lora技术的智慧工厂管理系统的研制(附件)
随着科技的发展，人们的生活水平随之提高，工厂的生产需求量越来越大，规格也越来越严格，只有更新和改革传统的工业生产方式，运用高新技术发展现代智慧工厂，才符合时代发展的需求。为了迎合工厂智能化管理，本文设计了一款基于Lora技术的智慧工厂管理系统，它利用温湿度传感器采集工厂环境中的数据，利用STM32微处理器作为载体，然后通过LORA技术将采集到的数据无线发送到其他节点（其发射距离能够达到5公里左右），再通过液晶显示屏将数据显示出来。当数据发生异常时，为了减少查找时间，则利用有源蜂鸣器的自动报警功能，通过该系统有效的解决了数据采集方式落后，工厂正常生产的问题。
目录
一、引言 1
二、智慧工厂管理系统的方案设计 2
三、系统硬件设计 2
（一）智慧工厂管理系统主控电路设计 2
1.STM32微处理器简介 2
2.最小系统电路设计 3
（二）LORA物联网通信电路设计 4
1.嵌入式LORA物联网通信模块简介 4
2.LORA物联网通信电路设计 5
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 6
1.DHT11温湿度传感器简介 6
2.温湿度传感器电路设计 6
（四）工厂数据异常报警电路设计 7
（五）工厂参数显示电路设计 7
1.LCD1602液晶显示屏简介 7
2.LCD1602液晶屏电路设计 8
（六）AT24C02芯片电路设计 8
（七）参数设置电路设计 9
四、系统软件设计 10
（一）智慧工厂管理系统的主程序流程设计 10
（二）温湿度检测电路的程序流程设计 11
（三）物联网通信驱动电路的程序流程设计 13
（四）工厂参数显示电路的程序流程设计 14
（五）工厂数据异常报警电路的程序流程设计 16
五、实物安装与调试 17
总 结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
26
附录四 程序 27
一、引言
智慧工厂管理系统的发展历程比较长，从最初功能简易的雏形到当今功能齐全的管理系统，期间经历了一段较为曲折的过程。传统的工厂管理主要依靠的是人工管理，设备生产数据的采集几乎完全依赖于人工采集，人员的流动使得数据散乱，导致数据完整的保存成了一个巨大的问题。同时人工统计效率较低，会出现采集到的数据不准确和数据更新延迟等现象，给管理者也带来了一定的困扰。所以需要设计一款能够自动管理工厂的系统，因此智慧工厂管理系统逐步形成。
现阶段，智慧工厂已在多个的国家行业与领域得以实施，其中美国则在2009年便提出了“再工业化”计划，实现制造业的智能化。此后，还先后颁布“新工业战略”和国家制造创新网络（NNMI）等政策，都有助于智慧工厂的发展。例如，美国波音公司在波音777/787研制过程中，采用了智慧工厂进行研制，智慧工厂的数据处理与传统方式相比，缩短了1/3的研制周期，开创了航空数字化研制的先河。到2017年，美国已经有54%的制造商建成了智慧工厂，稳居世界第一；而我国仅有25%的制造商建成智慧工厂，但有53%的制造商已经在建设智慧工厂，未来将释放出巨大潜力，成为智慧工厂行业发展前程最好的国家之一。
目前基于Lora的物联网技术也迅速地发展起来，应用十分的广泛，其中基于Lora技术研制的智慧工厂管理系统就充分的利用了Lora的无线通信技术，使得在工厂环境里采集到的温湿度数据更加精确，工厂生产管理更加智能化。
本文研究的智慧工厂管理系统不仅能够自动的采集工厂数据，利用Lora技术将其发送到其它节点，还能够在数据出现异常时自动引发报警功能，在很大程度上保证了工厂的正常生产。
二、智慧工厂管理系统的方案设计
