CN107846340B - 一种基于lora星型组网的物联网应用系统 - Google Patents

一种基于lora星型组网的物联网应用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于lora星型组网的物联网应用系统，包括ATOS‑LoRaLink模块、ATOS‑LoRaGW网关、ATOS‑LoRaSe网络服务器、ATOS‑LoRaCloud云平台，所述ATOS‑LoRaLink模块、ATOS‑LoRaGW网关、ATOS‑LoRaSe网络服务器、ATOS‑LoRaCloud云平台依次进行信号通讯。本发明的有益效果是，利用lora的长距离通信，低功耗以及超强的穿透性等特点，可实现在布置少量节点以节约成本的情况下实现大面积对环境变量的监测，同时不需要连接到运营商网络，可避免因流量消费而增加的成本。

Description

一种基于lora星型组网的物联网应用系统
技术领域
本发明涉及物联网应用系统改进，特别是一种基于lora星型组网的物联网应用系统。
背景技术
本系统是区别于2.4G直序扩频技术ZigBee，低速率、近程通讯(10米-100米)通讯，在面对广阔环境实现环境变量的监测时，需要布置大量的Zigbee普通节点才能满足需求，对客户造成了巨大的成本压力。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于lora星型组网的物联网应用系统。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于lora星型组网的物联网应用系统，包括ATOS-LoRaLink模块、ATOS-LoRaGW网关、ATOS-LoRaSe网络服务器、ATOS-LoRaCloud云平台，所述ATOS-LoRaLink模块、ATOS-LoRaGW网关、ATOS-LoRaSe网络服务器、ATOS-LoRaCloud云平台依次进行信号通讯；
其中，所述ATOS-LoRaLink模块为物联网无线通信端节点通信模块，用于通过LoRa无线传输方式将采集的数据传输至ATOS-LoRaGW网关，实现在相同频点和相同发送功率条件下，增加通信距离和提高穿透能力；
所述ATOS-LoRaGW网关，接收来自ATOS-LoRaLink模块的数据信号并用于完成空口物理层的数据处理；
ATOS-LoRaSe网络服务器，用于完成对TOS-LoRaGW网关的认证接入管理、数据存储；
ATOS-LoRaCloud云平台，用于接收来自于ATOS-LoRaSe网络服务器的数据信号，用于将该数据进行实时显示、数据分析、报表输出、告警推送、反向控制。
作为优选，所述ATOS-LoRaLink模块包括微处理器和射频芯片；
所述微处理器，用于接收传感器检测的数据信号，并传输至射频芯片；
所述射频芯片，用于将接收到的数据信号通过无线的方式输送至ATOS-LoRaGW网关。
作为优选，所述ATOS-LoRaGW网关为室内网关或室外网关；
其中，室内网关集成WiFi、RJ45、RS485传输方式将传感器采集的数据接入到互联网中；
室外管网室采用2/3/4G网络接入到互联网。
作为优选，所述微处理器的型号为stm32f103的微处理器，该微处理器的核的型号为Cortex-M3。
作为优选，所述射频芯片的型号为sx1278的射频芯片。
利用本发明的技术方案制作的一种基于lora星型组网的物联网应用系统，该系统主要利用lora的长距离通信，低功耗以及超强的穿透性等特点，可实现在布置少量节点以节约成本的情况下实现大面积对环境变量的监测，同时不需要连接到运营商网络，可避免因流量消费而增加的成本。
附图说明
图1是本发明所述一种基于lora星型组网的物联网应用系统实施例一的硬件连接图；
图2是本发明所述一种基于lora星型组网的物联网应用系统实施例二的硬件连接图；
图3是本发明所述一种基于lora星型组网的物联网应用系统实施例三的硬件连接图；
