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本书主要介绍LoRa、NB-IoT和LTE这三种物联网长距离无线通信技术。在内容安排上，本书先进行理论学习，深入浅出地学习长距离无线通信技术原理和协议，然后进行案例开发实践，这些开发实践贴近社会和生活的应用场景，给出了详细的软/硬件设计和功能的实现过程，最后进行总结拓展，将理论学习和开发实践结合起来。每个案例均附上完整的开发代码，读者可在源代码的基础快速地进行二次开发。

第1章  物联网项目认知与应用	1
1.1  物联网概述及重点发展领域	1
1.1.1  物联网概述	2
1.1.2  物联网重点发展领域	3
1.2  长距离无线通信技术	4
1.2.1  长距离无线通信技术概述	4
1.2.2  常用的长距离无线通信技术	6
1.2.3  长距离无线通信技术的学习路线、开发平台和开发环境	7
1.3  小结	15
1.4  思考与拓展	15
第2章  LoRa长距离无线通信技术开发	17
2.1  LoRa长距离无线通信技术开发基础	17
2.1.1  学习与开发目标	18
2.1.2  原理学习：LoRa技术与LoRa网络	18
2.1.3  开发实践：LoRa智慧畜牧系统	26
2.1.4  小结	27
2.1.5  思考与拓展	27
2.2  LoRa开发平台和开发工具	28
2.2.1  学习与开发目标	28
2.2.2  原理学习：STM32和LoRa协议	28
2.2.3  开发实践：构建LoRa网络	44
2.2.4  小结	47
2.2.5  思考与拓展	47
2.3  LoRa协议栈解析与应用开发	47
2.3.1  学习与开发目标	48
2.3.2  原理学习：Contiki操作系统和LoRa协议栈	48
2.3.3  开发实践：构建LoRa智慧畜牧系统	77
2.3.4  小结	85
2.3.5  思考与拓展	85
2.4  LoRa气体采集系统开发与实现	85
2.4.1  学习与开发目标	86
2.4.2  原理学习：LoRa采集类程序	86
2.4.3  开发实践：LoRa气体采集系统设计	93
2.4.4  小结	99
2.4.5  思考与拓展	100
2.5  LoRa排风系统开发与实现	100
2.5.1  学习与开发目标	100
2.5.2  原理学习：LoRa控制类程序	100
2.5.3  开发实践：LoRa排风系统设计	107
2.5.4  小结	114
2.5.5  思考与拓展	114
2.6  LoRa电子围栏系统开发与实现	114
2.6.1  学习与开发目标	114
2.6.2  原理学习：LoRa安防类程序	115
2.6.3  开发实践：LoRa电子围栏系统设计	121
2.6.4  小结	128
2.6.5  思考与拓展	129
第3章  NB-IoT长距离无线通信技术开发	131
3.1  NB-IoT长距离无线通信技术开发基础	131
3.1.1  学习与开发目标	132
3.1.2  原理学习：NB-IoT网络、协议栈和架构	132
3.1.3  开发实践：构建城市环境信息采集系统	138
3.1.4  小结	139
3.1.5  思考与拓展	140
3.2  NB-IoT开发平台和开发工具	140
3.2.1  学习与开发目标	140
3.2.2  原理学习：WH-NB71模块	140
3.2.3  开发实践：构建NB-IoT网络	151
3.2.4  小结	155
3.2.5  思考与拓展	155
3.3  NB-IoT协议栈解析与应用开发	155
3.3.1  学习与开发目标	156
3.3.2  原理学习：NB-IoT协议栈原理与应用	156
3.3.3  开发实践：构建NB-IoT智慧城市系统	170
3.3.4  小结	175
3.3.5  思考与拓展	175
3.4  NB-IoT扬尘监测系统开发与实现	175
3.4.1  学习与开发目标	176
3.4.2  原理学习：NB-IoT采集类程序	176
3.4.3  开发实践：NB-IoT扬尘监测系统设计	183
3.4.4  小结	189
3.4.5  思考与拓展	189
3.5  NB-IoT防空报警系统开发与实现	189
3.5.1  学习与开发目标	190
3.5.2  原理学习：NB-IoT控制类程序	190
3.5.3  开发实践：NB-IoT防空报警系统设计	199
3.5.4  小结	205
3.5.5  思考与拓展	205
