.4LoRa模塊的功耗計算 10實驗設(shè)備：一臺電腦、兩個LoRa無線串口模塊、ALIENTEK探索者STM32F407開發(fā)板1個、TFTLCD模塊一個、USB轉(zhuǎn)TTL串口一個、充電寶一個。一個LoRa無線串口模塊通過USB轉(zhuǎn)TTL串口與電腦端相連，通過電腦端來控制模塊；另一個LoRa無線串口模塊與ALIENTEK探索者STM32F407開發(fā)板相連，通過STM32F407開發(fā)板來控制，開發(fā)板由充電寶來供電。實物圖如下：圖4-1模塊與開發(fā)板連接圖圖4-2模塊與電腦連接圖1.1無線通信的穿透力測試實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^設(shè)計實驗測試LoRa無線模塊在實際情況下實現(xiàn)穩(wěn)定無線通訊的穿透能力。實驗內(nèi)容：本次實驗是在一棟有十一層樓高的建筑里完成的。一個同學(xué)拿著連接電腦端的模塊在一樓不動，我拿著另一個模塊到二樓的同一位置，然后我開始向電腦端發(fā)送1000個數(shù)據(jù)，如果這一層發(fā)送的1000個數(shù)據(jù)在一樓都能接收到，那就說明通訊穩(wěn)定，然后繼續(xù)到二樓、三樓到更高層做同樣的實驗，直到不能完全接收1000個數(shù)據(jù)有丟包情況出現(xiàn)時，說明LoRa無線通訊的穿透力已經(jīng)達(dá)到了極限，就可以停止繼續(xù)實驗了。我先是控制發(fā)射功率在11dBm（13mw）進行多組實驗。實驗數(shù)據(jù)如下：表4-1發(fā)射功率在11dBm（13mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試樓層收到數(shù)據(jù)個數(shù)2100010001000310001000100041000100010005100099899869049309267434525498數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在四層樓及以下沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在四層樓以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在11dBm（13mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透三層樓。為了得到LoRa無線通訊穿透力與發(fā)射功率之間的關(guān)系，我又在不同發(fā)射功率下進行了相同的測試實驗。實驗數(shù)據(jù)如下：表4-2發(fā)射功率在14dBm（13mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試樓層收到數(shù)據(jù)個數(shù)2100010001000310001000100041000100010005100010001000610001000100079979989968866853888數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在六層樓及以下沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在六層樓以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在14dBm（25mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透五層樓。表4-3發(fā)射功率在17dBm（50mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試樓層收到數(shù)據(jù)個數(shù)2100010001000310001000100041000100010005100010001000610001000100071000100010008100010001000999699599710885837855數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在八層樓及以下沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在八層樓以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在17dBm（50mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透七層樓。表4-4發(fā)射功率在20dBm（100mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試樓層收到數(shù)據(jù)個數(shù)210001000100031000100010004100010001000510001000100061000100010007100010001000810001000100091000100010001099499299011365432398數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在九層樓及以下沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在九層樓以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在20dBm（100mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透八層樓。總結(jié):通過對以上數(shù)據(jù)的分析得出，當(dāng)發(fā)射功率在11dBm（13mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透三層樓;當(dāng)發(fā)射功率在14dBm（25mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透五層樓;當(dāng)發(fā)射功率在17dBm（50mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透七層樓;當(dāng)發(fā)射功率在20dBm（100mw）時，LoRa無線通訊能夠穿透八層樓。所以LoRa無線通訊的實際穿透力為最多能穿透八層樓，也就是最多能穿透八堵墻，并且發(fā)射功率越高，它的穿透力就越強。