图4是本发明所述一种基于lora星型组网的物联网应用系统实施例四的硬件连接图；
图5是本发明所述ATOS-LoRaLink模块的信号处理逻辑方法示意图；
图6是本发明所述ATOS-LoRaGW网关的信号处理逻辑方法示意图；
图中，1、ATOS-LoRaLink模块； 101-微处理器；
102-射频芯片； 2、ATOS-LoRaGW网关；
3、ATOS-LoRaSe网络服务器； 4、ATOS-LoRaCloud云平台；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，
实施例一，如图1和图5-图6所示：
在本实施例中，ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯，其中ATOS-LoRaLink模块1与ATOS-LoRaGW网关2之间为无线连接，ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3和ATOS-LoRaCloud云平台4通过有线的方式进行通讯。
一种基于lora星型组网的物联网应用系统，包括ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯；其中，所述ATOS-LoRaLink模块1为物联网无线通信端节点通信模块，用于通过LoRa无线传输方式将采集的数据传输至ATOS-LoRaGW网关2，实现在相同频点和相同发送功率条件下，增加通信距离和提高穿透能力；所述ATOS-LoRaGW网关2，接收来自ATOS-LoRaLink模块1的数据信号并用于完成空口物理层的数据处理；ATOS-LoRaSe网络服务器3，用于完成对TOS-LoRaGW网关的认证接入管理、数据存储；ATOS-LoRaCloud云平台4，用于接收来自于ATOS-LoRaSe网络服务器3的数据信号，用于将该数据进行实时显示、数据分析、报表输出、告警推送、反向控制；所述ATOS-LoRaLink模块1包括微处理器101和射频芯片102；所述微处理器101，用于接收传感器检测的数据信号，并传输至射频芯片；所述射频芯片102，用于将接收到的数据信号通过无线的方式输送至ATOS-LoRaGW网关2；所述ATOS-LoRaGW网关2为室内网关或室外网关；其中，室内网关集成WiFi、RJ45、RS485传输方式将传感器采集的数据接入到互联网中；室外管网室采用2/3/4G网络接入到互联网；所述微处理器101的型号为stm32f103的微处理器，该微处理器的核的型号为Cortex-M3。
本技术方案的特点为，ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯，本系统是基于stm32+sx1278lora模块设计的远距离低功耗的物联网应用系统，可以根据具体实际的距离，周边环境来选择相应的参数，并确定节点发送数据的时间，由lora的硬性参数决定，在带宽越大，发送数据越快，但距离越短，且射频因子越大灵敏度越高，发送数据越慢，但距离越远。在选择参数SF＝12，带宽125KHz,CR＝4；发送数据字节为10，节点个数N，组建的智能星型网络。以lora网关为中心的星型组网情况下，可实现长距离通讯，同时一个网关可以携带多达50个普通节点。采集数据周期在5mins以内。
普通节点：
在上电初始所有的节点处于CAD(Channel Activity Detection活动信道检测)监测状态等待网关的广播数据，在所有节点监测到网关的广播数据以后，同时进入发送状态，并且启动节点定时重启的线程(避免由硬件等因素造成MCU时钟漂移，导致TMDA算法失败，从而导致数据丢包)。每一个节点的节点号，由节点所在的拨码开关决定，且拨码开关的高八位决定了各节点是否在同一网络，低八位决定节点号。同时根据设置的参数，软件自动计算出每个节点发送数据时间t，以及N个节点全部上报完成所需要的时间周期T。如有3个节点，节点号分别为1，2，3，则发送数据顺序为第一个t秒,第二个t秒,第三个t秒，随后各节点按周期T秒上报数据。在节点定时重启线程时间到，MCU开始复位进入CAD模式，进入上电时的状态。
