CN106162528B - LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置 - Google Patents

LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置，该转换模块包括第一信号转换模块和第二信号转换模块；第一信号转换模块包括第一净荷获取模块、数据分割模块和第一数据组装模块，第一净荷获取模块获取蓝牙信号的净荷值，数据分割模块将蓝牙信号的净荷值分割成多个预定大小的子数据包，第一数据组装模块将分割好的子数据包分别封装为LoRa信号；第二信号转换模块包括第二净荷获取模块、数据组合模块和第二数据组装模块，第二净荷获取模块获取LoRa信号的净荷值，数据组合模块将LoRa信号的净荷值连接形成集合数据包，第二数据组装模块将集合数据包封装成蓝牙信号。本发明通过LoRa信号与蓝牙信号转换，实现LoRa模块与蓝牙模块的通信，有利于长距离，低功耗的通信。

Description

LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，特别是涉及一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置。
背景技术
物联网所需的各类无线网络通信技术处于互补状态，在不同场景下，距离、功耗、容量、成本等指标各有千秋。物联网时代下，有些装置毋须传送高资料量，但却须要低功耗的连结方式，来维持更长时间的运作，因此促成低功耗无线广域网路(LPWAN)如LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)。LoRaWAN兼备低功耗、低成本与传输距离远等三大特点，可满足须长时间运作、以电池供电且大量布建的物联网应用需求，因而快速受到电信营运商青睐，并已开始运用于智慧城市与智慧工业的基础建设中。
目前，许多产品都配置有蓝牙功能，但是因为其传输距离短，造成了使用率偏低的情况，因为现在城市化规模扩大，很多信号交互需要传输较长的距离，比如水电表，员工到实地去近距离操作，利用蓝牙得到了对应的数据，需要发送到远端的数据库；又比如在一些紧急情况下，老年人使用的蓝牙检测仪，对老人的身体状况进行实时检查，如有异常数据出现需要及时发送到远端的医院进行分析，这时候也需要进行长距离的数据传输。当前可以采用WIFi无线信号，但是WIFI成本较高，不利于发展。
基于社会中存在的长距离，低功耗的需求，在物联网的推动下，蓝牙技术与LoRa技术均蓬勃发展，但是两者之间的信号转换仍然没有解决，而且当前手机和电脑等常用电子移动设备并不主持LoRa通信,因此在建立网络连接是需要配置网络设备转换器。因此开发出一种长距离通信模块，并且实现LoRa信号与蓝牙信号通信是一个亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块、转换方法及信号发送装置。解决现有技术中没有LoRa信号与蓝牙信号转换设备，不能实现LoRa信号与蓝牙信号通信的技术问题。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块，其包括第一信号转换模块和第二信号转换模块，所述第一信号转换模块和第二信号转换模块连接在蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块之间；所述第一信号转换模块将蓝牙信号转换为LoRa信号，所述第一信号转换模块包括依次连接的第一净荷获取模块、数据分割模块和第一数据组装模块，所述第一净荷获取模块获取蓝牙信号的净荷值，所述数据分割模块将蓝牙信号的净荷值分割成多个预定大小的子数据包，所述第一数据组装模块将分割好的子数据包分别封装为LoRa信号并传输至LoRa信号收发模块；所述第二信号转换模块将LoRa信号转换为蓝牙信号，所述第二信号转换模块包括依次连接的第二净荷获取模块、数据组合模块和第二数据组装模块，所述第二净荷获取模块获取LoRa信号的净荷值，所述数据组合模块将LoRa信号的净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，第二数据组装模块将集合数据包封装成蓝牙信号并传输至蓝牙信号收发模块。
本发明的LoRa信号与蓝牙信号转换模块通过LoRa信号与蓝牙信号信号转换，实现LoRa模块与蓝牙模块的通信，有利于长距离，低功耗的通信。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其包括如下步骤：
S1，对蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块进行初始化；
S2，运行如下两种方法之一或两者：
S21，获得蓝牙信号的净荷，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包，将子数据包封装为LoRa信号；
S22，获得LoRa信号的净荷，将净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，将集合数据包封装成蓝牙信号。
本发明快速简洁的实现LoRa信号与蓝牙信号信号转换，实现LoRa模块与蓝牙模块的通信，实现长距离，低功耗的通信。
在本发明的一种优选实施方式中，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包的方法为：
根据蓝牙低功耗技术将净荷值拆分成具备预置数据量的若干个子数据包；
对所述子数据包插入一个字节表示帧序号。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述步骤S22中的方法为：
将接收到的LoRa信号按照帧序号的顺序取出净荷值并去掉帧序号后连接形成集合数据；
根据所述待传输数据的类型和长度等信息，生成所述命令包的头属性；
