CN107566086A - 一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法，包括：智能仪表将采集的现场数据生成目标数据包，采用相应的加密算子加密目标数据包，每个智能仪表分别有各自对应的加密算子；智能仪表通过LoRa模块在相应的信道上向网关发送握手信号，其中每个智能仪表分别有各自对应的信道；当网关监测到信道上有握手信号时，在该信道上向智能仪表反馈握手成功信号；LoRa模块接收到握手成功信号后，在该信道上向网关发送加密的目标数据包；网关在接收到加密的目标数据包后，采用与加密算子对应的解密算子对加密的目标数据包进行解密；网关向企业服务器转发解密后的目标数据包。采用本发明可实现多点对单点远距离无线数据可靠传输的目的。

Description

一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法。

背景技术

在石油炼化企业当中需要使用大量的仪器仪表，由于厂区面积比较大，仪器仪表安装杂散，通过有线(网线、RS485总线、RS232总线)进行数据传输和控制的方式会给企业的施工和后期的维护带来众多的困难。

随着工业物联网技术的不断发展，在工业现场，各类仪器仪表通过无线进行数据传输的方式开始兴起，逐渐取代通过有线(网线、RS485总线、RS232总线)进行数据传输的方式。仪器仪表通过无线方式进行数据传输，使得设备易于安装和维护，很容易被企业所接受。

目前仪器仪表采用的无线传输方式大都使用低功耗紫峰协议和蓝牙传输协议。但是，这两种传输方式传输距离短，需要在现场放置多个无线中继进行数据存储转发。如果在大面积的厂区使用，该方案成本较高且数据传输稳定性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法，包括以下步骤：

目标数据生成步骤，智能仪表将采集到的现场数据按照预设规则生成目标数据包，并采用相应的加密算子对所述目标数据包进行加密处理，其中每个智能仪表分别有各自对应的加密算子；

握手信号发送步骤，所述智能仪表通过配置的LoRa模块在相应的信道上向网关发送握手信号，其中每个智能仪表分别有各自对应的信道；

握手成功反馈步骤，当所述网关监测到所述信道上有握手信号时，在该信道上向所述智能仪表反馈握手成功信号；

目标数据发送步骤，所述智能仪表在通过所述LoRa模块接收到所述握手成功信号后，在该信道上向所述网关发送经过加密处理的目标数据包；

目标数据接收步骤，所述网关在接收到经过加密处理的目标数据包后，采用与所述加密算子对应的解密算子对所述经过加密处理的目标数据包进行解密处理；

目标数据转发步骤，所述网关向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。

在一个实施例中，在目标数据生成步骤中，所述智能仪表根据自身设备编号生成其所对应的加密算子。

在一个实施例中，在目标数据接收步骤中，还包括：所述网关在接收到经过加密处理的目标数据包后，在本地内存中查询与所述智能仪表的设备编号对应的解密算子。

在一个实施例中，在握手信号发送步骤中，所述智能仪表根据自身设备编号生成其所对应的信道频率。

在一个实施例中，在握手成功反馈步骤中，所述网关在所述信道上向所述智能仪表反馈握手成功信号后，停留在该信道上第一预设时长，以等待接收目标数据包。

在一个实施例中，还包括目标数据校验步骤，所述网关对所述经过解密处理后的目标数据包进行CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验，判断是否出现发送误码，当CRC校验结果为发送误码时，向所述智能仪表反馈重发数据信号。

在一个实施例中，在所述目标数据校验步骤中，还包括：当CRC校验结果为发送正确时，所述网关在相应的信道上向所述智能仪表反馈接收成功信号。

在一个实施例中，在目标数据发送步骤中，所述智能仪表在通过所述LoRa模块在相应的信道上向所述网关发送经过加密处理的目标数据包后，停留在该信道上第二预设时长，以等待所述网关反馈的重发数据信号或者接收成功信号。

在一个实施例中，在目标数据转发步骤中，所述网关通过网线向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。

在一个实施例中，在目标数据转发步骤中，所述网关通过WIFI(WirelessFidelity，无线保真)向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

1)在本发明中，每个智能仪表分别有各自对应的信道，由于每个智能仪表的目标数据包在与其对应的信道上进行传输，可有效防止几台智能仪表通过无线电波发出的信号共用同一个信道而出现数据碰撞以及信号串扰等问题。

