基于 Lora 无线传输的水质环境监测系统设计 □ 高严 方方 周传伟 唐瑞 隋清圣 杨流 摘要：随着物联网技术的发展，无线监测技术有了进一步的完 善和发展，考虑到Lora低功耗，传输距离远的特点,此次设计 将以Lora为载体远距离传输数据至上位机实现水质环境监测功 能。在此次设计中将用到溶解氧传感器、LORA模块、STM32 控制器以及上位机显示软件。 关键词：LoRa；STM32；传感器 一、课题研究意义 科学技术进步的同时人们的生存环境也面临着严重威胁， 尤其是水资源正受到严重污染，在这种情况下对水质环境的监 测也就显得非常重要，并且对于水质环境中的一项重要指标溶 解氧的监测尤为重要。 二、系统设计方案 （一）硬件系统设计 硬件电路主要分为如下几部分：（1）stm32 最小系统设计， 包括 3.3V 电源、8MHz 晶振时钟、复位电路、数字和模拟间的 去耦电路、调试接口、串行通信接口等 [1]。考虑到成本，功耗 及体积问题控制器采用 Cortex-M3 内核的 STM32F103C8T6 型 号。（2）信号采集：利用溶解氧传感器对数据进行采集，对 采集的信号进行滤波放大处理。（3）无线传输部分。该部分 通过 stm32 控制器通过串口的方式对 Lora 进行参数配置和数据 通信，Lora 收到数据后利用无线的方式发送给 Lora 接受模块。 （4）显示部分。将收到的数据利用串口调试助手进行显示观察。 硬件电路设计如图 1 所示： 下载电路 RS232 溶解氧传感 器 RS485 变送 器 MCU 监控中心 无线模块 复位电路 电源 系统 稳压电路 图1 系统结构框图 图2 Lora接口电路 （二）LoRa 传输模块 市面上有许多技术能够实现无线传输的功能，比如蓝牙， WiFi，Zigbee，LoRa 等。它们广泛用于物联网中，各有优势。 本设计采用 Lora 模块进行传输。LoRa 是一种扩频通信技术。 扩频通信简单的说就是一种扩展频谱的通信技术，其基本特点 是信息本身的带宽比传输过程中所用的带宽小很多 [3]。LoRa 由于其较低的功耗水平、宽广的覆盖距离在物联网发展中获得 广泛应用。节能效果的提升对于未来可能遍布在城市中的数十 亿台传感器来说无疑是占据着巨大优势 [2]。跟 WIFI、蓝牙、 Zigbee 相比，LoRa 模块具有低功耗，穿透力强、传输距离远， 最大传输距离达 8km 等优势。本文选用 AS32-TTL-100，它是 一款 100mW 工业级的无线数传模块。采用 SX1278 主芯片， LORA 扩频传输，TTL 电平输出，兼容 3.3V 与 5V 的 IO 口电压。 连接电路如图 2。 （三）溶解氧传感器 由于水质检测技术的不断发展，电化学溶氧测量技术已成 为目前应用较为广泛的溶氧测量技术，因此本次设计选取了电 化学传感器，将检测出的数据通过一个溶解氧变送器（DOB- 300）转换为便于测量和传输的标准化信号。 三、软件系统设计 程序开发环境为 Keil 软件。系统主要包括初始化程序、信 号采集处理程序、LoRa 接受发送程序，在系统开始运作之前， 先对系统进行初始化，然后利用传感器采集关于温度、水分、 电导率的数据，得出在不同温度、水分、电导率的情况下溶解 氧的数据，将数据进行分析处理后发送给无线端口进行传输显 示。测试结果如下图： 图3 测试效果图 四、结束语 本文利用溶解氧传感器，Lora 模块，STM32 控制器设计的 溶解氧检测仪，将数据通过串口发送电脑显示，使得人们可以 远程监测水质环境情况。保证了人们的健康安全。 参考文献 [1] 勾慧兰 , 刘光超 . 基于 STM32 的最小系统及串口通信的实现 [J]. 工业控制计算机 ,2012,25(9):30-32. [2] 王 阳 , 温 向 明 等 . 新 兴 物 联 网 技 术 —LoRa[J]. 信 息 通 信 技 术 ,2017(1):55-59. [3] 杨欢 , 李红信 . 一种采用 LoRa 技术的智能水表设计 [J]. 无线电 工程 ,2017(12):75-78. （作者单位：成都理工大学信息科学与技术学院） 作者简介：方方（1954 ～），男，教授，博士生导师， 研究方向为核地球物理、核技术应用、测控技术与仪器。 高严（1990 ～），男，电子与通信专业，研究方向为嵌入式。 2018.12 计算机产品与流通 97 科技与信息