对所述命令包的头属性和所述待传输数据，依次进行校验处理，生成尾校验；
将所述头属性、所述待传输数据和尾校验，依次连结以生成完整的命令包。
本发明能够快速、准确的实现蓝牙信号的拆包和LoRa信号的组包，方便快捷的实现LoRa信号与蓝牙信号的转换。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种LoRa信号与蓝牙信号收发系统，其包括控制器、蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块及连接在蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块之间的权利要求1所述的LoRa信号与蓝牙信号转换模块，当在蓝牙传输距离阈值范围内传输信号时，通过蓝牙收发模块收发信号；当传输距离超出蓝牙传输距离阈值范围时，利用所述LoRa信号与蓝牙信号转换模块对蓝牙信号进行转换，通过LoRa信号收发模块收发信号。
利用本发明的LoRa信号与蓝牙信号收发系统，在任何设备上均能够实现近距离蓝牙通信和远距离LoRa通信的结合，提高了通信距离，降低了功耗。
附图说明
图1是本发明LoRa信号与蓝牙信号转换模块的结构示意图；
图2是本发明一种优选实施方式中采用的LoRa信号的数据帧结构；
图3是本发明一种优选实施方式中LoRa信号与蓝牙信号收发系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块，如图1所示，其包括第一信号转换模块和第二信号转换模块，第一信号转换模块和第二信号转换模块连接在蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块之间。在本发明的一种优选实施方式中，LoRa信号与蓝牙信号转换模块只包含第一信号转换模块和第二信号转换模块，在本发明的另外的优选实施方式中，LoRa信号与蓝牙信号转换模块不止包含第一信号转换模块和第二信号转换模块，还包括蓝牙信号收发模块和/或LoRa信号收发模块。
第一信号转换模块将蓝牙信号转换为LoRa信号，第一信号转换模块包括依次连接的第一净荷获取模块、数据分割模块和第一数据组装模块，其中，第一净荷获取模块获取蓝牙信号的净荷值，数据分割模块将蓝牙信号的净荷值分割成多个预定大小的子数据包，第一数据组装模块将分割好的子数据包分别封装为LoRa信号并传输至LoRa信号收发模块。
蓝牙帧结构一般每个封装包包含三个部分:存取码,头部和负载。还有一种封装包格式包含6部分:存取码,头部,保护周期,同步序列,增强型数据速率负载和尾部。存取码和头部采用Basic Rate模块模式，而同步序列、负载和尾部使用EDR模块模式，保护周期允许两种模块之间的传输。
而LoRa数据结构如图2所示，与蓝牙数据结构完全不同，其包括头部、类型码，数据域字节数、数据域、校验位和尾部。
在本实施方式中，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包的方法为：
根据蓝牙低功耗技术将净荷值拆分成具备预置数据量的若干个子数据包；
对子数据包插入一个字节表示帧序号。
在本实施方式中，将净荷值进行拆分成N个子数据包，前面N-1个数据包的大小为预设大小，最后一个子数据包的大小为等于或者小于预设大小。
拆分后，按照帧序号对子数据包进行封装，其中头部中包括帧序号信息，并依次生成类型码，数据域字节数、数据域、校验位和尾部，并且尾部数据中携带有下一段数据的帧序号，便于以后连接。
第二信号转换模块将LoRa信号转换为蓝牙信号，第二信号转换模块包括依次连接的第二净荷获取模块、数据组合模块和第二数据组装模块，第二净荷获取模块获取LoRa信号的净荷值，数据组合模块将LoRa信号的净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，第二数据组装模块将集合数据包封装成蓝牙信号并传输至蓝牙信号收发模块。在本实施方式中，具体的处理方法为：
将接收到的LoRa信号按照帧序号的顺序取出净荷值并去掉帧序号后连接形成集合数据；
根据待传输数据的类型和长度等信息，生成集合数据包的头属性；
对集合数据包的头属性和待传输数据，依次进行校验处理，生成尾校验；
将头属性、待传输数据和尾校验，依次连结以生成完整的集合数据包。
在本实施方式中，在进行数据切割过程中，将蓝牙信号切割为N个子数据包，所述N为正整数，在发送子数据包时，数据N也同时发送给LoRa信号接收端，如若LoRa信号接收端接收到的包数缺省(少于N)，则重复传输数据，三次以后如果还出现丢包现象，此时要把失败的信息传回信号发送端，终止此次传输。从而保证数据的准确性。
在本实施方式中，在LoRa收发模块内设置有缓存器和流控制阀，在蓝牙收发模块向LoRa收发模块传送数据时，当传入数据量超出缓存器的容量时，流控制阀阻止数据继续传入缓存器，当缓存器闲时，重置流控制阀，再继续传。在本发明的优选实施方式中，流控制阀可以为但不限于Flag，缓存器缓存的容量根据硬件成本和传输数据量的常有值确定一个合理的值。当有大量数据传入超出缓存器的容量时，在LoRa端应该设置流控制阀，如设置一个Flag，阻止数据继续传入缓存区。当缓存区闲时，重置Flag，再继续传.缓存器遵循互斥管理机制，例如P/V操作。
本发明提供了一种LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其包括如下步骤：
S1，对蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块进行初始化；
S2，运行如下两种方法之一或两者：
S21，获得蓝牙信号的净荷，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包，将子数据包封装为LoRa信号；
