本書主要介紹LoRa、NB-IoT和LTE這三種物聯網長距離無線通訊技術。在內容安排上，本書先進行理論學習，深入淺出地學習長距離無線通訊技術原理和協議，然後進行案例開發實踐，這些開發實踐貼近社會和生活的應用場景，給出了詳細的軟/硬體設計和功能的實現過程，最後進行總結拓展，將理論學習和開發實踐結合起來。每個案例均附上完整的開發代碼，讀者可在原始程式碼的基礎快速地進行二次開發。

 

廖建尚

男，副教授，畢業于廣東工業大學通信與資訊系統專業，碩士，先任職於廣東交通職業技術學院。長期從事物聯網技術的開發和教學工作。
 

第1章 物聯網專案認知與應用 1
1.1 物聯網概述及重點發展領域 1
1.1.1 物聯網概述 2
1.1.2 物聯網重點發展領域 3
1.2 長距離無線通訊技術 4
1.2.1 長距離無線通訊技術概述 4
1.2.2 常用的長距離無線通訊技術 6
1.2.3 長距離無線通訊技術的學習路線、開發平臺和開發環境 7
1.3 小結 15
1.4 思考與拓展 15

第2章 LoRa長距離無線通訊技術開發 17
2.1 LoRa長距離無線通訊技術開發基礎 17
2.1.1 學習與開發目標 18
2.1.2 原理學習：LoRa技術與LoRa網路 18
2.1.3 開發實踐：LoRa智慧畜牧系統 26
2.1.4 小結 27
2.1.5 思考與拓展 27
2.2 LoRa開發平臺和開發工具 28
2.2.1 學習與開發目標 28
2.2.2 原理學習：STM32和LoRa協議 28
2.2.3 開發實踐：構建LoRa網路 44
2.2.4 小結 47
2.2.5 思考與拓展 47
2.3 LoRa協議棧解析與應用開發 47
2.3.1 學習與開發目標 48
2.3.2 原理學習：Contiki作業系統和LoRa協定棧 48
2.3.3 開發實踐：構建LoRa智慧畜牧系統 77
2.3.4 小結 85
2.3.5 思考與拓展 85
2.4 LoRa氣體採集系統開發與實現 85
2.4.1 學習與開發目標 86
2.4.2 原理學習：LoRa採集類程式 86
2.4.3 開發實踐：LoRa氣體採集系統設計 93
2.4.4 小結 99
2.4.5 思考與拓展 100
2.5 LoRa排風系統開發與實現 100
2.5.1 學習與開發目標 100
2.5.2 原理學習：LoRa控制類程式 100
2.5.3 開發實踐：LoRa排風系統設計 107
2.5.4 小結 114
2.5.5 思考與拓展 114
2.6 LoRa電子圍欄系統開發與實現 114
2.6.1 學習與開發目標 114
2.6.2 原理學習：LoRa安防類程式 115
2.6.3 開發實踐：LoRa電子圍欄系統設計 121
2.6.4 小結 128
2.6.5 思考與拓展 129

第3章 NB-IoT長距離無線通訊技術開發 131
3.1 NB-IoT長距離無線通訊技術開發基礎 131
3.1.1 學習與開發目標 132
3.1.2 原理學習：NB-IoT網路、協定棧和架構 132
3.1.3 開發實踐：構建城市環境資訊採集系統 138
3.1.4 小結 139
3.1.5 思考與拓展 140
3.2 NB-IoT開發平臺和開發工具 140
3.2.1 學習與開發目標 140
3.2.2 原理學習：WH-NB71模組 140
3.2.3 開發實踐：構建NB-IoT網路 151
3.2.4 小結 155
3.2.5 思考與拓展 155
3.3 NB-IoT協議棧解析與應用開發 155
3.3.1 學習與開發目標 156
3.3.2 原理學習：NB-IoT協定棧原理與應用 156
3.3.3 開發實踐：構建NB-IoT智慧城市系統 170
3.3.4 小結 175
3.3.5 思考與拓展 175
3.4 NB-IoT揚塵監測系統開發與實現 175
3.4.1 學習與開發目標 176
3.4.2 原理學習：NB-IoT採集類程式 176
3.4.3 開發實踐：NB-IoT揚塵監測系統設計 183
3.4.4 小結 189
3.4.5 思考與拓展 189
3.5 NB-IoT防空報警系統開發與實現 189
3.5.1 學習與開發目標 190
3.5.2 原理學習：NB-IoT控制類程式 190
3.5.3 開發實踐：NB-IoT防空報警系統設計 199
3.5.4 小結 205
3.5.5 思考與拓展 205
3.6 NB-IoT火災監測系統開發與實現 205
3.6.1 學習與開發目標 205
3.6.2 原理學習：NB-IoT安防類程式 206
3.6.3 開發實踐：NB-IoT火災監測系統設計 213
3.6.4 小結 218
3.6.5 思考與拓展 219