1.2無線通信的通訊距離測試實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^設(shè)計實驗測試LoRa無線模塊在實際情況下實現(xiàn)穩(wěn)定無線通訊的最遠(yuǎn)通訊距離。實驗內(nèi)容：本實驗是在一個空曠的地方（基本沒什么遮擋物）完成的。一個同學(xué)拿著連接電腦的模塊站在原地不動負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，而我則拿著另一個模塊騎自行車遠(yuǎn)離他，每隔一段距離就停下來向?qū)Ψ桨l(fā)送1000個數(shù)據(jù)（通過高德地圖共享位置來確定距離），直到1000個數(shù)據(jù)不能夠被完全接收出現(xiàn)丟包現(xiàn)象時，就說明通訊開始不穩(wěn)定，已經(jīng)到達(dá)了通訊的極限距離，這時就可以結(jié)束測試了。我先是控制發(fā)射功率在11dBm（13mw）進行多組實驗，實驗數(shù)據(jù)如下：表4-5發(fā)射功率在11dBm（13mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)100m100010001000150m100010001000200m100010001000250m100010001000300m100010001000350m100010001000400m100010001000450m100010001000500m994997995550m576498543數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在450米及以內(nèi)沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在450米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在11dBm（13mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離是450米。為了得到LoRa無線通訊距離與發(fā)射功率之間的關(guān)系，我又在不同發(fā)射功率下進行了相同的測試實驗。實驗數(shù)據(jù)如下：表4-6發(fā)射功率在14dBm（25mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)100m100010001000200m100010001000300m100010001000400m100010001000500m100010001000600m100010001000700m100010001000800m996993999900m8768368021000m398375456數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在700米及以內(nèi)沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在700米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在14dBm（25mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離是700米。表4-7發(fā)射功率在17dBm（50mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)300m100010001000500m100010001000700m1000100010001000m1000100010001100m9979989981200m663587689數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在1000米及以內(nèi)沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在1000米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在17dBm（50mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離是1000米。表4-8發(fā)射功率在20dBm（100mw）情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)500m100010001000800m1000100010001000m1000100010001200m1000100010001500m1000100010001600m1000100010001700m9979939961800m854798868數(shù)據(jù)分析：由三次測試可知，在1600米及以內(nèi)沒有丟包的情況出現(xiàn)，說明通訊穩(wěn)定，而在1600米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定。綜上所述可得出結(jié)論，當(dāng)發(fā)射功率在20dBm（100mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離是1600米?？偨Y(jié)：通過對以上數(shù)據(jù)的分析得出，當(dāng)發(fā)射功率在11dBm（13mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離為450米;當(dāng)發(fā)射功率在14dBm（25mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離為700米;當(dāng)發(fā)射功率在17dBm（50mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離為1000米;當(dāng)發(fā)射功率在20dBm（100mw）時，LoRa無線通訊的最遠(yuǎn)距離為1600米。所以LoRa無線通訊的實際最遠(yuǎn)距離為1600米，并且發(fā)射功率越高，它的通訊距離越遠(yuǎn)。1.3模擬電廠環(huán)境通信測試實驗實驗?zāi)康模弘m然通過以上的幾個測試實驗，足以說明LoRa無線通訊技術(shù)的通訊距離很遠(yuǎn)、穿透力很強、抗干擾能力很強，可以應(yīng)用在各種場合，但是電廠里的環(huán)境復(fù)雜，所以必須模擬電廠里實際的環(huán)境情況進行測試實驗，以此實驗來驗證選擇LoRa技術(shù)來給電廠中空冷散熱器進行無線測溫組網(wǎng)是可行的。