校园环境自动检测系统的传输装置设计【字数：12338】
本课题是由单片机STM32F103C8T6核心板，基于SX1278射频芯片的LoRa无线通信模块、电源模块、存储模块、显示模块、时钟模块、声光电路模块等模块组成。使用者可以通过LoRa无线通信技术将采集模块所采集到的数据传输到终端进行处理，同时能够显示出当前采集模块所采集到的数据，并且也能够保存数据及调用以便能够供使用者记录研究。不仅如此，该装置有可以断电计时的时钟电路，因此使用者在研究时可以更为精确。本课题首先简单介绍了课题的研究现状，然后重点开始各模块的设计以此能够实现装置的功能。
目录
1. 绪论 1
1.1 论文研究背景及意义 1
1.2 论文研究现状 1
1.2.1 环境监测的研究现状 1
1.2.2 LoRa技术的研究特点及现状 3
1.3 本文主要的研究内容及结构安排 3
2. 系统框架设计跟关键技术分析 5
2.1 设计需求 5
2.2 系统的设计框架 5
2.3 LoRa无线通信技术 7
2.3.1 扩频调制技术 7
2.3.2 LoRa数据包结构 8
2.3.3 LoRa与其他无线传输技术相比 8
2.3.4 LoRa技术的特点跟应用领域 9
2.4 LoRa通信与应用协议 10
2.4.1 LoRaWAN协议 10
2.4.2 CLAA协议 11
2.4.3 LoRa私有网络协议 11
2.5 LoRa收发模块介绍 11
2.6 LCD显示模块 12
2.7 电源模块 12
2.8 存储模块 12
2.9 时钟模块 12
2.10 本章小结 13
3. 系统硬件电路设计 14
3.1 概述 14
3.2 硬件框架设计 14
3.3 传输终端电路设计 14
3.3.1 LoRa无线通信模块设计 15
3.3.2 电源模块电路设计 15
3.3.3 LCD显示模块的设计 17
3.3.4 存储模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的设计 18
3.3.5 时钟模块的设计 18
3.3.6 声光电路设计 19
3.3.7 STM32F103C8T6最小系统 19
3.4 本章小结 19
4. 系统软件设计 20
4.1 概述 20
4.2 系统总程序设计及流程图 20
4.3 时钟电路流程图 20
4.4 数据接收流程图 21
4.5 数据存储流程图 22
4.6 迪文屏显示 24
5. 系统调试 27
5.1 接收数据显示 27
5.2 历史数据显示 28
5.3 通信距离 29
6. 总结 30
参考文献 31
致谢 32
绪论
论文研究背景及意义
随着物联网时代的到来，校园信息化的建设也有了进一步的发展，并在社会舞台上扮演着重要的角色，而校园环境作为建设发展的基础，对其进行有效的监测分析才能为校园的管理及信息化建设提供基础保障。本论文主要研究校园环境中比较重要的三个因素：温度、湿度和噪声系数[1]。
首先温度是目前比较关心的环境因素，近几年来全球变暖导致全球的各季度温差很大，这样若是学生不进行预先的保暖加衣，很有可能就会导致感冒流感，因此若是学生可以时刻了解周围的环境变化便可以进行预防。
其次是湿度，环境中的湿度对人体也是有很大的影响，无论什么时候，空气中湿度一旦增加，人体就会感觉不舒适，夏天会感到头晕，严重的会引起中暑，冬天会感到阴凉，同样也会引起伤风，这样无论什么时候，湿度过高时间一长人体必定会受到疾病的摧残。因此对校园环境中的湿度进行监测也是毋庸置疑的[2]。
再者就是噪声，噪声超标会形成噪声污染，噪声污染是当今世界上一项重要的妨害。噪声分贝超标会让人产生头疼、耳鸣、失眠、记忆力衰退等神经衰弱的症状。同时也会引发神经紧张、心律不齐、心跳加快、传导阻滞、血压变化等心血管系统反面的问题。不仅如此，噪声污染还会对人体的视力跟消化系统有所影响，因此为了学校学生的日常学习生活受到保障，对噪声的监测控制也变得刻不容缓。
温度的过高过低，湿度的过高过低及噪声系数的超标都会导致人体的一些机能损坏，因此不能在学生健康发生威胁之后才开始重视环境因素的超标带来的后果。为了解决这些问题，对校园环境实行监测具有重要的社会意义跟社会价值。
论文研究现状
环境监测的研究现状
国外对环境的监测开始于十九世纪末，欧美等发达国家的卫生部率先开始对空气中的温湿度，水质等方面开始监测。随着社会的发展，环境监测体系也逐步的开始完善，整个环境监测平台也开始向信息化，数据化方向发展。在这个前提下，日本等国家也开展了环境监测研究，开发了在线环境监测和数据处理能力，并创建了环境监测平台[3]。
跟国外相比，我国的环境监测工作开展的较晚，我国环境监测在20世纪70年代中期开始发展，但近几十年来，我们通过建立环境监测能力得到了显著加强，监测系统侧重于监测站以及组织机构联网和监测技术系统化的能力。目前，通信技术跟传感器是我国研究的重点。
近几年来物联网通信，传感器方面的快速发展为我国的环境监测系统的进步提供了有利的条件，目前就针对国家环境下的校园环境监测出现的问题有以下几个解决方案。
目前对校园环境监测采用的大部分都是基于RS485总线的校园环境监测系统。RS485用的是半双工的通信方式，在网络结构方面用的是总线型的网络拓扑结构，不支持环形跟星形网络。因此使用本系统必须需要铺设通信线路，对于没有铺设线路的环境场所若是使用该系统就需要使用一定的人力财力来进行线路改造。虽然使用RS485系统能够实现一套可以进行多环境监测， 自动调控等功能的智能环境监测系统，但是该系统的监测器都需要使用电源供电，这样功耗就会变大，限制也会变多，不便于实际情况的部署[4]。
