论文总字数：22852字

摘 要

2019年工信部正式宣布我国进入5G商用时代，边缘计算和云计算的发展，为物联网的部署提供了先进的技术支持和多样的实现途径。未来将是一个万物互联的时代，社会生活将有翻天覆地的变化。

本设计将在传统电子标签的基础上，博采众长，深入的研究基于LoRa的物联网标签所必须的原理知识以及最新的研究成果从而进行对基于LoRa的物联网标签及墨水屏显示的设计与实现。本设计将采用 STM32F103VET6开发板作为电子标签主板，外扩电源转换模块、USB转TTL的UART串口、SX1278芯片作为LoRa通信模块、采用eink墨水屏驱动显示，设计了基于LoRa的物联网标签系统。

最终完成的物联网标签较好的实现了自身基本的功能，符合现今电子标签设计的潮流，能够实现对给定地点信号采集及简单处理。

关键词：物联网 电子标签 网络节点 LORA 墨水屏显示

Development of LoRa-based IoT label

Abstract

In 2019, the Ministry of Industry and Information Technology officially announced that China has entered the era of 5G commercialization. The development of edge computing and cloud computing has supplied advanced technical support and sundry methods for the development of the Internet of Things. The future will be an era of interconnection of everything, and social life will change dramatically.

This design will be based on the traditional electronic tags, learn from others, and deeply study the basic knowledge and the latest research results necessary for LoRa-based IoT tags to design and implement LoRa-based IoT tags and ink screen displays. This design will use the STM32F103VET6 development board as the electronic label motherboard, external power conversion module, USB-to-TTL UART serial port, SX1278 chip as the LoRa communication module, and the eink ink screen driver display. Networked labeling system.

The finally completed IoT tag better realizes its own basic functions, conforms to the current trend of electronic tag design, and can realize signal collection and simple processing for a given location.

Key Words: IoT; Electronic tag; Network node; LORA; Eink

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 物联网标签的意义及组成 1

1.1.1 物联网标签常见分类介绍 2

1.1.2 物联网标签的常见问题 2

1.2 本课题的主要内容 3

1.3 本课题的研究手段 4

第二章 方案设计与论证 5

2.1 控制方案的确定 5

2.2 控制方式的选择 5

2.2.1 单片机芯片的选择 5

2.2.2 显示方案的选择 5

第三章 硬件电路的设计 7

3.1 系统的功能分析及结构分析 7

3.1.1 系统功能分析 7

3.1.2 系统总体结构 7

3.2 模块电路的设计 7

3.2.1 STM32单片机核心电路 7

3.2.2 SX1278射频电路 9

3.2.3 USB多功能口设计 11

3.2.4 Eink显示设计 12

第四章 系统软件的设计 15

4.1 ARM开发环境 15

4.2 调试器 16

4.3 程序流程图 17

4.4 STM32核心板驱动程序 18

4.4.1 烧录程序过程 18

4.4.2 USB转TTL串口通信 18

4.4.3 key按键功能 21

4.5 LoRa无线模块程序设计 21

4.5.1 LoRa参数设置 21

4.5.2 SX1278配置 22

4.5.3 SX1278数据收发 24

4.6 墨水屏驱动程序设计 25

第五章 标签性能测试 29

5.1 传感器数据开发测试 29

5.2 平台数据对接测试 29

5.3 信号场强测试 30

5.4 功耗测试 31

5.5 墨水屏显示测试 33

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

1.1 物联网标签的意义及组成

国内外5G网络的成功商业部署，意味着互联网终将发展成物联网，物联网和云计算都依靠于大容量数据存储和高速的数据处理，高速低时延的5G标准极大促进了物联网的发展，物联网已经突破了技术和统筹的限制，进入了加速演变的阶段。

传感器节点、汇聚节点和管理节点组成了传感器网络系统^[1]。传感器节点使用传感器采集信息，对采集到的数据和相邻节点发送来的数据进行处理，然后将数据以接力的方式发送到基站，最后通过卫星或者互联网传到管理节点。用户可以配置管理节点网络来获取监测数据^[2]。

物联网标签就是电子标签^[3]。又称为射频标签，区别于传统纸质标签，电子标签使用射频识别技术对物品进行信息存储，然后通过阅读器即可获取物品信息数据。物联网由传感器、电子标签和应用软件三部分组成。传感器发出射频信号，标签进入磁场后可接收信号发送芯片信息。解读器解码信息，由系统的信息处理中心处理^[4]。因此电子标签对物联网的实现起着决定性作用。

图1-1是本次设计的电子标签系统的主要连接示意图。MCU（微控单元）：处理传输系统各单元数据；射频模块：连接MCU，交换天线和外部服务器的数据，然后发送给微控单元；LORA模块：与MCU连接，接收MCU发送的广播信息编码，控制射频模块；电源：连接微控单元和终端，供电；屏幕：墨水屏驱动显示，显示MCU接收处理后的数据。

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