3.6  NB-IoT火灾监测系统开发与实现	205
3.6.1  学习与开发目标	205
3.6.2  原理学习：NB-IoT安防类程序	206
3.6.3  开发实践：NB-IoT火灾监测系统设计	213
3.6.4  小结	218
3.6.5  思考与拓展	219
第4章　LTE长距离无线通信技术开发	221
4.1  LTE长距离无线通信技术开发基础	221
4.1.1  学习与开发目标	222
4.1.2  原理学习：LTE网络的概述、架构与通信过程	222
4.1.3  开发实践：构建LTE智慧交通系统	229
4.1.4  小结	231
4.1.5  思考与拓展	232
4.2  LTE长距离无线通信技术开发平台和开发工具	232
4.2.1  学习与开发目标	232
4.2.2  原理学习：LTE网络工具与EC20模块	232
4.2.3  开发实践：构建LTE网络	244
4.2.4  小结	247
4.2.5  思考与拓展	248
4.3  LTE协议栈解析与应用开发	248
4.3.1  学习与开发目标	248
4.3.2  原理学习：LTE协议栈工作原理	248
4.3.3  开发实践：构建LTE智慧交通系统	263
4.3.4  小结	267
4.3.5  思考与拓展	268
4.4  LTE路网气象监测系统开发与实现	268
4.4.1  学习与开发目标	268
4.4.2  原理学习：LTE采集类程序	268
4.4.3  开发实践：LTE路网气象监测系统设计	276
4.4.4  小结	284
4.4.5  思考与拓展	284
4.5  LTE交通灯控制系统开发与实现	284
4.5.1  学习与开发目标	284
4.5.2  原理学习：LTE控制类程序	285
4.5.3  开发实践：LTE交通灯控制系统设计	292
4.5.4  小结	298
4.5.5  思考与拓展	298
4.6  LTE道路安全报警系统开发与实现	298
4.6.1  学习与开发目标	299
4.6.2  原理学习：LTE安防类程序	299
4.6.3  开发实践：LTE道路安全报警系统设计	306
4.6.4  小结	312
4.6.5  思考与拓展	312
第5章　物联网综合应用开发	313
5.1  物联网综合项目开发平台	313
5.1.1  学习与开发目标	314
5.1.2  原理学习：智云物联平台的开发基础	314
5.1.3  开发实践：智云物联平台的物联网应用项目发布	317
5.1.4  小结	324
5.1.5  思考与拓展	324
5.2  物联网通信协议	325
5.2.1  学习与开发目标	325
5.2.2  原理学习：ZXBee通信协议	325
5.2.3  开发实践：ZXBee通信协议分析	329
5.2.4  小结	331
5.2.5  思考与拓展	331
5.3  智云物联应用开发接口	331
5.3.1  学习与开发目标	332
5.3.2  原理学习：物联网应用开发接口	332
5.3.3  开发实践：城市环境信息采集系统	347
5.3.4  小结	353
5.3.5  思考与拓展	353
参考文献	355

近年来，物联网、移动互联网、大数据和云计算的迅猛发展，逐步改变了社会的生产方式，大大提高了生产效率和社会生产力。工业和信息化部发布的《物联网发展规划（2016—2020年）》总结了“十二五”规划中物联网发展所获得的成就，并分析了“十三五”期间面临的形势，明确了物联网的发展思路和目标，提出了物联网发展的6大任务，分别是强化产业生态布局、完善技术创新体系、推动物联网规模应用、构建完善标准体系、完善公共服务体系、提升安全保障能力；提出了4大关键技术，分别是传感器技术、体系架构共性技术、操作系统，以及物联网与移动互联网、大数据融合关键技术；提出了6大重点领域应用示范工程，分别是智能制造、智慧农业、智能家居、智能交通和车联网、智慧医疗和健康养老，以及智慧节能环保；指出要健全多层次多类型的物联网人才培养和服务体系，支持高校、科研院所加强跨学科交叉整合，加强物联网学科建设，培养物联网复合型专业人才。该发展规划为物联网发展指出了一条鲜明的道路，同时也表明了我国在推动物联网应用方面的坚定决心，相信物联网规模会越来越大。本书详细阐述了LoRa、NB-IoT和LTE长距离无线通信技术，提出了案例式和任务式驱动的开发方法，旨在大力推动物联网人才的培养。
