CN106791258A - LoRa图像采集传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用LoRa技术的图像传感器；具体技术方案为：LoRa图像采集传输系统，包括LoRa图像传感器，LoRa图像传感器通过CAM总线与微控制器进行信号传输，微控制器还通过SPI总线与LoRa射频模块进行信号传输，本系统采用一体化的结构，对图像采集、压缩、处理、传输、供电等进行了统一的处理，成本大大降低，体积更小，稳定性更高，LoRa网关和LoRa图像传感器终端采用扩频无线通信技术最远可达20公里的通信距，LoRa图像传感器和LoRa网关之间采用星型拓扑结构，LoRa图像传感器可以在不同的LoRa网关之间无缝漫游通信，更好地提高系统通信实时性要求。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用LoRa技术的图像传感器。
背景技术
随着物联网和无线通信技术的飞速发展，人们与信息网络已经密不可分，无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品（尤其是便携产品）的强烈要求。短距离无线通信的低成本、相对其他无线通信技术的低功耗、及其对等通信特征等适应了飞速发展的便捷信息传输需求。在技术、成本、可靠性及可实用性等各方面的综合考虑下，低功耗长距离无线通信技术成为了当今通信领域研究的热点。
人们对信息的获取80%来自于视觉，但是，目前的数字视频在宽带和功耗上都无法满足长时间的电池供电及传输，基于视觉处理大多是图片处理，先进的压缩算法使得图片的文件更小，并且减少了传感器的复杂度，处理起来更加简单统一。
发明内容
为解决现有图像传感器存在的高成本、距离短、可靠性差的技术问题，本发明提供了一种应用在智能农业、智能水务中的LoRa图像传输系统。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：LoRa图像采集传输系统，包括LoRa图像传感器、微控制器和LoRa射频模块，LoRa图像传感器通过第一通信接口与微控制器进行信号传输，微控制器还通过第二通信接口与LoRa射频模块进行信号传输，LoRa图像传感器用于采集图像信号，图像信号通过微控制器进行处理后，通过LoRa射频模块传给LoRa网关，实现系统的采集和前端传输。
LoRa图像传感器包括感光元件，感光元件与模拟信号处理器之间进行信号传输，模拟信号处理器与信号采样模块之间进行信号传输，信号采样模块与数字信号存储模块之间进行信号传输，数字信号存储模块通过第一通信接口与微控制器进行信号传输。感光元件用于采集图像信号，采集的图像信号通过模拟信号处理器处理后，信号采样模块对模拟信号进行处理并将数字信号存储在数字信号存储模块内，数字信号存储模块通过通信接口将信号传输给微控制器。
LoRa图像传感器采用低功耗设计，微控制器上还连接有电源，电源上还配置有电压检测模块，电压检测模块用于检测电源是否欠压，实现实时操控。
微控制器上还连接有指示灯和外部存储器，指示灯用于指示微控制器的运行状态，外部存储器用于对微控制器的数据进行存储。
第一通信接口为CAM总线，第二通信接口为SPI总线，SPI总线是一种高速、全双工且同步的通信总线，并且在芯片管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB板的布局上节省空间，具有简单易用的特性。
微控制器上还连接有RS485接口，RS485接口增加了一个通讯接口。
LoRa射频模块布置有射频天线，射频天线将数据传输给LoRa网关，LoRa网关射频通信模块接收LoRa图像传输系统发来的数据，在系统内部做差错校验和完整性检测以后，把正确的完整数据转发给云服务器，LoRa网关同时担任服务器发来的数据转发给LoRa图像传输系统。
电源为10000mAh电池，采用10000mAh电池可以使用1-3年，与传统的太阳能系统供电采集终端相比，成本更低。
外部存储器为128Mbyte的Flash存储器，可对采集数据进行记录，可以对LoRa图像传输系统运行参数做日志记录。
本系统还包括PCB板，所述PCB板的四角均开有螺纹孔，射频天线设置在PCB板的外侧，射频天线与LoRa网关之间进行无线通信，微控制器固定在PCB板上，电源、指示灯与欠压检测模块均置于微控制器的一侧，欠压检测模块置于电源与指示灯之间，感光元件、信号采样模块与外部存储器均固定在PCB板上，感光元件、模拟信号处理器、信号采样模块、第一通信接口与外部存储器均固定在PCB板上，模拟信号处理器置于感光元件与信号采样模块之间，第一通信接口置于信号采样模块与外部存储器之间。
本系统采用一体化的结构，对图像采集、压缩、处理、传输、供电等进行了统一的处理，减少了大部分的外围和标准接口电路，成本大大降低，体积更小，稳定性更高。利用LoRa扩频通信技术，实现了终端数据到云端的采集。LoRa图像传感器通过LoRa网关接入互联网，每个LoRa网关可以接入多达5000个LoRa图像传感器，只需要一条互联网接入通道，很大程度地节约了传输成本。
LoRa网关和LoRa图像传感器终端采用扩频无线通信技术最远可达20公里的通信距，LoRa图像传感器和LoRa网关之间采用星型拓扑结构，同时，LoRa图像传感器可以在不同的LoRa网关之间无缝漫游通信，采用此通信模式延时小，更好地提高系统通信实时性要求。