S22，获得LoRa信号的净荷，将净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，将集合数据包封装成蓝牙信号。需要说明的是，在本发明中LoRa信号与蓝牙信号转换方法中，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包的方法以及LoRa信号连接形成集合数据包的方法与在LoRa信号与蓝牙信号转换模块中描述的方法相同，可参考上述描述，在此不作赘述。
本发明还提供了一种LoRa信号与蓝牙信号收发系统，如图3所示，其包括控制器、蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块及连接在蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块之间的LoRa信号与蓝牙信号转换模块，当在蓝牙传输距离阈值范围内传输信号时，通过蓝牙收发模块收发信号；当传输距离超出蓝牙传输距离阈值范围时，利用所述LoRa信号与蓝牙信号转换模块对蓝牙信号进行转换，通过LoRa信号收发模块收发信号。
具体传输时，当有数据需要传输时，判断LoRa信号与蓝牙信号收发系统的缓存是否空闲，当空闲时，判断蓝牙模块和LoRa模块是否繁忙，如果繁忙，继续等待，如果不繁忙，则进行LoRa信号与蓝牙信号的发送。
在本实施方式中，蓝牙传输距离阈值范围是指蓝牙收发模块接收信号和发射信号的最远范围，具体的数值可参考现有的蓝牙收发模块的性能参数进行设定。
本发明能够实现LoRa信号与蓝牙信号信号转换，实现LoRa模块与蓝牙模块的通信，实现长距离，低功耗的通信。
利用本发明的LoRa信号与蓝牙信号收发系统，在任何设备上均能够实现近距离蓝牙通信和远距离LoRa通信的结合，提高了通信距离，降低了功耗。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种LoRa信号与蓝牙信号转换模块，其特征在于，包括第一信号转换模块和第二信号转换模块，所述第一信号转换模块和第二信号转换模块连接在蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块之间；
所述第一信号转换模块将蓝牙信号转换为LoRa信号，所述第一信号转换模块包括依次连接的第一净荷获取模块、数据分割模块和第一数据组装模块，所述第一净荷获取模块获取蓝牙信号的净荷值，所述数据分割模块将蓝牙信号的净荷值分割成多个预定大小的子数据包，所述第一数据组装模块将分割好的子数据包分别封装为LoRa信号并传输至LoRa信号收发模块；
所述第二信号转换模块将LoRa信号转换为蓝牙信号，所述第二信号转换模块包括依次连接的第二净荷获取模块、数据组合模块和第二数据组装模块，所述第二净荷获取模块获取LoRa信号的净荷值，所述数据组合模块将LoRa信号的净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，所述第二数据组装模块将集合数据包封装成蓝牙信号并传输至蓝牙信号收发模块。
2.一种LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对蓝牙信号收发模块和LoRa信号收发模块进行初始化；
S2，运行如下两种方法之一或两者：
S21，获得蓝牙信号的净荷，将净荷值分割成多个预定大小的子数据包，将子数据包封装为LoRa信号；
S22，获得LoRa信号的净荷，将净荷值按照接收的先后顺序依次连接形成集合数据包，将集合数据包封装成蓝牙信号。
3.根据权利要求2所述的LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，所述步骤S21中，将蓝牙信号净荷值分割成多个预定大小的子数据包的方法为：
根据蓝牙低功耗技术将净荷值拆分成具备预置数据量的若干个子数据包；
对所述子数据包插入一个字节表示帧序号。
4.根据权利要求2所述的LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，所述，在进行数据切割过程中，将蓝牙信号切割为N个子数据包，所述N为正整数，在发送子数据包时，数据N也同时发送给LoRa信号接收端，如若接收端接收到的包数缺省，则重复传输数据，三次以后如果还出现丢包现象，此时要把失败的信息传回信号发送端，终止此次传输。
5.根据权利要求2所述的LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，所述，在LoRa收发模块内设置有缓存器和流控制阀，在蓝牙收发模块向LoRa收发模块传送数据时，当传入数据量超出缓存器的容量时，所述流控制阀阻止数据继续传入缓存器，当缓存区闲时，重置流控制阀，再继续传。
6.根据权利要求5所述的LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，所述，缓存器为可重置的Flag。
7.根据权利要求2所述的LoRa信号与蓝牙信号转换方法，其特征在于，所述步骤S22的方法为：
将接收到的LoRa信号按照帧序号的顺序取出净荷值并去掉帧序号后连接形成集合数据；
根据待传输数据的类型和长度信息，生成所述集合数据的头属性；
对所述集合数据的头属性和所述待传输数据，依次进行校验处理，生成尾校验；
将所述头属性、所述待传输数据和尾校验，依次连结以生成完整的集合数据包。
8.一种LoRa信号与蓝牙信号收发系统，其特征在于，包括控制器、蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块及连接在蓝牙收发模块、LoRa信号收发模块之间的权利要求1所述的LoRa信号与蓝牙信号转换模块，当在蓝牙传输距离阈值范围内传输信号时，通过蓝牙收发模块收发信号；当传输距离超出蓝牙传输距离阈值范围时，利用所述LoRa信号与蓝牙信号转换模块对蓝牙信号进行转换，通过LoRa信号收发模块收发信号。
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