基于LORA的宁大环境检测
摘 要: 目前我国的环境监测系统发展并不成熟，大多仅针对大范围区域的环境监测，虽然覆盖广，但数据并不精确且时性较低，对小范围区域无法达到高效监测环境数据的要求。因此，文章提出一种基于LoRa的环境检测系统。本设计利用无线传感网络监测小区域的主要环境参数，利用LoRa的通信方式来传输数据，实时性高传输速度快，传输距离远，解决了无线传感器网络传输距离的问题。为小范围环境监测和相关治理措施提供了有利参考。
关键词: LoRa 实时性 无线传感器网络 环境监测
1 引言
近年来随着地球环境的不断恶化，环境的监测和治理已经逐渐成为人们关注的焦点。对于校园，住宅区以及厂区这类占地面积大，人员较多的地区，气象部门建立的检测网，家庭环境监测系统目前都无法完成有效地检测。该设计针对小范围区域内的环境进行监测，并将所监测数据进行实时和直观化显示，用户可以通过网页方式查看所需查看区域的环境情况，进而推进区域化环境监测，观察区域环境情况是否适合户外活动，从而有目的的选择适合运动的绿色场所。
2 系统总体设计
该设计采用低功耗的LoRa进行无线通信传输方式，将温湿度传感器输出的模拟量或数字量采集到lora的终端节点，节点中的arduino mega 2560的单片机模块读取数据信息，通过LoRa无限通信传输，将数据传输到云端物联网服务器，经过数据的处理将所检测到的环境数据量进行存储并显示在网页数据通道上，用户可以用过网页方式查看区域的环境情况，实验场地在宁波大学校园内，LoRa网关与节点的监测距离450米左右，系统的整体框图如图1所示，实验场地部署如图2所示
图1.系统整体框图
图2 .实验场地
3 系统硬件设计
3.1数据采集节点的设计
3.1.1传感器模块
在本设计中主要测量的是环境中的温湿度，采用的是dht11温湿度传感器，是一款含有以校准数字信号输出的温湿度复合传感器
3.1.2电源设计
本设计主要采用的是锂电池组
3.1.3数据存储的设计
主要用Arduino mega2560单片机模块采集存储数据，是采用USB接口的核心电路板，它最大的特点就是具有多达54路数字输入输出，特别适合需要大量IO接口的设计。Mega2560的处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。
3.1.4 LoRa无线通信模块
LoRa模块是基于Arduino接口和基于开发库的长距离收发器。该模块允许用户以低数据速率发送数据并达到较长通信距离。它提供超长距离扩展通信和高抗干扰性，同时最小化电流消耗，本设计采用的LoRa模块通信频率为433MHz。
3.2 网关的设计
网关即系统框图中的LoRa网关，将网关的WAN端口接入Internet，电源口通过电源适配器供电，此时pc可以搜到名为dragino-xxxx的网络，LoRa网关的默认ip地址为10.130.1.1，可在pc机中输入10.130.1.1进入LoRa网关登陆界面，登陆账号密码接入网络，如图3所示
图3.LoRa网关登录界面
LoRa网关主要用于接受和处理节点采集的数据，并通过串口将数据传输给PC机进行实时显示，以达到环境监测的目的
4 系统软件的设计
软件部分主要是完成数据处理方面的工作，服务器将采集得到的数据绘制在数据采集通道图表上，并随时爬取节点采集到的实时数据，及时将最新的环境监测情况通过局域网呈现在网页上，方面用户查询。
4.1数据可视化
数据可视化将传感器数据通过云服务器数据信道的采集将数据以点线图的形式显示在网页上，每隔30秒采集一次数据。
4.2数据的网络传输
本设计的网络传输部分由服务器和无线路由器组成，服务器的部署通过网上申请一个公共服务器，服务器申请好之后，开通两个数据信道，用于采集温度和湿度。服务器通过网关接收数据，服务器将数据保存到数据库中，再用数据可视化将数据图表显示在开通的专用信道网页上。
图4注册申请服务器
图5.开通温度和湿度的数据信信道
4.3结果分析
网页上测试结果如图6所示
图6.系统监测结果
图中点线图显示每隔30s系统检测的温度和湿度变化情况。
5 结论
本系统利用无线传感器网络对小区域范围内环境进行实时监测，及时上传数据到PC端。利用了无线传感器网络的优点建立了一个数据监测网络，采用了低功耗的LoRa进行无线通信，解决了传感器网络的距离限制问题，利用云服务器处理数据，高效简洁
6 结论展望
本次设计中采集的数据点仅有温度和湿度，数据点较少，想要全面了解小范围内的环境情况，还需要更多的环境数据信息，例如CO浓度等等，所以在数据监测方面可以更多元化全面化。除此之外，此次采用的传感器精度较低，所以监测的数据误差相对较大，未来可以用精度更高更科学的传感器来进行监测，提高实验精度和准确性。
参考文献:
[1] 金光,江先亮,邓轲.无线网络技术教程-原理应用实验手册第三版2018.5
[2] 无线网络技术教程：原理，应用与实验/金光，江先亮编著，-3版，-北京；清华大学出版社，2017
[3] Arduino-Mega-2560使用手册
[4] 单片机与嵌入式系统应用，MicrochipLoRa无线模块助力物联网应用【J】单片机与嵌入式系统应用，2015（5）；7
[5] 赵静，苏光添，LoRa无线网络技术分析
实验所用源码.txt
