摘 要

近年来，随着科学技术的不断发展和进步，我们的生活水平不断的提高，我们对于周围的新技术和新理论的认识逐渐增加，使得我们的眼界越来越广，对于周围的设备要求也逐渐增加，智能化已经成为一个越来越火热的词语。而随着我们对于生活要求的提升，智能化的基础——信息技术也是相比之前有了很大的发展，其中就包括了无线技术的发展和传感网络的发展，以及将这两者融合而成的无线传感网络技术的发展。

而无线传感网络技术的发展越来越快，许多新兴的技术也出现在人们的眼前，LoRa技术就是近几年出现的一种新的物理层传输技术，它的优点是功耗低，传输距离大，抗干扰能力强，LoRa联盟也为它制定了一种专用的LoRaWAN协议，利用LoRaWAN协议可以实现LoRaWAN网络的组建。

本文主要是介绍LoRa技术和LoRaWAN协议的相关理论，对LoRaWAN协议进行了比较深入的研究，并且以此为基础实现一个环境监测系统，在这个环境监测系统中，终端节点监测环境中的温度变量，并通过LoRa调制技术发送至接收器进行显示。采用了Semtech公司研发的使用了LoRa调制技术的sx1278芯片作为发送芯片，ds18b20芯片作为温度传感芯片，通过stm8系列单片机编程实现温度数据的提取，发送和显示。

关键词　无线传感网络 LoRa 环境监测 sx1278

Abstract

In recent years, with the continuous development of science and technology,our living standards continue to improve, we are around the new technology and new understanding of the theory gradually increased, making our eyes more and more wide, for the surrounding equipment requirements gradually increased,, intelligent has become an increasingly hot words. And as we enhance the requirements of life, the basis of intelligent - information technology is also compared to before a lot of development, including the development of wireless technology and sensor network development, and the integration of the two The development of wireless sensor network technology.

The development of wireless sensor network technology is getting faster and faster. Many emerging technologies also appear in front of people. LoRa technology is a new physical layer transmission technology in recent years. Its advantage is low power consumption, transmission Distance, anti-interference ability, LoRa Union also developed a special LoRaWAN protocol for it , the use of LoRaWAN agreement can be achieved LoRaWAN network formation.

This paper mainly introduces the theory of LoRa technology and LoRaWAN protocol, and makes a deep research on LoRaWAN protocol. Based on this, an environmental monitoring system is implemented. In this environment monitoring system, the terminal nodes monitor the temperature variables in the environment, And sent to the receiver via LoRa modulation technology for display. Using Semtech company developed using LoRa modulation technology sx1278 chip as a send chip, ds18b20 chip as a temperature sensor chip, through the stm32 series of single-chip programming to achieve temperature data extraction, send and display.

Key Words： wireless sensor network；LoRa；environmental monitoring；sx1278

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 课题的主要内容和结构 3

第2章 LoRa技术和LoRaWAN协议概述 4

2.1 LoRa技术简介 4

2.2 LoRaWAN简介 5

2.2.1 LoRaWAN组网过程 6

2.2.2 LoRaWAN协议消息格式详解 6

2.2.3 MAC命令介绍 10

2.3 ADR数据速率自适应介绍 11

2.4 LoRaWAN的安全机制 12

2.4.1 帧负载加密 12

2.4.2 消息完整码 12

2.4.3 防止重放攻击 13

第3章 硬件系统设计 14

3.1 总体方案 14

3.2 处理器模块 15

3.3 通信模块 15

3.4 数据采集模块 17

3.5 温度显示模块 18

第4章 软件设计 20

4.1 信息发送模块 20

4.1.1 数据采集子模块 21

4.1.2 sx1278发送信息子模块 24

4.2 信息接收模块 25

4.1.1 sx1278接收信息子模块 25

4.1.2 显示子模块 26

第5章 系统测试与总结 28

5.1 环境监测系统测试 28

5.2 总结 29

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 课题背景

随着时代的进步，无线网络正在不知不觉中日渐渗透进入我们的生活，如多年前的2g到现在的4g，还有不知不觉成为我们生活一部分的WiFi，无一不标志着无线网络的迅速发展。随着无线网络的快速发展，其运用范围也随之变广。比较贴近我们生活的就是4g，WiFi和蓝牙了，但其实无线网络远不止这三种网络，只是我们没有去关注它们。随着无线网络发展起来的还有与之相关的无线传感网络，顾名思义，就是由各种传感器通过无线网络相连接而形成的网络。这种网络能用于各个方面：生态/环境监测，医疗设备，甚至军事国防领域，还有最近非常火的智能家居。这些其实都很贴近我们的生活。而本课题讨论的就是利用无线传感网络组成的环境监测系统。

环境监测系统，顾名思义即监测环境中的各种变量，这种系统可以应用于各个不同的领域，例如在农业领域，环境监测系统可以实时的监视各种环境变量，使之稳定在最佳的范围内。在安防领域，环境监测系统可以监视各种有害物质的浓度，比如监测矿井下的气体浓度，也可以监测室内的烟雾浓度或者防盗。在自然灾害多发地段使用环境监测系统可以有效地避免一些自然灾害。

而在无线网络普及之前我们都是使用有线传感网络，相比传统的有线传感网络，新兴的无线传感网络必然是有着能够取代有线传感网络的优势：