CN107886692A - 一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，包括服务器、LoRa网关以及配置于每个生物工程设备的传感器节点，每个传感器节点中各个生物传感器分别通过信号采集模块与微控制器连接，各个传感器节点的微控制器分别通过连接的LoRa无线收发模块与LoRa网关通讯连接，LoRa网关与服务器通讯连接，相邻传感器节点共享连接一个EPROM。本发明现场无须复杂布线，无线信号传输距离远可实现大规模长距离组网，并具有成本低、抗干扰能力强的优点，以及数据传输稳定性和可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程领域，具体是一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统。
背景技术
近年来，随着科学技术的进步，生物工程方向的技术发展也越来越迅速，在生物工程中需利用高效且合适的传感器网络系统来监控产品的质量。目前大部分的生物工程企业在生产过程中，还是采用工控机（或PLC）+总线架构传感器的方式（如RS485总线）实现，少部分先进的国外企业在生物传感器组网方面使用了蓝牙mesh组网的方式，这两种过程分析测量系统的组网架构均存在相应的问题。但是以“无线传感组网”代替“有线传感组网”正在得到广大生物企业越来越多的重视，是行业发展趋势。
LoRa是一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称LoRa），使用线性调频扩频调制技术，融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能，因此可采用LoRa组建生物工程传感器网络系统，目前尚没有基于LoRa的生物工程传感器网络系统。
发明内容 本发明的目的是提供一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，以解决目前没有基于LoRa的生物工程传感器网络系统的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：包括服务器、LoRa网关，以及配置于每个生物工程设备的传感器节点，每个传感器节点分别包括微控制器、LoRa无线收发模块、信号采集模块及对应的生物工程设备中的各个生物传感器，每个传感器节点中各个生物传感器分别通过信号采集模块与微控制器连接，每个传感器节点中LoRa无线收发模块分别接入微控制器，各个传感器节点的微控制器分别通过连接的LoRa无线收发模块与LoRa网关通讯连接，LoRa网关与服务器通讯连接，相邻传感器节点的微控制器内部的CPU共享连接一个EPROM，由EPROM实现相邻传感器节点中微控制器的通讯连接；
每个传感器节点中各个生物传感器的信号传送至信号采集模块，由信号采集模块转换成相应数据并传送至微控制器，由微控制器内部的存储模块存储，每个传感器节点中微控制器还通过LoRa无线收发模块将数据发送至LoRa网关，最后由LoRa网关将数据发送至服务器；
LoRa网关向各个传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收广播信号后分别产生应答信号并传送至LoRa网关，若某个传感器节点的LoRa无线收发模块出现异常，该异常传感器节点中微控制器将各个生物传感器的数据传送至与相邻正常传感器节点共享连接的EPROM，同时LoRa网关无法收到该异常传感器节点的应答信号，则LoRa网关向该异常传感器节点相邻的正常传感器节点发送控制信号，由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点访问共享连接的EPROM以获取异常传感器节点中各个传感器的数据，最后由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点将异常传感器节点的各个传感器数据发送至LoRa网关。
所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：每个传感器节点中，微控制器为超低功耗微控制器STM32L151。
所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：每个传感器节点中，LoRa无线收发模块为LoRa模块SX1278。
所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：LoRa网关为微电脑主板Raspberry Pi及其连接LoRa模块SX1301构成的全双工LoRa网关，微电脑主板Raspberry Pi连接有4G模块或以太网模块，微电脑主板Raspberry Pi通过4G模块或以太网模块与服务器通讯连接。
所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：所述服务器为云服务器。
所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：正常传感器节点优先将本传感器节点中各个生物传感器数据发送至LoRa网关后，再将相邻异常传感器节点的各个生物传感器数据发送至LoRa网关。
本发明以生物工程每个设备中各个传感器构建传感器节点，各个传感器节点基于LoRa组网并通过LoRa网关与服务器通讯连接，与传统的总线架构传感器网络系统和蓝牙mesh组网相比，现场无须复杂布线，无线信号传输距离远可实现大规模长距离组网，并具有成本低、抗干扰能力强的优点。
本发明中，相邻传感器节点共享一个EPROM，实现相邻传感器节点中微控制器的通讯连接，当其中一个传感器节点中LoRa无线收发模块通讯出现异常时，可用另一个正常的传感器节点传送异常传感器节点中各个生物传感器的数据，因此本发发明具有数据传输稳定性和可靠性高的优点。