本文设计的系统以STM32微处理器作为主控微处理器，硬件电路设计中主要涉及到的电路模块有：主控电路模块、DHT11温湿度传感器电路模块、有源蜂鸣器电路模块、电源电路模块、LCD1602液晶显示电路模块、嵌入式LORA物联网通信模块和AT24C02型EEPROM电路模块。系统的硬件电路设计结构框图，如图1所示。
主控电路由 STM32微处理器控制各个模块，并且对数据进行采集处理和输出。其中由晶振电路以及复位电路两个部分组成微处理器最小系统电路。
图1 智慧工厂管理系统内部框图设计
系统软件主要是数据的采集、处理、显示以及数据异常自动报警几部分程序组成。通过按键模块设置温湿度的参数值送入微处理器中，然后通过DHT11传感器采集数据并将采集结果用单总线形式送入微处理器中进行使用，再由微处理器送入LORA模块，后利用LORA的无线通信技术快速的发给局域网范围内的各个接收节点，由液晶显示屏将当时环境数值显示出来；蜂鸣器用来判断数值是否超过所设置的参数值，如果超过了系统就自动启动报警功能。
系统针对设置不同的参数值送入微处理器，再由微处理器做出相应的处理完成整个流程。
三、系统硬件设计
（一）智慧工厂管理系统主控电路设计
1.STM32微处理器简介
本文所设计的系统使用了STM32微处理器芯片来作为软硬件系统的主控部分。在硬件电路系统中实现对液晶屏显示电路、DHT11温湿度传感器电路、蜂鸣器报警电路、SX1278型LORA物联网通信电路和AT24C02芯片电路设计等电路的控制。STM32微处理器中的Flash的大小是512K字节，这一部分主要用于对用户编写的C语言程序代码进行存储，紧挨着这一部分的是一个具有64K大小的RAM存储空间，用于暂存用户在程序中构建的变量值。
图2 微处理器芯片
2.最小系统电路设计
最小系统电路中复位电路的设计采用了电容隔直法，具体原理图如下图所示。当给智慧工厂管理控制系统通电一瞬间，瞬间电流能够流过电容，此时电阻两端的电压为高电平，使得STM32微处理器在上电一瞬间发生复位，随后恢复输出低电平，系统正常工作。
图3 复位电路设计
晶振电路是最小系统电路中的另一部分，当选好晶振型号，设计晶振电路时需要为其配置30pF左右的电容，这样才能够形成谐振电路，为STM32微处理器芯片提供稳定的时钟信号。
目录
一、引言 1
二、智慧工厂管理系统的方案设计 2
三、系统硬件设计 2
（一）智慧工厂管理系统主控电路设计 2
1.STM32微处理器简介 2
2.最小系统电路设计 3
（二）LORA物联网通信电路设计 4
1.嵌入式LORA物联网通信模块简介 4
2.LORA物联网通信电路设计 5
（三）DHT11温湿度传感器电路设计 6
1.DHT11温湿度传感器简介 6
2.温湿度传感器电路设计 6
（四）工厂数据异常报警电路设计 7
（五）工厂参数显示电路设计 7
1.LCD1602液晶显示屏简介 7
2.LCD1602液晶屏电路设计 8
（六）AT24C02芯片电路设计 8
（七）参数设置电路设计 9
四、系统软件设计 10
（一）智慧工厂管理系统的主程序流程设计 10
（二）温湿度检测电路的程序流程设计 11
（三）物联网通信驱动电路的程序流程设计 13
（四）工厂参数显示电路的程序流程设计 14
（五）工厂数据异常报警电路的程序流程设计 16
五、实物安装与调试 17
总 结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
26
附录四 程序 27
一、引言
智慧工厂管理系统的发展历程比较长，从最初功能简易的雏形到当今功能齐全的管理系统，期间经历了一段较为曲折的过程。传统的工厂管理主要依靠的是人工管理，设备生产数据的采集几乎完全依赖于人工采集，人员的流动使得数据散乱，导致数据完整的保存成了一个巨大的问题。同时人工统计效率较低，会出现采集到的数据不准确和数据更新延迟等现象，给管理者也带来了一定的困扰。所以需要设计一款能够自动管理工厂的系统，因此智慧工厂管理系统逐步形成。
