基于LORA广域环境监测

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基于LORA广域环境监测 [复制链接]

一作品简介

随着人类社会发展与进步，人们的物质文化生活越来越丰富，人们开始关注自己周围的环境问题，特别是近几年的雾霾十分严重，政府的监测站只是在固定点，不能够面面俱到。人们迫切的想知道自己周围的环境，在环境不好的时候减少运动或采取其它措施应对。本课题所研究的基于LORA广域环境监测系统正是应人们的要求而设计的便携式嵌入式设备，普通民众只需要在自己感兴趣的地方放上设备，就可以通过网络实时查看环境参数。

本设计使用GD32F350（从机）与STM32F103（主机）作为主要的控芯片。GD32F350芯片控制着传感器实时在环境中获取温度、湿度、二氧化碳浓度和PM2.5的浓度，并通过抗干扰能力强功耗低的LORA无线技术将数据传到5000米以外的STM32为主控芯片的节点实现广域环境监测，并由远处的节点将数据上传至服务器。由于LORA工作在433Mhz的频率下使得传输距离较WIFI更远，穿透力更强，也使得设备可以在较大通信距离内任意安置。

二系统框图

1）从机框图

2）主机框图

三实物图

1）从机实物图

如图红色序号1为：

ZPH02空污粉尘传感器，本传感器整合了红外PM2.5检测原理和较为成熟的VOC检测技术,能够实现对同一环境中PM2.5和VOC的同时检测。该传感器中PM2.5检测采用粒子计数原理对细小颗粒计数，VOC传感器对有机挥发气体具有极高的灵敏度。传感器检测原理说明如图所示：

通过模块的处理将得到的值通过私有协议通过UART发送个GDF350（从机），GDF350通过协议规定将数据解析出来。

如图红色序号2为：

MG-812气体传感器，它是采用固体电解质电池原理的化学传感器，是用来检测二氧化碳浓度的传传感器。当传感器置于CO2气氛中时，电池正负极发生电极反应，传感器敏感电极和参考电极之间产生电动势，输出电压信号可检测到二氧化碳。输出电压信号比较微弱通过运算放大器将电压信号放大后由GD32F350检测电压值，然后根据线性关系得出二氧化碳浓度。

如图红色序号3为：

DHT11数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。

如图红色序号4为：

AS32-TTL-100 LORA通信模块，它是一款100mW，高稳定性，工业级的无线数传模块。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。并且该模块在旧版的基础上做了以下升级：采用高效的循环交织纠错编码算法，其编码效率高，纠错能力强，在突发干扰的情况下，能主动纠正被干扰的数据包，最大连续纠错64bit，大大提高了模块的抗干扰性和传输距离，而在没有采用纠错算法的情况下，这种出错的数据包只能被丢弃；通过LORA 扩频使模块具有更远的通信距离。模块具有四种工作模式，可以在运行时自由切换，在省电模式下，消耗电流仅仅几十uA，非常适合超低功耗应用。

2）主机实物图

如图红色序号1为：

YIXIN_W5500以太网模块，它是一款基于WIZnet W5500芯片的以太网模块，是一款性能出色、性价比高的以太网模块。模块集成硬件化TCP/IP协议；内部具有32K字节存储器作为TX/RX缓存；支持10/100Mbps的网络传输速率；支持8个独立端口同时运行；同时模块还支持3.3V或者5V电源供电，当5V供电时还可以输出3.3V的电压，方便用户在不同的单片机系统中使用；模块与单片机系统的通讯方式是简单、方便的SPI总线通信。

如图红色序号2为：

AS32-TTL-100 LORA通信模块。

演示视频地址： https://training.eeworld.com.cn/video/16054

感悟：通过本次的DIY使用的资源有UART，ADC，滴答定时器，使得我学会了使用GD32系列单片机，特别是在延时程序设计的时候，方案有for循环，定时器查询，滴答定时器等实现，最终程序采用了滴答定时器。由于使用了大量传感器，传感器读取数据对数据的解析，以及自己在LORA通信时自定义的协议，为以后关于自组网开发打下了坚实的基础。最后感谢这次活动的举办。