近年来,随着地下空间开发加速与能源利用效率提升,地下综合能源监测系统具有越来越重要的意义,同时物联网发展迅速,能够满足更高效、便捷的监测需求。本论文对应用场景进行了需求分析,针对地下空间分布距离远、监测参数多、工作设备多、公网信号盲区的问题,设计了基于LoRa通信的地下综合能源监测系统。首先,设计了基于STM32的LoRa通信设备的硬件电路。采用STM32F103C8T6芯片作为主控模块,采用SX1278芯片作为LoRa射频模块,利用CH340和MAX485分别实现了USB转TTL和485转TTL,利用AMS1117实现了电路的电压稳定。阐述了LoRa设备的软件程序流程图、部分关键代码和硬件电路的原理图。其次,针对本系统中设备数量大、LoRa通信节点多而导致易发生通信数据碰撞的问题,考虑到现有算法中因终端设备增多而导致时隙数目大幅增多和系统稳定性差未能有效解决的问题,设计了新型的LoRa WAN防碰撞算法。通过扇形均等划分实现设备分组并且循环通信,以降低单组之中终端节点数目从而降低碰撞的概率,并对未成功通信的终端节点进行估计和时隙的最佳数目调整来提高时隙的利用效率。通过仿真对比,在终端节点数量高达2000的场景下,本算法比基于DFSA的LoRa WAN协议的数据包交付率高27.52%,吞吐率高20.33%,时隙数目少17626。比标准LoRa WAN协议的数据包交付率高51.27%,吞吐率高26.93%。从而证明了算法的有效性。最后,设计了监测系统的软件程序,并面对实际应用进行了数据测试。具体包括监测系统组态界面设计和实现、手机远程监测组态界面的设计与实现、LoRa设备的软件连接,实现了LoRa设备之间的通信,并且在实验中能够在2千米的间距时仍保持3.5%的丢包率,同时测得了实验数据,达到了本系统对于LoRa设备的通信要求,满足了本系统的应用需求。总之,本文针对地下空间信号盲区的问题和LoRa多设备数据包碰撞问题,从通信方式及其防碰撞算法提出改进方法,并且用工控机实现了整个系统的软件监测平台,并进行了实验验证,对于地下综合能源监测系统的实现提供可行方案。