2)在本发明中，采用了对目标数据包的加密、解密机制和一次握手机制，提高了数据传输的安全性和正确性，使目标数据包可以可靠传输。

3)在本发明中，网关对接收到的目标数据包进行CRC校验，在判断出发送误码时，采用重发机制使智能仪表重新发送目标数据包，可以保证数据传输的正确性和完整性。

4)在本发明中，可以实现远距离(大于5Km)多点(现场数量大、分布广的各类仪器仪表)对单点(网关)无线数据传输，对企业的施工和后期的维护带来了极大地便利。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了本发明第一实施例的远距离无线数据传输系统示意图；

图2示出了本发明第一实施例的基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法的流程图；

图3示出了本发明第二实施例的基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

第一实施例

图1为本发明第一实施例的远距离无线数据传输系统示意图。如图1所示，可以包括多台智能仪表101、一个网关102以及一台企业服务器103。其中，每台智能仪表101配置有数据采集模块、控制模块和LoRa模块。数据采集模块用于采集现场数据。LoRa模块内置有天线，可以发射无线电波信号，其具有低功耗、传输距离远以及抗干扰能力强等特点。每台智能仪表101可以通过其配置的LoRa模块向网关102发射远距离无线电波信号，这里远距离可以为大于5Km的距离。控制模块用于对数据采集模块采集到的数据进行分析处理和驱动LoRa模块发射无线电波信号。网关102配置有天线，可以向智能仪表101配置的LoRa模块反馈无线电波信号。网关102与企业服务器103可以通过网线或WIFI来进行通信。

下面基于图1中的远距离无线数据传输系统对基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法进行详细说明。

图2为本发明第一实施例的基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法的流程图。如图2所示，可以包括以下步骤S10至S70。

在目标数据生成步骤S10中，智能仪表101将采集到的现场数据按照预设规则生成目标数据包，并采用相应的加密算子对目标数据包进行加密处理，其中每个智能仪表101分别有各自对应的加密算子。

具体地，数据采集模块采集现场数据。控制模块将数据采集模块采集到的现场数据按照预设数据帧格式生成目标数据包。优选地，该控制模块根据自身设备编号生成其所对应的加密算子，并采用相应的加密算子对目标数据包进行加密处理，存储到设备的待发射数据缓存中。采用与智能仪表101的设备编号对应的加密算子对目标数据包进行加密可以提高数据传输的安全性和正确性。

在握手信号发送步骤S20中，智能仪表101通过配置的LoRa模块在相应的信道上向网关102发送握手信号，其中每个智能仪表101分别有各自对应的信道。

优选地，控制模块根据自身设备编号生成其所对应的信道频率，使得每个智能仪表101分别有各自对应的信道。控制模块通过SPI数据接口驱动LoRa模块在相应的信道上向网关102发送握手信号。由于每个智能仪表101的目标数据包在与其对应的信道上进行传输，可有效防止多个无线电波发出的信号共用同一个信道而出现数据碰撞以及信号串扰等问题。

在信道监听步骤S30中，网关102从第一个信道依次监听到最后一个信道，查看监听的信道上是否有握手信号。若是，转入步骤S40；若否，继续执行步骤S30。

在握手成功反馈步骤S40中，当网关102监测到信道上有握手信号时，在该信道上向智能仪表101反馈握手成功信号。

具体地，当网关102监测到信道上有握手信号时，立即在该信道上向智能仪表101反馈握手成功信号。优选地，网关102在反馈握手成功信号后，停留在该信道上第一预设时长，以等待接收目标数据包。第一预设时长可以为10ms。通过发送握手信号和反馈握手成功信号可以建立双向连接，使得数据能够可靠传输。

在目标数据发送步骤S50中，智能仪表101在通过LoRa模块接收到握手成功信号后，在该信道上向网关102发送经过加密处理的目标数据包。

可选地，智能仪表101在通过LoRa模块在相应的信道上向网关102发送经过加密处理的目标数据包后，停留在该信道上第二预设时长，未接收到反馈信号则默认数据无误。第二预设时长可以为20ms。

在目标数据接收步骤S60中，网关102在接收到经过加密处理的目标数据包后，采用与加密算子对应的解密算子对经过加密处理的目标数据包进行解密处理。

具体地，网关102在接收到经过加密处理的目标数据包后，在本地内存中查询与智能仪表101的设备编号对应的解密算子，然后采用该解密算子对经过加密处理的目标数据包进行解密处理。

在目标数据转发步骤S70中，网关102向企业服务器103转发经过解密处理后的目标数据包。

优选地，网关102通过网线向企业服务器103转发经过解密处理后的目标数据包。具体地，网关102中的网络服务器程序新建一个套接字接口，作为服务器端。企业服务器103中的网关服务器程序也新建一个套接字接口，作为客户端。网关102通过网线与企业服务器103建立连接，并将解密处理后的目标数据包通过网线转发给企业服务器103。

