LoRa水质监测浮标 · 课程目录

项目全景与系统架构

整体功能、系统框图、核心器件选型 (MCU、LoRa、传感器)

LoRa通信基础

扩频因子、带宽、编码率对通信的影响

SX1278/SX126x驱动入门

寄存器配置、初始化、发送/接收模式切换

水质传感器选型与接口

pH、溶解氧、浊度、电导率，I2C/UART/模拟对比

传感器数据采集与校准

ADC采样、数字滤波、温度补偿、标定流程

浮标电源管理

太阳能+锂电池、低功耗切换、电量监测

LoRa组网与星型拓扑

网关与节点通信、频段选择 (470/868/915MHz)

数据帧结构设计

自定义协议、CRC校验、设备ID/时间戳/传感器值

AT指令集与透传模式

AT指令配置、透传与定点传输模式选择

RTC与时间同步

DS3231驱动、NTP-like同步、低功耗时钟管理

数据存储与日志

SPI Flash (W25Q64) 驱动、环形缓冲区、掉电保护

浮标状态机设计

空闲、采集、发送、休眠、异常状态切换

看门狗与异常恢复

硬件看门狗、软件超时、自动重启策略

远程配置与OTA

LoRa远程参数修改、固件升级协议设计

网关数据接收与解析

树莓派/ESP32网关、数据清洗、JSON格式化

MQTT与云平台对接

MQTT协议、阿里云IoT/OneNET、设备影子

数据可视化与告警

Grafana仪表盘、阈值告警、微信/短信通知

多浮标冲突避免

CSMA/CA、TDMA、随机退避算法

通信距离测试与优化

天线选型、驻波比测试、链路预算计算

功耗实测与优化

各模式电流测量、休眠功耗、占空比设计

防水与结构设计

IP68防护、水下传感器安装、防生物附着

固件架构与RTOS

FreeRTOS任务划分、消息队列、信号量应用

单元测试与模拟

Python模拟传感器数据、硬件在环测试 (HIL)

现场部署与调试

浮标锚定、天线架设、现场通信测试

数据质量评估

异常值检测、数据补传、卡尔曼滤波应用

安全与加密

AES-128数据加密、密钥管理、防重放攻击

法规与认证

无线电型号核准 (SRRC)、FCC/CE认证要点

成本与BOM优化

国产化替代方案、批量采购策略

项目文档与维护

技术文档、版本控制 (Git)、故障排查手册

从零搭建完整水质监测浮标系统 (含代码调试)