附图说明
图1为本发明的控制原理简图。
图2为本发明的控制原理图。
图3为本发明的结构图。
图中，1为LoRa图像传感器，2为微控制器，3为LoRa射频模块，4为第一通信接口，5为PCB板，6为第二通信接口，7为电源，8为电压检测模块，9为指示灯，10为外部存储器，11为感光元件，12为模拟信号处理器，13为信号采样模块，14为数字信号存储模块，15为RS485接口，16为射频天线，17为螺纹孔，18为LoRa网关。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，LoRa图像采集传输系统，包括LoRa图像传感器1、微控制器2和LoRa射频模块3，LoRa图像传感器1通过第一通信接口4将信号传输给微控制器2，微控制器2还通过第二通信接口6将信号传输给LoRa射频模块3，LoRa图像传感器1用于采集图像信号，图像信号通过微控制器2进行处理后，通过LoRa射频模块3传给LoRa网关18，实现系统的采集和前端传输。
LoRa图像传感器1包括感光元件11，感光元件11将图像用于采集图像信号，图像信号传输给模拟信号处理器12进行信号处理，通过模拟信号处理器12对图像信号处理后，转化后的信号进入信号采样模块13内，信号采样模块13对信号进行采样分析，数字信号存储模块14对信号进行存储并通过第一通信接口4传输给微控制器2。
本系统的节点适用于物联网系统的图像采集传输，可以代替多种不同类型的传感器来感知各种信号，通过LoRa射频模块3的扩频无线信号传给LoRa网关，实现图像采集传输以备平台进行图像内容的分析。
LoRa图像传感器1采用低功耗设计，微控制器2上还连接有电源7，电源7上还配置有电压检测模块8，电压检测模块8用于检测电源7是否欠压，实现实时操控。
微控制器2上还连接有指示灯9和外部存储器10，指示灯9用于指示微控制器2的运行状态，外部存储器10用于对微控制器2的数据进行存储。
第一通信接口4为CAM总线，第二通信接口6为SPI总线，SPI总线是一种高速、全双工且同步的通信总线，并且在芯片管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB板5的布局上节省空间，具有简单易用的特性。
微控制器2上还连接有RS485接口15，RS485接口15增加了一个通讯接口。
LoRa射频模块3布置有射频天线16，射频天线16将数据传输给LoRa网关18，LoRa网关18射频通信模块接收LoRa图像传输系统发来的数据，在系统内部做差错校验和完整性检测以后，把正确的完整数据转发给云服务器，LoRa网关18同时担任服务器发来的数据转发给LoRa图像传输系统。
电源7为10000mAh电池，采用10000mAh电池可以使用1-3年，可每30分钟传输一幅图像的情况下可工作一年以上，超低照度的LoRa图像传感器1和红外补光灯以及全密封的外壳可以再任何环境下工作，与传统的太阳能系统供电采集终端相比更加成本低。
外部存储器10为128Mbyte的Flash存储器，可对采集数据进行记录，可以对LoRa图像传输系统运行参数做日志记录。
如图3所示，本系统还包括PCB板5，所述PCB板5的四角均开有螺纹孔17，所述射频天线16设置在PCB板5的外侧，所述微控制器2固定在PCB板5上，电源7、指示灯9与欠压检测模块均置于微控制器2的一侧，欠压检测模块置于电源7与指示灯9之间，感光元件11、信号采样模块13与外部存储器10均固定在PCB板5上，感光元件11、模拟信号处理器12、信号采样模块13、第一通信接口4与外部存储器10均固定在PCB板5上，模拟信号处理器12置于感光元件11与信号采样模块13之间，第一通信接口4置于信号采样模块13与外部存储器10之间。
本系统采用一体化的结构，对图像采集、压缩、处理、传输、供电等进行了统一的处理，减少了大部分的外围和标准接口电路，成本大大降低，体积更小，稳定性更高。利用LoRa扩频通信技术，实现了终端数据到云端的采集。LoRa图像传感器1通过LoRa网关18接入互联网，每个LoRa网关18可以接入多达5000个LoRa图像传感器1，只需要一条互联网接入通道，很大程度地节约了传输成本。
LoRa网关18和LoRa图像传感器1终端采用扩频无线通信技术最远可达3-10公里的通信距，LoRa图像传感器1和LoRa网关18之间采用星型拓扑结构，同时，LoRa图像传感器1可以在不同的LoRa网关18之间无缝漫游通信，采用此通信模式延时小，更好地提高系统通信实时性要求。
该LoRa图像传感器1适用于物联网系统的远程图像的采集、监控及管理，可以代替不同类型的传感器来感知各种信号，LoRa图像传感器1采用Lora扩频通信技术，该技术具有低功耗，远距离传输特点。采用LoRa WAN 协议更好的实现了多节点通信，更好地保证了数据接收的稳定性，无线接收器通过扩频技术使得此类接收机在125kHz的带宽下使用获得接近-140dBm的灵敏度。与FSK系统相比，这种新的扩频方式在灵敏度上改善了20dB，这样使得同样的通信距离发射功率就会降低，从而实现低功耗长距离的通信。