第4章 LTE長距離無線通訊技術開發 221
4.1 LTE長距離無線通訊技術開發基礎 221
4.1.1 學習與開發目標 222
4.1.2 原理學習：LTE網路的概述、架構與通信過程 222
4.1.3 開發實踐：構建LTE智慧交通系統 229
4.1.4 小結 231
4.1.5 思考與拓展 232
4.2 LTE長距離無線通訊技術開發平臺和開發工具 232
4.2.1 學習與開發目標 232
4.2.2 原理學習：LTE網路工具與EC20模組 232
4.2.3 開發實踐：構建LTE網路 244
4.2.4 小結 247
4.2.5 思考與拓展 248
4.3 LTE協議棧解析與應用開發 248
4.3.1 學習與開發目標 248
4.3.2 原理學習：LTE協議棧工作原理 248
4.3.3 開發實踐：構建LTE智慧交通系統 263
4.3.4 小結 267
4.3.5 思考與拓展 268
4.4 LTE路網氣象監測系統開發與實現 268
4.4.1 學習與開發目標 268
4.4.2 原理學習：LTE採集類程式 268
4.4.3 開發實踐：LTE路網氣象監測系統設計 276
4.4.4 小結 284
4.4.5 思考與拓展 284
4.5 LTE交通燈控制系統開發與實現 284
4.5.1 學習與開發目標 284
4.5.2 原理學習：LTE控制類程式 285
4.5.3 開發實踐：LTE交通燈控制系統設計 292
4.5.4 小結 298
4.5.5 思考與拓展 298
4.6 LTE道路安全報警系統開發與實現 298
4.6.1 學習與開發目標 299
4.6.2 原理學習：LTE安防類程式 299
4.6.3 開發實踐：LTE道路安全報警系統設計 306
4.6.4 小結 312
4.6.5 思考與拓展 312

第5章 物聯網綜合應用開發 313
5.1 物聯網綜合專案開發平臺 313
5.1.1 學習與開發目標 314
5.1.2 原理學習：智雲物聯平臺的開發基礎 314
5.1.3 開發實踐：智雲物聯平臺的物聯網應用專案發佈 317
5.1.4 小結 324
5.1.5 思考與拓展 324
5.2 物聯網通信協定 325
5.2.1 學習與開發目標 325
5.2.2 原理學習：ZXBee通信協議 325
5.2.3 開發實踐：ZXBee通信協議分析 329
5.2.4 小結 331
5.2.5 思考與拓展 331
5.3 智雲物聯應用開發介面 331
5.3.1 學習與開發目標 332
5.3.2 原理學習：物聯網應用開發介面 332
5.3.3 開發實踐：城市環境資訊採集系統 347
5.3.4 小結 353
5.3.5 思考與拓展 353

參考文獻 355
 

近年來，物聯網、移動互聯網、大資料和雲計算的迅猛發展，逐步改變了社會的生產方式，大大提高了生產效率和社會生產力。工業和資訊化部發佈的《物聯網發展規劃（2016—2020年）》總結了“十二五”規劃中物聯網發展所獲得的成就，並分析了“十三五”期間面臨的形勢，明確了物聯網的發展思路和目標，提出了物聯網發展的6大任務，分別是強化產業生態佈局、完善技術創新體系、推動物聯網規模應用、構建完善標準體系、完善公共服務體系、提升安全保障能力；提出了4大關鍵技術，分別是感測器技術、體系架構共性技術、作業系統，以及物聯網與移動互聯網、大資料融合關鍵技術；提出了6大重點領域應用示範工程，分別是智慧製造、智慧農業、智慧家居、智慧交通和車聯網、智慧醫療和健康養老，以及智慧節能環保；指出要健全多層次多類型的物聯網人才培養和服務體系，支援高校、科研院所加強跨學科交叉整合，加強物聯網學科建設，培養物聯網複合型專業人才。該發展規劃為物聯網發展指出了一條鮮明的道路，同時也表明了我國在推動物聯網應用方面的堅定決心，相信物聯網規模會越來越大。本書詳細闡述了LoRa、NB-IoT和LTE長距離無線通訊技術，提出了案例式和任務式驅動的開發方法，旨在大力推動物聯網人才的培養。

物聯網系統涉及的長距離無線通訊技術有很多，包括LoRa、NB-IoT和LTE長距離無線通訊技術。本書將詳細分析這三種長距離無線通訊技術，理論知識點清晰，每個知識點均附上實踐案例，帶領讀者掌握長距離無線通訊技術的原理與應用。