目录
1. 绪论 1
1.1 论文研究背景及意义 1
1.2 论文研究现状 1
1.2.1 环境监测的研究现状 1
1.2.2 LoRa技术的研究特点及现状 3
1.3 本文主要的研究内容及结构安排 3
2. 系统框架设计跟关键技术分析 5
2.1 设计需求 5
2.2 系统的设计框架 5
2.3 LoRa无线通信技术 7
2.3.1 扩频调制技术 7
2.3.2 LoRa数据包结构 8
2.3.3 LoRa与其他无线传输技术相比 8
2.3.4 LoRa技术的特点跟应用领域 9
2.4 LoRa通信与应用协议 10
2.4.1 LoRaWAN协议 10
2.4.2 CLAA协议 11
2.4.3 LoRa私有网络协议 11
2.5 LoRa收发模块介绍 11
2.6 LCD显示模块 12
2.7 电源模块 12
2.8 存储模块 12
2.9 时钟模块 12
2.10 本章小结 13
3. 系统硬件电路设计 14
3.1 概述 14
3.2 硬件框架设计 14
3.3 传输终端电路设计 14
3.3.1 LoRa无线通信模块设计 15
3.3.2 电源模块电路设计 15
3.3.3 LCD显示模块的设计 17
3.3.4 存储模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的设计 18
3.3.5 时钟模块的设计 18
3.3.6 声光电路设计 19
3.3.7 STM32F103C8T6最小系统 19
3.4 本章小结 19
4. 系统软件设计 20
4.1 概述 20
4.2 系统总程序设计及流程图 20
4.3 时钟电路流程图 20
4.4 数据接收流程图 21
4.5 数据存储流程图 22
4.6 迪文屏显示 24
5. 系统调试 27
5.1 接收数据显示 27
5.2 历史数据显示 28
5.3 通信距离 29
6. 总结 30
参考文献 31
致谢 32
绪论
论文研究背景及意义
随着物联网时代的到来，校园信息化的建设也有了进一步的发展，并在社会舞台上扮演着重要的角色，而校园环境作为建设发展的基础，对其进行有效的监测分析才能为校园的管理及信息化建设提供基础保障。本论文主要研究校园环境中比较重要的三个因素：温度、湿度和噪声系数[1]。
首先温度是目前比较关心的环境因素，近几年来全球变暖导致全球的各季度温差很大，这样若是学生不进行预先的保暖加衣，很有可能就会导致感冒流感，因此若是学生可以时刻了解周围的环境变化便可以进行预防。
其次是湿度，环境中的湿度对人体也是有很大的影响，无论什么时候，空气中湿度一旦增加，人体就会感觉不舒适，夏天会感到头晕，严重的会引起中暑，冬天会感到阴凉，同样也会引起伤风，这样无论什么时候，湿度过高时间一长人体必定会受到疾病的摧残。因此对校园环境中的湿度进行监测也是毋庸置疑的[2]。
再者就是噪声，噪声超标会形成噪声污染，噪声污染是当今世界上一项重要的妨害。噪声分贝超标会让人产生头疼、耳鸣、失眠、记忆力衰退等神经衰弱的症状。同时也会引发神经紧张、心律不齐、心跳加快、传导阻滞、血压变化等心血管系统反面的问题。不仅如此，噪声污染还会对人体的视力跟消化系统有所影响，因此为了学校学生的日常学习生活受到保障，对噪声的监测控制也变得刻不容缓。
温度的过高过低，湿度的过高过低及噪声系数的超标都会导致人体的一些机能损坏，因此不能在学生健康发生威胁之后才开始重视环境因素的超标带来的后果。为了解决这些问题，对校园环境实行监测具有重要的社会意义跟社会价值。
论文研究现状
环境监测的研究现状
国外对环境的监测开始于十九世纪末，欧美等发达国家的卫生部率先开始对空气中的温湿度，水质等方面开始监测。随着社会的发展，环境监测体系也逐步的开始完善，整个环境监测平台也开始向信息化，数据化方向发展。在这个前提下，日本等国家也开展了环境监测研究，开发了在线环境监测和数据处理能力，并创建了环境监测平台[3]。
跟国外相比，我国的环境监测工作开展的较晚，我国环境监测在20世纪70年代中期开始发展，但近几十年来，我们通过建立环境监测能力得到了显著加强，监测系统侧重于监测站以及组织机构联网和监测技术系统化的能力。目前，通信技术跟传感器是我国研究的重点。
近几年来物联网通信，传感器方面的快速发展为我国的环境监测系统的进步提供了有利的条件，目前就针对国家环境下的校园环境监测出现的问题有以下几个解决方案。
目前对校园环境监测采用的大部分都是基于RS485总线的校园环境监测系统。RS485用的是半双工的通信方式，在网络结构方面用的是总线型的网络拓扑结构，不支持环形跟星形网络。因此使用本系统必须需要铺设通信线路，对于没有铺设线路的环境场所若是使用该系统就需要使用一定的人力财力来进行线路改造。虽然使用RS485系统能够实现一套可以进行多环境监测， 自动调控等功能的智能环境监测系统，但是该系统的监测器都需要使用电源供电，这样功耗就会变大，限制也会变多，不便于实际情况的部署[4]。
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