實驗內(nèi)容：圖4-1北方某發(fā)電有限公司設(shè)備平面布置圖本實驗是通過模擬上圖中北方某發(fā)電有限公司環(huán)境來設(shè)計實驗進行的。通過對北方某發(fā)電有限公司設(shè)備平面布置圖的分析，可知該電廠中空冷塔的測溫節(jié)點與人機監(jiān)測節(jié)點的最遠(yuǎn)距離可能為200米，而且中間可能還有鍋爐的遮擋，如下圖所示：圖4-2采集節(jié)點與監(jiān)測點位置圖由于兩個節(jié)點之間有四個鍋爐和一堵墻的遮擋，所以我就以5堵墻來代替模擬。接下來我就控制兩個節(jié)點的距離為200米、遮擋物為四堵墻來進行測試實驗。我先是找了一棟正好可以穿過五堵墻的大樓進行實驗，我和同學(xué)各自站在大樓的兩側(cè)，然后通過高德地圖共享位置控制距離在200米，并且設(shè)置的發(fā)射功率為20dBm（100mw），發(fā)送1000個數(shù)據(jù)看是否有丟包情況，在這些相同的條件下，進行了多次測試，數(shù)據(jù)如下：表4-9模擬實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試收到數(shù)據(jù)個數(shù)100010001000數(shù)據(jù)分析:通過三次測試，1000個數(shù)據(jù)都被完全接收了，沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明這個條件下LoRa無線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的無線通訊。但這還不足以證明電廠用LoRa技術(shù)是可行的，還需要增加更復(fù)雜的條件來進行測試。所以我又設(shè)計了兩個實驗進行測試。第一個實驗是控制距離200米不變，發(fā)射功率還是20dBm（100mw），然后改變遮擋物的數(shù)量，也是觀察發(fā)送1000個數(shù)據(jù)的丟包情況進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如下：表4-10改變遮擋物數(shù)量情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試遮擋物數(shù)量收到數(shù)據(jù)個數(shù)6堵墻1000100010007堵墻1000100010008堵墻495532439數(shù)據(jù)分析：在穿透7堵墻及以內(nèi)沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明通訊穩(wěn)定，而在穿透7堵墻以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定了。表明在發(fā)射功率為20dBm（100mw），通訊距離為200米時，LoRa技術(shù)最多能穿透7堵墻。第二個實驗是控制遮擋物五堵墻不變，發(fā)射功率還是20dBm（100mw），然后改變距離，也是觀察發(fā)送1000個數(shù)據(jù)的丟包情況進行實驗，實驗數(shù)據(jù)如下：表4-11改變距離情況下的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)300m100010001000400m100010001000500m100010001000600m100010001000700m386452432數(shù)據(jù)分析：在600米及以內(nèi)沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明通訊穩(wěn)定，而在600米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定了。表明在發(fā)射功率為20dBm（100mw），遮擋物為五堵墻時，LoRa技術(shù)最遠(yuǎn)能在600米以內(nèi)進行通訊。總結(jié)：通過模擬電廠的環(huán)境進行實驗并且又在電廠環(huán)境的基礎(chǔ)上增加條件進行實驗，分析以上數(shù)據(jù)可得出結(jié)論，電廠空冷散熱器的無線測溫系統(tǒng)用LoRa技術(shù)是可行的。但是電廠在使用時又要考慮經(jīng)濟性，要考慮節(jié)能省電，所以LoRa模塊就要選擇一個合適的發(fā)射功率。因此，我改變了發(fā)射功率，進行了和上面一樣的實驗。實驗數(shù)據(jù)如下：表4-12條件為17dBm、200m、5堵墻的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試收到數(shù)據(jù)個數(shù)100010001000數(shù)據(jù)分析：通過三次測試，1000個數(shù)據(jù)都被完全接收了，沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明這個條件下LoRa無線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的無線通訊。表4-13條件為17dBm、200m，改變遮擋物數(shù)量的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試遮擋物數(shù)量收到數(shù)據(jù)個數(shù)6堵墻1000100010007堵墻634698578數(shù)據(jù)分析：在穿透6堵墻及以內(nèi)沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明通訊穩(wěn)定，而在穿透6堵墻以上則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定了。表明在發(fā)射功率為17dBm（100mw），通訊距離為200米時，LoRa技術(shù)最多能穿透6堵墻。表4-14條件為17dBm、5堵墻，改變距離的實驗數(shù)據(jù)第一次測試第二次測試第三次測試距離收到數(shù)據(jù)個數(shù)300m100010001000400m100010001000500m100010001000600m864895840數(shù)據(jù)分析：在500米及以內(nèi)沒有出現(xiàn)丟包的情況，說明通訊穩(wěn)定，而在500米以外則出現(xiàn)了丟包的現(xiàn)象，說明通訊已經(jīng)不穩(wěn)定了。表明在發(fā)射功率為17dBm（100mw），遮擋物為五堵墻時，LoRa技術(shù)最遠(yuǎn)能在500米以內(nèi)進行通訊?？偨Y(jié)：如果再降低發(fā)射功率的話，在以上條件下已經(jīng)不能實現(xiàn)無線通訊了，所以為