物联网系统涉及的长距离无线通信技术有很多，包括LoRa、NB-IoT和LTE长距离无线通信技术。本书将详细分析这三种长距离无线通信技术，理论知识点清晰，每个知识点均附上实践案例，带领读者掌握长距离无线通信技术的原理与应用。
全书采用在学习长距离无线通信技术的基础上，每个知识点都附上1个开发案例，利用贴近社会和生活的案例，由浅入深地介绍各种长距离无线通信技术。每个案例均有完整的理论知识和开发过程实践，分别是深入浅出的原理学习、详细的软硬件设计和功能实现过程，以及总结拓展。每个案例均附上完整的源代码，在源代码的基础上可以进行快速二次开发，能方便地将其转化为各种比赛和创新创业的案例，不仅为高等院校相关专业师生提供教学案例，也可以为工程技术开发人员和科研工作人员进行科研项目开发提供较好的参考资料。
第1章引导读者初步认识物联网和长距离无线通信技术，了解物联网的概念和常用技术，分析物联网重点发展领域，概述了物联网长距离无线通信技术，并进一步了解LoRa、NB-IoT和LTE长距离无线通信技术的应用和基本特征。
第2章学习LoRa长距离无线通信技术，先学习LoRa长距离无线通信技术开发基础，分析了LoRa网络的特征、应用、架构，并且学习LoRa开发平台和开发工具，接着学习STM32微处理器的基本知识和LoRa协议栈解析与应用开发，通过分析源代码学习物联网开发框架，最后给出了三个开发案例：LoRa气体采集系统、LoRa排风系统和LoRa电子围栏系统。
第3章学习NB-IoT长距离无线通信技术，先学习NB-IoT长距离无线通信技术开发基础，分析了NB-IoT网络的特点、应用、架构，并且学习NB-IoT开发平台和开发工具，接着学习NB-IoT协议栈解析与应用开发，通过分析源代码学习物联网开发框架，最后给出了三个开发案例：NB-IoT扬尘监测系统、NB-IoT防空报警系统和NB-IoT火灾监测系统。
第4章学习LTE长距离无线通信技术，先学习LTE长距离无线通信技术开发基础，分析了LTE网络的特点、应用、架构，并且学习LTE开发平台和开发工具，接着学习LTE协议栈解析与应用开发，通过分析源代码学习物联网开发框架，最后给出了三个开发案例：LTE路网气象监测系统、LTE交通灯控制系统和LTE道路安全报警系统。
第5章进行物联网综合应用开发，先学习物联网综合项目开发平台，介绍物联网开发平台架构、物联网虚拟化技术，掌握物联网平台线上应用项目发布，接着学习物联网通信协议，掌握基础通信协议的使用与分析，最后学习物联网应用开发接口，分析物联网平台应用程序编程接口，了解传感器的硬件SensorHAL层、Android库、Web JavaScript库等API，并且通过城市环境采集系统开发案例，实现物联网的驱动程序开发、Android应用开发和Web应用开发。
本书特色有：
（1）理论知识和案例实践相结合。将常见长距离无线通信技术和生活中实际案例结合起来，边学习理论知识边开发，快速深刻掌握长距离无线通信技术。
（2）案例开发。抛去传统的理论学习方法，选取生动的案例将理论与实践结合起来，通过理论学习和开发实践，快速入门，提供配套PPT，由浅入深掌握各种长距离无线通信技术。
（3）提供综合性项目。综合性项目为读者提供软硬件系统的开发方法，有需求分析、项目架构、软硬件设计等方法，在提供案例的基础可以进行快速二次开发，并可很方便地将其转化为各种比赛和创新创业的案例，也可以为工程技术开发人员和科研工作人员进行工程设计和科研项目开发提供较好的参考资料。
本书在编写过程中，借鉴和参考了国内外专家、学者、技术人员的相关研究成果。我们尽可能按学术规范予以说明，但难免有疏漏之处，在此谨向有关作者表示深深的敬意和谢意，如有疏漏，请及时通过出版社与我们联系。
本书得到了广东省自然科学基金项目（2018A030313195）、广东省高校省级重大科研项目（2017GKTSCX021）、广东省科技计划项目（2017ZC0358）和广州市科技计划项目（201804010262）的资助。感谢中智讯（武汉）科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助，特别感谢电子工业出版社在本书出版过程中给予的大力支持。
由于本书涉及的知识面广，时间仓促，限于笔者的水平和经验，疏漏之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。

作  者  
2019年7月

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物联网长距离无线通信技术应用与开发