网关：
在所有节点都已上电完毕以后，再开启网关广播数据，在广播发送数据以后出去，网关启动网关定时重启线程，定时时间比节点的定时稍微长一个节点发送数据的时间(避免网关先复位节点后复位的情况)。随后lora网关进入接收模式，等待节点数据上报。
物联网关是系统的核心设备，它是所有节点数据采集后的汇聚中心。实现lora协议接入，wifi接入以及有线485串口接入，并且具备路由功能，实现协议转换功能，通过3G/4G网络，PPPoE拨号，wifi连接等方式接入互联网，实现数据采集、数据分析处理保存、数据推送、日志告警等功能。由于网关可接入多种接口，可以实现多种场景的数据接入和控制功能，如通过lora技术采集长距离数据，而通过wifi接入可以采集视频信息等。网关具备路由功能，实现dhcp、pppoe、nat功能以及vpn功能，可以与控制终端计算机和手机进行组网，实现接入互联网功能。
Cortex-M3控制器实现对射频芯片的控制﹑传感器数据的采集以及无线通信协议等功能。该系统同时可实现低功耗模式，根据网络中的容量、发送频率、发送字节数、传输的距离，选定好sx1278的发送参数以后。可以准确计算出每个节点上报给网关所需时间，同时根据容量计算出下次上报时间的间隔，根据具体的时间可以选择节点的待机时间。超低功耗，适应电池、直流电等各种供电环境。同时传感器方面只要遵循RS485接口modbus通信协议，节点可接入任何遵循RS485接口modbus协议的传感器。方便各种智能传感器的接入。
ATOS-LoRaLink模块的信号处理方法，该方法包括如下步骤：
接收步骤：进入待机模式后，接收传感器采集的数据信息；
发送步骤：对采集后的数据信息进行分析，根据分析结果，发送数据信息；
其中，接收步骤具体包括：
侦听判断步骤：进入信道检测线程，判断是否听到唤醒信号，若侦听到唤醒信号，则退出侦听判断步骤，进入信号接收步骤，若未侦听到唤醒信号，则再次进入侦听判断步骤；
信号接收步骤：进入接收模式，判断等待是否有触发中断，若存在接收触发中断，则进入发送步骤；若无接收触发中断，则进入信号接收步骤；
其中发送步骤具体包括：
数据分析步骤：判断接收到的信号是否为广播信号，若是广播信号则退出数据分析步骤，进入定时发送步骤，同时进入超时判断步骤；若非广播信号则退出数据分析步骤，进入信号接收步骤；
定时发送步骤：发送广播信号，等待发送完成中断，中断后再次发送广播信号；
超时判断步骤：节点进入重启任务，判断设置时间是否超时，若超时，则进入信号接收步骤；若未超时，则再次进入节点重启任务。
如图5所示，ATOS-LoRaLink模块的信号处理的具体步骤如下：
在S01步骤中，ATOS-LoRaLink模块进入待机模式；
在S02步骤中，ATOS-LoRaLink模块进行信道检测初始化；
在S03步骤中，进入信道检测线程；
在S04步骤中，等待信道检测触发中断；
在S05步骤中，判断是否侦听到唤醒信号，如果侦听到唤醒信号，则进入步骤S06，若未侦听到唤醒信号，则退出步骤S05，进入步骤S03；
在S06步骤中，进入接收模式；
在S07步骤中，等待是否有接收触发中断，若有接收触发中断，则退出步骤S07，进入步骤S08，若无接收触发中断，则再次进入步骤S06；
在S08步骤中,进行数据分析；
在S09步骤中,判断数据是否为广播信号，若是广播信号，则退出步骤S09，进入步骤S10，若非广播信号，则退出步骤S09，进入步骤S03；
在S10步骤中，进入分时复用发送任务；
在S11步骤中，等待发送完成中断，若发生中断，则退出步骤S11，再次回到步骤S10；
在S12步骤中，节点进入重启任务；
在S13步骤中，判断设置时间是否超时，若超时，则退出步骤S13，进入步骤S03，若未超时，则退出步骤S13，进入步骤S12。
ATOS-LoRaGW网关的信号处理方法，该方法包括如下步骤：
