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
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