现阶段，智慧工厂已在多个的国家行业与领域得以实施，其中美国则在2009年便提出了“再工业化”计划，实现制造业的智能化。此后，还先后颁布“新工业战略”和国家制造创新网络（NNMI）等政策，都有助于智慧工厂的发展。例如，美国波音公司在波音777/787研制过程中，采用了智慧工厂进行研制，智慧工厂的数据处理与传统方式相比，缩短了1/3的研制周期，开创了航空数字化研制的先河。到2017年，美国已经有54%的制造商建成了智慧工厂，稳居世界第一；而我国仅有25%的制造商建成智慧工厂，但有53%的制造商已经在建设智慧工厂，未来将释放出巨大潜力，成为智慧工厂行业发展前程最好的国家之一。
目前基于Lora的物联网技术也迅速地发展起来，应用十分的广泛，其中基于Lora技术研制的智慧工厂管理系统就充分的利用了Lora的无线通信技术，使得在工厂环境里采集到的温湿度数据更加精确，工厂生产管理更加智能化。
本文研究的智慧工厂管理系统不仅能够自动的采集工厂数据，利用Lora技术将其发送到其它节点，还能够在数据出现异常时自动引发报警功能，在很大程度上保证了工厂的正常生产。
二、智慧工厂管理系统的方案设计
本文设计的系统以STM32微处理器作为主控微处理器，硬件电路设计中主要涉及到的电路模块有：主控电路模块、DHT11温湿度传感器电路模块、有源蜂鸣器电路模块、电源电路模块、LCD1602液晶显示电路模块、嵌入式LORA物联网通信模块和AT24C02型EEPROM电路模块。系统的硬件电路设计结构框图，如图1所示。
主控电路由 STM32微处理器控制各个模块，并且对数据进行采集处理和输出。其中由晶振电路以及复位电路两个部分组成微处理器最小系统电路。
图1 智慧工厂管理系统内部框图设计
系统软件主要是数据的采集、处理、显示以及数据异常自动报警几部分程序组成。通过按键模块设置温湿度的参数值送入微处理器中，然后通过DHT11传感器采集数据并将采集结果用单总线形式送入微处理器中进行使用，再由微处理器送入LORA模块，后利用LORA的无线通信技术快速的发给局域网范围内的各个接收节点，由液晶显示屏将当时环境数值显示出来；蜂鸣器用来判断数值是否超过所设置的参数值，如果超过了系统就自动启动报警功能。
系统针对设置不同的参数值送入微处理器，再由微处理器做出相应的处理完成整个流程。
三、系统硬件设计
（一）智慧工厂管理系统主控电路设计
1.STM32微处理器简介
本文所设计的系统使用了STM32微处理器芯片来作为软硬件系统的主控部分。在硬件电路系统中实现对液晶屏显示电路、DHT11温湿度传感器电路、蜂鸣器报警电路、SX1278型LORA物联网通信电路和AT24C02芯片电路设计等电路的控制。STM32微处理器中的Flash的大小是512K字节，这一部分主要用于对用户编写的C语言程序代码进行存储，紧挨着这一部分的是一个具有64K大小的RAM存储空间，用于暂存用户在程序中构建的变量值。
图2 微处理器芯片
2.最小系统电路设计
最小系统电路中复位电路的设计采用了电容隔直法，具体原理图如下图所示。当给智慧工厂管理控制系统通电一瞬间，瞬间电流能够流过电容，此时电阻两端的电压为高电平，使得STM32微处理器在上电一瞬间发生复位，随后恢复输出低电平，系统正常工作。
图3 复位电路设计
晶振电路是最小系统电路中的另一部分，当选好晶振型号，设计晶振电路时需要为其配置30pF左右的电容，这样才能够形成谐振电路，为STM32微处理器芯片提供稳定的时钟信号。
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