工作流程：LoRa网关18射频通信模块接受LoRa图像传感器1发来的数据，在系统内部做差错教研和完整性检测以后，把正确的完整数据转发给云服务器，LoRa网关18同时担任服务器发来的数据转发给LoRa图像传感器1。
LoRa图像传感器1超低功耗32为MCU做微控制器2，内嵌LoRaWAN无线通信协议，有信号碰撞检测机制，自适应速率，面对复杂的环境有超强抗干扰机制。自带了ACK信号确认，有效保障了通信可靠性要求。发射功率根据通信距离的RISS值自动调整，有效地实现了低功耗通信的要求。内置超强休眠机制，睡眠电流可低至10uA级。
传感器被换能器接收转换成电信号，电信号再通过高精度AD转换器转换成数字信号，通过LoRaWan协议传送到网关，每个LoRa图像传感器1有一个唯一的ID码做标识，服务器通过ID码来识别传感器的安装位置。
LoRa图像传感器1内有数字滤波器，对采集的数据做分析，去掉杂波有干扰的数据，保证数据的准确性。
内部集成了128Mbyte的Flash存储器，可对采集数据进行记录。可以对LoRa图像传感器1运行参数做日志记录。
长距离低功耗是本系统的特点，体现在实际应用中是成本大范围的降低，使得数据采集的密度提高，有效地为决策者提供第一手数据资料，对决策起了至关重要的作用。
该LoRa图像传感器1利用LoRa扩频通信技术，实现了终端数据到云端的采集。LoRa图像传感器1通过LoRa网关18接入互联网，每个LoRa网关18可以接入多达5000个LoRa图像传感器1，只需要一条互联网接入通道。很大程度的节约了终端采集器的成本。以一个RTU终端通信服务费每年120元计算，5000个节点每年产生的流量月租费用达5000*120=60万元，而采用此系统运营费用仅需一条普通4m ADSL线路或光纤接入的费用，此费用大约在每年600-2000元。随着对宽带运营提速降费的部署，此项费用还在降低。
LoRa网关18和LoRa图像传感器1终端采用扩频无线通信技术最远可达3-10公里的通信距。LoRa图像传感器1和LoRa网关18之间采用星型拓扑结构，同时LoRa图像传感器1可以在不同的LoRa网关18之间无缝漫游通信。采用此通信模式延时小，更好的提高系统通信实时性要求。
LoRa图像传感器1终端采用低功耗设计，和传统太阳能系统供电采集终端相比更加低成本。比现有的无线通信技术功耗降低了数倍。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。
Claims (7)
1.LoRa图像采集传输系统，其特征在于，包括LoRa图像传感器（1）、微控制器（2）和LoRa射频模块（3），所述LoRa图像传感器（1）通过第一通信接口（4）与微控制器（2）进行信号传输，微控制器（2）还通过第二通信接口（6）与LoRa射频模块（3）进行信号传输；
所述LoRa图像传感器（1）包括感光元件（11），感光元件（11）与模拟信号处理器（12）之间进行信号传输，模拟信号处理器（12）与信号采样模块（13）之间进行信号传输，信号采样模块（13）与数字信号存储模块（14）之间进行信号传输，数字信号存储模块（14）通过第一通信接口（4）与微控制器（2）进行信号传输；
所述微控制器（2）上还连接有电源（7），电源（7）上还配置有电压检测模块（8）；
所述微控制器（2）上还连接有指示灯（9）和外部存储器（10）。
2.根据权利要求1所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，所述第一通信接口（4）为CAM总线，第二通信接口（6）为SPI总线。
3.根据权利要求2所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，所述微控制器（2）上还连接有RS485接口（15）。
4.根据权利要求3所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，所述LoRa射频模块（3）上布置有射频天线（16）。
5.根据权利要求4所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，所述电源（7）为10000mAh电池。
6.根据权利要求5所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，所述外部存储器（10）为128Mbyte的Flash存储器。
7.根据权利要求6所述的LoRa图像采集传输系统，其特征在于，还包括PCB板（5），所述PCB板（5）的四角均开有螺纹孔（17），所述射频天线（16）设置在PCB板（5）的外侧，所述微控制器（2）固定在PCB板（5）上，电源（7）、指示灯（9）与欠压检测模块均置于微控制器（2）的一侧，欠压检测模块置于电源（7）与指示灯（9）之间，感光元件（11）、信号采样模块（13）与外部存储器（10）均固定在PCB板（5）上，感光元件（11）、模拟信号处理器（12）、信号采样模块（13）、第一通信接口（4）与外部存储器（10）均固定在PCB板（5）上，模拟信号处理器（12）置于感光元件（11）与信号采样模块（13）之间，第一通信接口（4）置于信号采样模块（13）与外部存储器（10）之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170531 |