基于LoRa的无线传感器通信系统设计与实现

【摘要】：无线传感器网络是一种由空间上分布的多个传感器节点通过无线通信方式所构成的自组织网络,节点通过选用不同类别的传感器可应用于国民生产和人们生活的各个方面,如智能家居、智慧农业、工业控制、军事等领域,具有十分广阔的应用前景。目前关于无线传感器网络系统的研究普遍都针对某一具体领域,而对通用的无线传感器网络系统研究较少。本文的主要目的是设计完成一套具有一定通用性和可扩展性,包含硬件和软件的无线传感器通信系统,用户可根据不同的应用场景在此基础上进行二次开发和改进升级。本文设计的基于Lo Ra的无线传感器通信系统由Lo Ra节点、多模网关和云平台三个部分组成,各个节点和多模网关之间采用星型组网的方式,节点将数据通过Lo Ra技术传输到多模网关,然后网关通过NB-Io T网络将数据信息上传到云平台,同时网关还辅以RS485有线方式和Wi Fi无线方式将数据传输到本地计算机上,整个数据链路是双向的。节点和网关主控制器都采用STM32F103,射频芯片采用的是SX1278。网关在节点的硬件设计基础上增加了NB模块、Wi Fi模块和RS485模块,以实现多种数据上行方式。系统软件使用自定义通信协议,具有快速重传、数据校验、超时发送补偿等功能,借助自行开发的内存管理系统来提高内存使用效率和系统管理调度。最后本文对系统的软件功能和性能进行了实验,并对节点休眠状态下的功耗以及节点与网关之间的通信距离进行了测试,结果表明节点休眠状态下功耗为3.5μA,通信距离可达4km,系统各部分功能正常,整个系统长时间工作依然拥有良好的运行状态,验证了系统的可靠性和稳定性。整个系统的设计达到了预期目标,具有一定的应用价值。