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基于LORA的寧大環(huán)境檢測
蔣躍軍 2019/11/18 20:14:05
摘 要: 目前我國的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展并不成熟，大多僅針對大范圍區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測，雖然覆蓋廣，但數(shù)據(jù)并不精確且時性較低，對小范圍區(qū)域無法達(dá)到高效監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)的要求。因此，文章提出一種基于LoRa的環(huán)境檢測系統(tǒng)。本設(shè)計利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測小區(qū)域的主要環(huán)境參數(shù)，利用LoRa的通信方式來傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時性高傳輸速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的問題。為小范圍環(huán)境監(jiān)測和相關(guān)治理措施提供了有利參考。
關(guān)鍵詞: LoRa 實(shí)時性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境監(jiān)測
1 引言
近年來隨著地球環(huán)境的不斷惡化，環(huán)境的監(jiān)測和治理已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對于校園，住宅區(qū)以及廠區(qū)這類占地面積大，人員較多的地區(qū)，氣象部門建立的檢測網(wǎng)，家庭環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)目前都無法完成有效地檢測。該設(shè)計針對小范圍區(qū)域內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并將所監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時和直觀化顯示，用戶可以通過網(wǎng)頁方式查看所需查看區(qū)域的環(huán)境情況，進(jìn)而推進(jìn)區(qū)域化環(huán)境監(jiān)測，觀察區(qū)域環(huán)境情況是否適合戶外活動，從而有目的的選擇適合運(yùn)動的綠色場所。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
該設(shè)計采用低功耗的LoRa進(jìn)行無線通信傳輸方式，將溫濕度傳感器輸出的模擬量或數(shù)字量采集到lora的終端節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中的arduino mega 2560的單片機(jī)模塊讀取數(shù)據(jù)信息，通過LoRa無限通信傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫宋锫?lián)網(wǎng)服務(wù)器，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理將所檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù)量進(jìn)行存儲并顯示在網(wǎng)頁數(shù)據(jù)通道上，用戶可以用過網(wǎng)頁方式查看區(qū)域的環(huán)境情況，實(shí)驗場地在寧波大學(xué)校園內(nèi)，LoRa網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測距離450米左右，系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示，實(shí)驗場地部署如圖2所示
圖1.系統(tǒng)整體框圖
圖2 .實(shí)驗場地
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計
3.1.1傳感器模塊
在本設(shè)計中主要測量的是環(huán)境中的溫濕度，采用的是dht11溫濕度傳感器，是一款含有以校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器
3.1.2電源設(shè)計
本設(shè)計主要采用的是鋰電池組
3.1.3數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計
主要用Arduino mega2560單片機(jī)模塊采集存儲數(shù)據(jù)，是采用USB接口的核心電路板，它最大的特點(diǎn)就是具有多達(dá)54路數(shù)字輸入輸出，特別適合需要大量IO接口的設(shè)計。Mega2560的處理器核心是ATmega2560，同時具有54路數(shù)字輸入/輸出口（其中16路可作為PWM輸出），16路模擬輸入，4路UART接口，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復(fù)位按鈕。
3.1.4 LoRa無線通信模塊
LoRa模塊是基于Arduino接口和基于開發(fā)庫的長距離收發(fā)器。該模塊允許用戶以低數(shù)據(jù)速率發(fā)送數(shù)據(jù)并達(dá)到較長通信距離。它提供超長距離擴(kuò)展通信和高抗干擾性，同時最小化電流消耗，本設(shè)計采用的LoRa模塊通信頻率為433MHz。
3.2 網(wǎng)關(guān)的設(shè)計
網(wǎng)關(guān)即系統(tǒng)框圖中的LoRa網(wǎng)關(guān)，將網(wǎng)關(guān)的WAN端口接入Internet，電源口通過電源適配器供電，此時pc可以搜到名為dragino-xxxx的網(wǎng)絡(luò)，LoRa網(wǎng)關(guān)的默認(rèn)ip地址為10.130.1.1，可在pc機(jī)中輸入10.130.1.1進(jìn)入LoRa網(wǎng)關(guān)登陸界面，登陸賬號密碼接入網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示
圖3.LoRa網(wǎng)關(guān)登錄界面
LoRa網(wǎng)關(guān)主要用于接受和處理節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并通過串口將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示，以達(dá)到環(huán)境監(jiān)測的目的
4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計
軟件部分主要是完成數(shù)據(jù)處理方面的工作，服務(wù)器將采集得到的數(shù)據(jù)繪制在數(shù)據(jù)采集通道圖表上，并隨時爬取節(jié)點(diǎn)采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)，及時將最新的環(huán)境監(jiān)測情況通過局域網(wǎng)呈現(xiàn)在網(wǎng)頁上，方面用戶查詢。
4.1數(shù)據(jù)可視化
數(shù)據(jù)可視化將傳感器數(shù)據(jù)通過云服務(wù)器數(shù)據(jù)信道的采集將數(shù)據(jù)以點(diǎn)線圖的形式顯示在網(wǎng)頁上，每隔30秒采集一次數(shù)據(jù)。
4.2數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸
本設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)傳輸部分由服務(wù)器和無線路由器組成，服務(wù)器的部署通過網(wǎng)上申請一個公共服務(wù)器，服務(wù)器申請好之后，開通兩個數(shù)據(jù)信道，用于采集（未完，下一頁）
附件下載：實(shí)驗所用源碼
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