附图说明
图1为本发明系统结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，包括服务器、LoRa网关，以及配置于每个生物工程设备的传感器节点，每个传感器节点分别包括微控制器、LoRa无线收发模块、信号采集模块及对应的生物工程设备中的各个生物传感器，每个传感器节点中各个生物传感器分别通过信号采集模块与微控制器连接，每个传感器节点中LoRa无线收发模块分别接入微控制器，各个传感器节点的微控制器分别通过连接的LoRa无线收发模块与LoRa网关通讯连接，LoRa网关与服务器通讯连接，相邻传感器节点的微控制器内部的CPU共享连接一个EPROM，由EPROM实现相邻传感器节点中微控制器的通讯连接；
每个传感器节点中各个生物传感器的信号传送至信号采集模块，由信号采集模块转换成相应数据并传送至微控制器，由微控制器内部的存储模块存储，每个传感器节点中微控制器还通过LoRa无线收发模块将数据发送至LoRa网关，最后由LoRa网关将数据发送至服务器；
LoRa网关向各个传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收广播信号后分别产生应答信号并传送至LoRa网关，若某个传感器节点的LoRa无线收发模块出现异常，该异常传感器节点中微控制器将各个生物传感器的数据传送至与相邻正常传感器节点共享连接的EPROM，同时LoRa网关无法收到该异常传感器节点的应答信号，则LoRa网关向该异常传感器节点相邻的正常传感器节点发送控制信号，由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点访问共享连接的EPROM以获取异常传感器节点中各个传感器的数据，最后由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点将异常传感器节点的各个传感器数据发送至LoRa网关。
每个传感器节点中，微控制器为超低功耗微控制器STM32L151。
每个传感器节点中，LoRa无线收发模块为LoRa模块SX1278。
LoRa网关为微电脑主板Raspberry Pi及其连接LoRa模块SX1301构成的全双工LoRa网关，微电脑主板Raspberry Pi连接有4G模块或以太网模块，微电脑主板RaspberryPi通过4G模块或以太网模块与服务器通讯连接。
服务器为云服务器。
正常传感器节点优先将本传感器节点中各个生物传感器数据发送至LoRa网关后，再将相邻异常传感器节点的各个生物传感器数据发送至LoRa网关。
Claims (6)
1.一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：包括服务器、LoRa网关，以及配置于每个生物工程设备的传感器节点，每个传感器节点分别包括微控制器、LoRa无线收发模块、信号采集模块及对应的生物工程设备中的各个生物传感器，每个传感器节点中各个生物传感器分别通过信号采集模块与微控制器连接，每个传感器节点中LoRa无线收发模块分别接入微控制器，各个传感器节点的微控制器分别通过连接的LoRa无线收发模块与LoRa网关通讯连接，LoRa网关与服务器通讯连接，相邻传感器节点的微控制器内部的CPU共享连接一个EPROM，由EPROM实现相邻传感器节点中微控制器的通讯连接；
每个传感器节点中各个生物传感器的信号传送至信号采集模块，由信号采集模块转换成相应数据并传送至微控制器，由微控制器内部的存储模块存储，每个传感器节点中微控制器还通过LoRa无线收发模块将数据发送至LoRa网关，最后由LoRa网关将数据发送至服务器；
LoRa网关向各个传感器节点发送广播信号，每个传感器节点接收广播信号后分别产生应答信号并传送至LoRa网关，若某个传感器节点的LoRa无线收发模块出现异常，该异常传感器节点中微控制器将各个生物传感器的数据传送至与相邻正常传感器节点共享连接的EPROM，同时LoRa网关无法收到该异常传感器节点的应答信号，则LoRa网关向该异常传感器节点相邻的正常传感器节点发送控制信号，由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点访问共享连接的EPROM以获取异常传感器节点中各个传感器的数据，最后由该异常传感器节点相邻的正常传感器节点将异常传感器节点的各个传感器数据发送至LoRa网关。
2.根据权利要求1所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：每个传感器节点中，微控制器为超低功耗微控制器STM32L151。
3.根据权利要求1所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：每个传感器节点中，LoRa无线收发模块为LoRa模块SX1278。
4.根据权利要求1所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：LoRa网关为微电脑主板Raspberry Pi及其连接LoRa模块SX1301构成的全双工LoRa网关，微电脑主板Raspberry Pi连接有4G模块或以太网模块，微电脑主板Raspberry Pi通过4G模块或以太网模块与服务器通讯连接。
5.根据权利要求1所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：所述服务器为云服务器。
6.根据权利要求1所述的一种生物工程用传感器LoRa无线网络通讯系统，其特征在于：正常传感器节点优先将本传感器节点中各个生物传感器数据发送至LoRa网关后，再将相邻异常传感器节点的各个生物传感器数据发送至LoRa网关。
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