或者，网关102通过WIFI向企业服务器103转发经过解密处理后的目标数据包。具体地，网关102连接企业的无线路由器，识别无线路由器的SSID(Service Set Identifier，服务集标识)，自动输入密码，连接到无线路由器。网关102中的网络服务器程序新建一个套接字接口，网关102通过无线WIFI模块将解密处理后的目标数据包发送给无线路由器。无线路由器存储转发后到达企业服务器103当中。

在本实施例中，首先，每个智能仪表101分别有各自对应的信道，由于每个智能仪表101的目标数据包在与其对应的信道上进行传输，可有效防止几台智能仪表101通过无线电波发出的信号共用同一个信道而出现数据碰撞以及信号串扰等问题；其次，采用了对目标数据包的加密、解密机制和一次握手机制，提高了数据传输的安全性和正确性，使目标数据包可以可靠传输；最后，可以实现远距离(大于5Km)多点(现场数量大、分布广的各类仪器仪表)对单点(网关102)无线数据传输，对企业的施工和后期的维护带来了极大地便利。

第二实施例

图3为本发明第二实施例的基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法的流程图。如图3所示，在第一实施例中的基础上增加步骤S61、S63和S65。

在步骤S61中，网关102对经过解密处理后的目标数据包进行CRC校验，判断是否出现发送误码。当CRC校验结果为发送误码时，转入步骤S63。当CRC校验结果为发送正确时，转入步骤S65。

在步骤S63中，向智能仪表101反馈重发数据信号，转入步骤S50。优选地，向智能仪表101反馈重发信号的次数上限为5次。

可选地，在目标数据发送步骤S50中，智能仪表101在通过LoRa模块在相应的信道上向网关102发送经过加密处理的目标数据包后，停留在该信道上第二预设时长，以等待网关102反馈的重发数据信号或者接收成功信号。或者，智能仪表101在通过LoRa模块在相应的信道上向网关102发送经过加密处理的目标数据包后，停留在该信道上第二预设时长，未接收到反馈信号则默认数据无误。第二预设时长可以为20ms。

在步骤S65中，网关102在相应的信道上向智能仪表101反馈接收成功信号，转入步骤S70。

在本实施例中，网关102对接收到的目标数据包进行CRC校验，在判断出发送误码时，采用重发机制使智能仪表101重新发送目标数据包，可以保证数据传输的正确性和完整性。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于LoRa技术的智能仪表数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

目标数据生成步骤，智能仪表将采集到的现场数据按照预设规则生成目标数据包，并采用相应的加密算子对所述目标数据包进行加密处理，其中每个智能仪表分别有各自对应的加密算子；

握手信号发送步骤，所述智能仪表通过配置的LoRa模块在相应的信道上向网关发送握手信号，其中每个智能仪表分别有各自对应的信道；

握手成功反馈步骤，当所述网关监测到所述信道上有握手信号时，在该信道上向所述智能仪表反馈握手成功信号；

目标数据发送步骤，所述智能仪表在通过所述LoRa模块接收到所述握手成功信号后，在该信道上向所述网关发送经过加密处理的目标数据包；

目标数据接收步骤，所述网关在接收到经过加密处理的目标数据包后，采用与所述加密算子对应的解密算子对所述经过加密处理的目标数据包进行解密处理；

目标数据转发步骤，所述网关向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在目标数据生成步骤中，所述智能仪表根据自身设备编号生成其所对应的加密算子。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在目标数据接收步骤中，还包括：所述网关在接收到经过加密处理的目标数据包后，在本地内存中查询与所述智能仪表的设备编号对应的解密算子。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在握手信号发送步骤中，所述智能仪表根据自身设备编号生成其所对应的信道频率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在握手成功反馈步骤中，所述网关在所述信道上向所述智能仪表反馈握手成功信号后，停留在该信道上第一预设时长，以等待接收目标数据包。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括目标数据校验步骤，所述网关对所述经过解密处理后的目标数据包进行CRC校验，判断是否出现发送误码，当CRC校验结果为发送误码时，向所述智能仪表反馈重发数据信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述目标数据校验步骤中，还包括：当CRC校验结果为发送正确时，所述网关在相应的信道上向所述智能仪表反馈接收成功信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在目标数据发送步骤中，所述智能仪表在通过所述LoRa模块在相应的信道上向所述网关发送经过加密处理的目标数据包后，停留在该信道上第二预设时长，以等待所述网关反馈的重发数据信号或者接收成功信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在目标数据转发步骤中，所述网关通过网线向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在目标数据转发步骤中，所述网关通过WIFI向企业服务器转发经过解密处理后的目标数据包。