随着工业的逐步发展，工厂对生产环境、生产设备安全的监测要求逐渐增高，该智慧工厂环境监测系统可以精准有效的监测到环境信息、设备的运行情况，及时将数据流上报至数据中心、并下发指令，达到监测工厂环境设备的目的，具有一定的研究价值。本文主要研究工作如下分析国内外基于LoRa的低功耗环境监测系统研究现状，并根据实际功能需求完成监测节点和平台部分的设计完成嵌入式节点的设计和制作，并根据工厂的监测数据需求，添加多种传感器完成监测目的。完成节点通过LoRa与网关连接的功能，并实现数据上传、下发功能。分析部分环境参数的异常范围，设定为初始报警阈值，使得监测到的数据在超出阈值会在平台报警。通过监测数据表明，环境监测系统实现了对环境的监测上报功能，同时，在数月的运行中，电池电压仍保持在3.6V，达成了低功耗长时间持续监测的功能，整机调试成功，并实现了全部预设功能，达到了本文的研究目的。
目录
一、绪论 1
（一）本课题的研究背景和意义 1
（二）国内外智慧工厂研究现状 2
（三）环境监测系统的原理 2
（四）本设计的主要工作 3
二、环境监测系统的硬件系统设计 4
（一）环境监测系统传感器部分硬件设计要求 4
（二）环境监测系统硬件的总体设计框图 4
（三）环境监测系统节点电路设计 5
三、智慧工厂环境监测系统的底层节点软件设计 11
（一）底层节点软件总体设计要求 11
（二）底层节点软件系统总体设计 11
（三）底层节点串口通信设计 12
（四）底层节点传感器驱动配置 17
（五）底层节点库文件程序调用 20
（六）底层节点主函数的设计 23
四、智慧工厂环境监测系统的云平台通信 24
（一）云平台创建项目 24
（二）节点与网关通信 25
（三）云平台系统首页 25
（四）综合展示 27
（五）统计监控 27
五、总结 30
附录一 系统电路原理图 33
附录二 智慧工厂环境检测系统节点主程序及驱动头文件 37
附 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: &351916072& 
录三 期刊发表 41
附录四 获奖荣誉 42
一、绪论
（一）本课题的研究背景和意义
传统工厂对环境的监测主要是靠人力，效率较为低下，上报流程繁琐，同时人工抄表、观察的误差是不可避免的。现代工厂从自动化发展至信息化是大势所趋。传统工厂主要是以自动化为基础，而智慧工厂在传统工厂的自动化基础上加以近年来兴起的物联网技术和设备监控技术，使得信息的服务管理更加便利，生产环境的可控性变高，同时减少工作人员对生产车间的干预，对生产环境数据及时正确的采集，提高生产环境的质量。
LoRa即远距离无线电。2012年Semteh公司开发了一套基于LoRa的通信芯片解决方案，并将LoRa调制技术集成到了芯片中，LoRa的集成化之路便开启了。由于该项技术规范是开放标准，由很多国家或组织共同制定，因此，个人可以根据该项开放标准进行产品的开发及部署。
我们生活中的大多数网络采用的拓扑模型为网状拓扑，网状拓扑的优点在于不断扩展网络规模方便，同时该模型的缺点也很明显，转发消息时使用了多个与信息接收处不相关的节点，使得信息在节点迂回，传输效率低下，因而系统复杂且功耗过高。LoRa采用的网络模型为星状拓扑模型。该模型和与网状拓扑相异，网关星状连接终端节点，终端节点不绑定唯一网关。我们可以利用终端节点的数据可以发送给连接的多个网关这一特性，通过点对点或星型的网络协议和架构达到灵活组网的目的,同时还可以极大的降低能耗。
本课题设计一款基于LoRa通信技术的智慧工厂环境监测系统。系统由单片机最小系统模块、电源模块、LoRa通信模块、工厂内常用各类传感器模块、LoRa网关、云平台等组成。其主要功能是将工厂内安装的传感器数据用MCU进行处理，LoRa通信模块将MCU处理打包好的数据发送至网关，经由网关上传至云平台，在云平台可以进行数据实时监测和策略设计从而达到环境数据异于正常阈值报警的功能，让检修人员及时的处理工厂环境问题。
该智慧工厂环境监测系统云平台可以制作应用界面，方便用户通过应用界面来直观的监测环境信息。其功能版块有多种图例，用户可以根据对数据的观测要求，使用不同的图例，达到所需要的监测目的，例如：监测温度变化使用折线统计图，监测水位可以使用仿真水柱。从而更加直观的监测数据。
本课题设计的基于LoRa的智慧工厂环境监测系统的优势如下所示。
1. 解决了人工定时抄表的效率低下以及不可持续监测的问题
2. 采用了LoRa传输方式，抗干扰性强、传输距离远、可同时监测多个节点、能耗低、成本低。
3. 采用了云平台代替了只可以内网监测的PC端，使得用户可以随时监测工厂内环境信息。
4. 云平台的内置多种模块，可设置报警阈值、维修工单派发等功能，为工厂环境监测与人工干预提供了极大的方便。
本设计整体采用嵌入式系统，通信部分使用LoRa传输模块，成本低稳定性好，寿命长、体积小，灵活性高，实用价值较高。
（二）国内外智慧工厂研究现状
1. 国外研究现状
自从“智慧地球”理念出现后，IBM凭借其自身优势以及技术基础推动着该理念的实现，提出了“智慧工厂”、“智慧交通”、“智能家居”等。德国提出“工业4.0”将作为未来十大项目之一，“工业互联网”概念也被美国通用电气提出。伴随着科技的进步，智能化需求的不断扩大，很多制造业开始对智慧工厂进行建设实践。例如实现了生产过程高度智能化，以及720小时无人值守的FANUC公司。工厂从传统的自动化制造到智能制造的转变，极大程度上提高了工厂的单位生产效率。
2. 国内研究现状
我国传统的制造业的主要生产力为人或半自动化机械，并未实现智能化，因此智慧工厂的出现会极大程度上解决人力及半自动化的缺点。但不同行业对智慧工厂的认知不同，因此，对智慧工厂的建设水平分化差距较大。系统性规划不足时智慧工厂建设需要克服的一个极其重要的问题。同时智慧工厂的建设是一项复杂的工程，需要对生产制造和信息进行融合发展，同时对技术的依赖度较高，安全可控性也是不可忽视的重要问题。因此，高安全性低成本的环境检测系统将会成为智慧工厂的重要组成部分。
（三）环境监测系统的原理
该环境监测系统的工作原理是以物联网的三层架构为基础完成信息的采集传输与处理。感知层主要完成信息的采集与转换，由常用的传感器组成，例如可燃气体探测报警器、温度变送器等；传输层主要完成信息的传输和处理，由可以发射LoRa信号的芯片天线、LoRa网关、路由器组成，应用层主要承担数据的管理与处理即云平台的功能。该系统先由底端传感器采集数据并经过自身MCU处理，然后将数据转化为LoRa信号传输至数据采集单元再传输至LoRa网关或直接传输至LoRa网关，经由路由器上传至云平台，在云平台进行数据二次处理，使得云平台上的数据简洁明了，数据更加可视化，由此组成环境监测系统。环境监测系统架构原理图如图11所示。

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