基于LoRa技术的土壤温湿度测量仪的研究与设计开题报告

1. 研究目的与意义

土壤温湿度是土壤质量的重要指标。精确实时地测量土壤温湿度对于合理利用水资源、保证农作物健康生长有着重要意义。我国是一个幅员辽阔的大国，对土壤温湿度的自动化测量有着极大需求，基于温湿度传感器的物联网系统可广泛应用于智慧农业生产中。[1]

国外基于lora技术的土壤温湿度测量仪的研究的现状：国外对于土壤湿度的测量已有近百年的历史。自上世纪二十年代起，先后诞生了张力计法、电阻法、中子衰减法、x射线法等多种测量土壤湿度的方法。[2]对于土壤湿度的测量已经可以做到比较的精确。[3]目前lora已在全球形成了成熟的生态，根据lora联盟2017年10月的报告，全球范围内目前共有52个公开声明进行部署的网络，有超过100个进行lora网络部署的国家。[4]荷兰kpn电信成功打造了全球第一张能覆盖全国的lora网络，kpn在原有的3g/4g基站上布建了数百个无线通信基站，在短短的8个月内就完成全国范围户外的全覆盖，初期能提供150万个iot设备接入，为道路照明、交通信号、烟雾报警器、移动追踪和废弃物管理提供传输网络[5]。韩国最大的电信运营商sk电信也已部署了覆盖全国的lora网络。[6]semetch和eleven-x今年年初宣布合作计划在加拿大部署全国范围的lora网络。法国运营商orange也计划2017年底完成lora网络全国范围的部署，目前已经在建筑中和地下部署了大约4 000个节点。[7]

国内基于lora技术的土壤温湿度测量仪的研究的现状：在国内有大量的企业参与lora模块和应用的开发，不仅有新华三、中兴克拉、鹏博士、八月科技(augtek)、上海广电等行业领军企业的投入，也有门思科技、唯传科技等创业企业的加入。[8]截至2017年，lora芯片在国内的出货总量将超过1 000万[9]。八月科技在京杭大运河进行lora网络的部署，主要应用在智慧航道领域，目前已完成江苏段的全线覆盖。[10]国内最大的私有电信运营商鹏博士于去年11月宣布与semetch进行lora技术的合作，前期主要合作领域是智能家居，包括家庭水、气的监测、资产追踪、智能进入系统、智能空调等，后期将扩展到智能路灯、土壤、空气、水的质量监测、智能停车、智能垃圾收集等。[11]台北市政府计划今年部署覆盖全台北的户外lora网络，使台北市成为一个大型的物联网实验室。[12]

2. 研究内容和预期目标

研究内容：①基于lora技术的土壤温湿度测量仪的研究与设计，要根据系统功能的要求，设计出相应的电源电路，硬件连接方案。

②写出lora模块基于stm32平台的驱动，完成对传感器发挥数据的处理。

③对于测得温湿度数据的误差分析，要考虑不同的土壤颗粒大小、含盐量对于传感器输出电压的影响以及同类土壤中测得湿度与温度的关系问题。如需获得更高的测量精度，可以对传感器的输出电压加以测量，计算出土壤温湿度；若对精度要求一般，可以直接读取传感器发回的数字信号。

3. 研究的方法与步骤

拟采用的研究方法：

首先我们需要确立系统整体的设计方案，它包括系统软件与硬件的设计。其中硬件设计部分我决定先实现lora模块之间的通信，再模拟传感器的数据发送，最后再将传感器模块添加进去。软件设计部分包括单片机控制程序以及温湿度传感器内部程序设计和通信模块中数据发射与接收和处理的程序设计。

以下是系统总体的结构框图：

4. 参考文献

[1]王阳. 新兴物联网技术—lora[d].信息通信技术,2017

[2]李灿坤,丁波,古丽米拉·克孜尔别克.基于stm32的土壤温湿度检测预警装置的设计实现[j].电子设计工程,2017,25(22):128-130 135.

[3]李岩,张永锋,吴长昊,汪建飞.基于arduino和labview的水稻种植环境数据采集系统的应用[j].安徽农业科学,2017,45(12):187-189.

5. 计划与进度安排