全書採用在學習長距離無線通訊技術的基礎上，每個知識點都附上1個開發案例，利用貼近社會和生活的案例，由淺入深地介紹各種長距離無線通訊技術。每個案例均有完整的理論知識和開發過程實踐，分別是深入淺出的原理學習、詳細的軟硬體設計和功能實現過程，以及總結拓展。每個案例均附上完整的原始程式碼，在原始程式碼的基礎上可以進行快速二次開發，能方便地將其轉化為各種比賽和創新創業的案例，不僅為高等院校相關專業師生提供教學案例，也可以為工程技術開發人員和科研工作人員進行科研專案開發提供較好的參考資料。

第1章引導讀者初步認識物聯網和長距離無線通訊技術，瞭解物聯網的概念和常用技術，分析物聯網重點發展領域，概述了物聯網長距離無線通訊技術，並進一步瞭解LoRa、NB-IoT和LTE長距離無線通訊技術的應用和基本特徵。

第2章學習LoRa長距離無線通訊技術，先學習LoRa長距離無線通訊技術開發基礎，分析了LoRa網路的特徵、應用、架構，並且學習LoRa開發平臺和開發工具，接著學習STM32微處理器的基本知識和LoRa協議棧解析與應用開發，通過分析原始程式碼學習物聯網開發框架，最後給出了三個開發案例：LoRa氣體採集系統、LoRa排風系統和LoRa電子圍欄系統。

第3章學習NB-IoT長距離無線通訊技術，先學習NB-IoT長距離無線通訊技術開發基礎，分析了NB-IoT網路的特點、應用、架構，並且學習NB-IoT開發平臺和開發工具，接著學習NB-IoT協議棧解析與應用開發，通過分析原始程式碼學習物聯網開發框架，最後給出了三個開發案例：NB-IoT揚塵監測系統、NB-IoT防空報警系統和NB-IoT火災監測系統。

第4章學習LTE長距離無線通訊技術，先學習LTE長距離無線通訊技術開發基礎，分析了LTE網路的特點、應用、架構，並且學習LTE開發平臺和開發工具，接著學習LTE協議棧解析與應用開發，通過分析原始程式碼學習物聯網開發框架，最後給出了三個開發案例：LTE路網氣象監測系統、LTE交通燈控制系統和LTE道路安全報警系統。

第5章進行物聯網綜合應用開發，先學習物聯網綜合專案開發平臺，介紹物聯網開發平臺架構、物聯網虛擬化技術，掌握物聯網平臺線上應用項目發佈，接著學習物聯網通信協定，掌握基礎通信協定的使用與分析，最後學習物聯網應用開發介面，分析物聯網平臺應用程式設計發展介面，瞭解感測器的硬體SensorHAL層、Android庫、Web JavaScript庫等API，並且通過城市環境採集系統開發案例，實現物聯網的驅動程式開發、Android應用開發和Web應用開發。

本書特色有：

（1）理論知識和案例實踐相結合。將常見長距離無線通訊技術和生活中實際案例結合起來，邊學習理論知識邊開發，快速深刻掌握長距離無線通訊技術。

（2）案例開發。拋去傳統的理論學習方法，選取生動的案例將理論與實踐結合起來，通過理論學習和開發實踐，快速入門，提供配套PPT，由淺入深掌握各種長距離無線通訊技術。

（3）提供綜合性項目。綜合性專案為讀者提供軟硬體系統的開發方法，有需求分析、專案架構、軟硬體設計等方法，在提供案例的基礎可以進行快速二次開發，並可很方便地將其轉化為各種比賽和創新創業的案例，也可以為工程技術開發人員和科研工作人員進行工程設計和科研專案開發提供較好的參考資料。

本書在編寫過程中，借鑒和參考了國內外專家、學者、技術人員的相關研究成果。我們盡可能按學術規範予以說明，但難免有疏漏之處，在此謹向有關作者表示深深的敬意和謝意，如有疏漏，請及時通過出版社與我們聯繫。

本書得到了廣東省自然科學基金項目（2018A030313195）、廣東省高校省級重大科研專案（2017GKTSCX021）、廣東省科技計畫專案（2017ZC0358）和廣州市科技計畫專案（201804010262）的資助。感謝中智訊（武漢）科技有限公司在本書編寫過程中提供的幫助，特別感謝電子工業出版社在本書出版過程中給予的大力支持。

由於本書涉及的知識面廣，時間倉促，限於筆者的水準和經驗，疏漏之處在所難免，懇請專家和讀者批評指正。

作  者  
2019年7月