论文题目：基于LoRa的物联网无线通信系统设计
摘要：LoRa作为低功耗广域网（LPWAN）技术,在物联网应用中具有较高的应用意义。本文从现有的桥梁监测需求出发,进行可行性分析,并提出了用于桥梁监测系统的物联网系统设计思想和方案。整体方案遵循低功耗设计思想,在硬件设计上采用新型超低功耗单片机、长距离低功耗的网络通讯设计,以及考虑清洁能源的供电电源设计;服务器设计采用云计算技术,进行集群管理,提供网络虚拟化、分布式计算和分布式存储等,保障服务的稳定运行;同时结合大数据分析,将数据收集、分析,已达到对桥梁的状态进行监测的同时,进行风险分析预测的目的。主要从以下方面提出具体解决方案:1、以STM32L443单片机为核心控制器,设计传感器网关终端。超低功耗设计的单片机,并提供丰富的外设接口,满足各类传感器节点的接入和通信转发需求,高能效保证数据传输安全性及稳定性;2、采用SX1278作为无线射频通信芯片,构建LPWAN网络。采用LoRa通信协议,解决长距离通信的功耗问题,并兼容NB-IoT;3、整合物联网、云计算、大数据技术,建立桥梁监测系统平台,提供远程无线监测、数据采集分析、安全风险保障预测等平台功能。本文主要讲述该物联网系统平台的设计建设,并希望该系统能在各类行业中进行工程应用,而不限于桥梁监测的应用环境。
关键词：物联网;传感器网络;长距离;低功耗广域网
学科专业：控制工程（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文背景
1.1.1 研究意义
1.1.2 现状调查
1.2 物联网相关技术
1.2.1 移动互联网的发展
1.2.2 常见物联网(Io T)通讯技术
1.2.3 低功耗广域网(LPWAN)的爆发
1.2.4 无线网络的通讯频段
1.3 研究任务
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 关键问题
1.4 论文结构
第二章 物联网系统方案设计
2.1 物联网系统的架构设计
2.2 通讯网络方案
2.3 终端硬件方案
2.4 服务器方案
2.5 方案设计小结
第三章 Lo Ra网关硬件设计
3.1 嵌入式硬件电路设计
3.1.1 MCU最小系统
3.1.2 外围设备接口
3.1.3 RF射频芯片
3.1.4 USB接口
3.1.5 电源设计
3.1.6 以太网接入
3.2 硬件设计环境
3.2.1 Proteus
3.2.2 Altium Designer
3.3 硬件设计小结
第四章 Lo Ra网关软件设计
4.1 外设驱动接口协议实现
4.1.1 GPIO
4.1.2 SPI
4.1.3 I2C
4.1.4 PSP
4.2 Lo Ra WAN协议
4.2.1 ISM频段
4.2.2 Class类别
4.2.3 PHY(物理层)
4.2.4 MAC(媒体访问控制层)
4.2.5 MACPayload
4.2.6 入网流程
4.3 Packet-Forwarder
4.3.1 上行协议
4.3.2 下行协议
4.4 TCP/IP
4.4.1 Ethernet
4.4.2 ARP
4.4.3 IP
4.4.4 ICMP
4.4.5 UDP
4.4.6 DHCP
4.4.7 NTP
4.5 软件设计环境
4.5.1 IAR
4.5.2 Eclipse
4.5.3 STM32Cube MX
4.6 软件设计小结
第五章 Lo Ra云平台服务器搭建
5.1 服务器系统部署
5.2 网络规划及部署
5.2.1 VLAN规划
5.2.2 配置
5.3 集群及分布式部署
5.3.1 Cluster
5.3.2 Ceph
5.4 虚拟化及应用搭建
5.4.1 MQTT
5.4.2 Redis
5.4.3 Postgre SQL
5.4.4 Lo Ra Gateway Bridge
5.4.5 Lo Ra Server
5.4.6 Lo Ra App Server
5.4.7 Nginx
5.5 服务器设计小结
第六章 系统调测
6.1 调测环境
6.1.1 JTAG
6.1.2 SWD
6.1.3 Wire Shark
6.2 调测结果
6.2.1 Lo Ra传输距离
6.2.2 网关上线
6.2.3 节点上线
设计总结
参考文献
附录1 PCB实物图
附录2 部分代码内容
致谢
附件