发送步骤：等待发送广播信号，判断发送完成中断是否发生，若发生则进入接收步骤，同时进入超时判断步骤；
超时判断步骤：节点进入重启任务，判断设置时间是否超时，若超时，则进入信号接收步骤；若未超时，则再次进入节点重启任务。
如图6所示，ATOS-LoRaGW网关的信号处理具体步骤如下：
ATOS-LoRaGW网关发送初始化，进入步骤SO1；
在S01步骤中，ATOS-LoRaGW网关进入发送模式；
在S02步骤中，发送广播信号；
在S03步骤中，判断发送完成中断是否发生，若发生，则退出步骤S03，同时进入步骤SO4和步骤S06；
在S04步骤中，进入接收任务；
在S05步骤中，等待接收完成信号，信号接收完成后退出步骤S05，再次进入步骤S04；
在S06步骤中，进入网关重新启动任务；
在S07步骤中，判断等待时间是否超时，若超时，则退出步骤S07，进入步骤S01；若未超时，则退出步骤S07，进入步骤S06。
实施例二，如图2所示：
在本实施例中，ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯，其中ATOS-LoRaLink模块1ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3和ATOS-LoRaCloud云平台4通过无线的方式进行通讯。
本实施例其他内容，与实施例一相同。
实施例三，如图3所示：
在本实施例中，ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯，其中ATOS-LoRaLink模块1与ATOS-LoRaGW网关2之间为无线连接，ATOS-LoRaGW网关2和ATOS-LoRaSe网络服务器3之间通过有线方式进行通讯，ATOS-LoRaSe网络服务器3和ATOS-LoRaCloud云平台4通过无线的方式进行通讯。
本实施例其他内容，与实施例一相同。
实施例四，如图4所示：
在本实施例中，ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4，所述ATOS-LoRaLink模块1、ATOS-LoRaGW网关2、ATOS-LoRaSe网络服务器3、ATOS-LoRaCloud云平台4依次进行信号通讯，其中ATOS-LoRaLink模块1与ATOS-LoRaGW网关2之间为无线连接，ATOS-LoRaGW网关2和ATOS-LoRaSe网络服务器3之间通过无线方式进行通讯，ATOS-LoRaSe网络服务器3和ATOS-LoRaCloud云平台4通过有线的方式进行通讯。
本实施例其他内容，与实施例一相同。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于lora星型组网的物联网应用系统，其特征在于，包括ATOS-LoRaLink模块(1)、ATOS-LoRaGW网关(2)、ATOS-LoRaSe网络服务器(3)、ATOS-LoRaCloud云平台(4)，所述ATOS-LoRaLink模块(1)、ATOS-LoRaGW网关(2)、ATOS-LoRaSe网络服务器(3)、ATOS-LoRaCloud云平台(4)依次进行信号通讯；
其中，所述ATOS-LoRaLink模块(1)为物联网无线通信端节点通信模块，用于通过LoRa无线传输方式将采集的数据传输至ATOS-LoRaGW网关(2)，实现在相同频点和相同发送功率条件下，增加通信距离和提高穿透能力；
所述ATOS-LoRaGW网关(2)，接收来自ATOS-LoRaLink模块(1)的数据信号并用于完成空口物理层的数据处理；
ATOS-LoRaSe网络服务器(3)，用于完成对ATOS-LoRaGW网关(2)的认证接入管理、数据存储；
ATOS-LoRaCloud云平台(4)，用于接收来自于ATOS-LoRaSe网络服务器(3)的数据信号，用于将该数据进行实时显示、数据分析、报表输出、告警推送、反向控制；
所述ATOS-LoRaLink模块(1)包括微处理器(101)和射频芯片(102)；
所述微处理器(101)，用于接收传感器检测的数据信号，并传输至射频芯片；
所述射频芯片(102)，用于将接收到的数据信号通过无线的方式输送至ATOS-LoRaGW网关(2)；
所述ATOS-LoRaGW网关(2)为室内网关或室外网关；
其中，室内网关集成WiFi、RJ45、RS485传输方式将传感器采集的数据接入到互联网中；
室外管网室采用2/3/4G网络接入到互联网；
所述微处理器(101)的型号为s tm32f103的微处理器，该微处理器的核的型号为Cortex-M3；
所述射频芯片的型号为sx1278的射频芯片；
ATOS-LoRaLink模块的信号处理方法，该方法包括如下步骤：
接收步骤：进入待机模式后，接收传感器采集的数据信息；
发送步骤：对采集后的数据信息进行分析，根据分析结果，发送数据信息；
其中，接收步骤具体包括：
侦听判断步骤：进入信道检测线程，判断是否听到唤醒信号，若侦听到唤醒信号，则退出侦听判断步骤，进入信号接收步骤，若未侦听到唤醒信号，则再次进入侦听判断步骤；
信号接收步骤：进入接收模式，判断等待是否有触发中断，若存在接收触发中断，则进入发送步骤；若无接收触发中断，则进入信号接收步骤；
其中发送步骤具体包括：
数据分析步骤：判断接收到的信号是否为广播信号，若是广播信号则退出数据分析步骤，进入定时发送步骤，同时进入超时判断步骤；若非广播信号则退出数据分析步骤，进入信号接收步骤；
定时发送步骤：发送广播信号，等待发送完成中断，中断后再次发送广播信号；
超时判断步骤：节点进入重启任务，判断设置时间是否超时，若超时，则进入信号接收步骤；若未超时，则再次进入节点重启任务；
ATOS-LoRaLink模块的信号处理的具体步骤如下：
在S01步骤中，ATOS-LoRaLink模块进入待机模式；
在S02步骤中，ATOS-LoRaLink模块进行信道检测初始化；
在S03步骤中，进入信道检测线程；
在S04步骤中，等待信道检测触发中断；
在S05步骤中，判断是否侦听到唤醒信号，如果侦听到唤醒信号，则进入步骤S06，若未侦听到唤醒信号，则退出步骤S05，进入步骤S03；
在S06步骤中，进入接收模式；
在S07步骤中，等待是否有接收触发中断，若有接收触发中断，则退出步骤S07，进入步骤S08，若无接收触发中断，则再次进入步骤S06；
在S08步骤中,进行数据分析；
在S09步骤中,判断数据是否为广播信号，若是广播信号，则退出步骤S09，进入步骤S10，若非广播信号，则退出步骤S09，进入步骤S03；
在S10步骤中，进入分时复用发送任务；
在S11步骤中，等待发送完成中断，若发生中断，则退出步骤S11，再次回到步骤S10；
在S12步骤中，节点进入重启任务；
在S13步骤中，判断设置时间是否超时，若超时，则退出步骤S13，进入步骤S03，若未超时，则退出步骤S13，进入步骤S12；
ATOS-LoRaGW网关的信号处理方法，该方法包括如下步骤：
发送步骤：等待发送广播信号，判断发送完成中断是否发生，若发生则进入接收步骤，同时进入超时判断步骤；
超时判断步骤：节点进入重启任务，判断设置时间是否超时，若超时，则进入信号接收步骤；若未超时，则再次进入节点重启任务；
ATOS-LoRaGW网关的信号处理具体步骤如下：
ATOS-LoRaGW网关发送初始化，进入步骤SO1；
在S01步骤中，ATOS-LoRaGW网关进入发送模式；
在S02步骤中，发送广播信号；
在S03步骤中，判断发送完成中断是否发生，若发生，则退出步骤S03，同时进入步骤SO4和步骤S06；
在S04步骤中，进入接收任务；
在S05步骤中，等待接收完成信号，信号接收完成后退出步骤S05，再次进入步骤S04；
在S06步骤中，进入网关重新启动任务；
在S07步骤中，判断等待时间是否超时，若超时，则退出步骤S07，进入步骤S01；若未超时，则退出步骤S07，进入步骤S06。
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