CN107941265A - 一种LoRa温湿度采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LoRa温湿度采集系统，包括服务器；LoRa网关，LoRa网关连接服务器；多个LoRa温湿度采集模块和LoRa网关构成星型网络；LoRa网关和LoRa温湿度采集模块分别通过链路查询机制和心跳查询机制判断LoRa网关和LoRa温湿度采集模块之间的连接是否正常，并在连接异常时输出报警信号。本发明的有益效果：本发明通过LoRa无线组网技术构成星型网络结构，具有通讯距离远、功耗低、抗干扰能力强、组网灵活等优点，可实现多设备间温湿度数据的透明双向传输，适用于机房、仓库、智能家居、物联网、智能电网等领域的温湿度数据采集；通过添加链路查询机制和心跳机制，确保用于可以通过LoRa实时掌握每个温湿度采集模块的工作状态，确保及时发现故障模块。

Description

一种LoRa温湿度采集系统
技术领域
本发明涉及温湿度采集装置技术领域，尤其涉及一种LoRa温湿度采集系统。
背景技术
现有技术中，在采集温湿度时常用到USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块，USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块是一款高性能温湿度数据采集传输模块，可选择RS485/RS232/TTL不同电平输出；具有DATA/VCC/GND/RXD(RS485-A)/TXD(RS485-B)五线接口，简单可靠，便于扩展；使用MODBUS工业控制总线协议，性能可靠，兼容性好，易于组网；体积小巧，易于安装；支持简单字符指令，便于单个模块简易应用场合使用；可以多个模块共同接入总线组网，也可以与其他符合MODBUS协议的设备共同组网，实时、稳定地监控多个生产现场环境变化。
USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块主要针对农业应用环境做防潮处理，适用于大棚等潮湿环境，以使用户准确把握不同应用现场的环境变化，快速做出反应，保障生产现场环境的稳定性。
USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块(如无特别说明，以下统称模块)是生产现场温度、湿度数据采集终端，通过接收上位机发送的MODBUS协议帧，对MODBUS帧进行解析，并根据指令返回数据，该模块采用5线接口(其中DATA线保留)，同时需要上位机对其进行供电。
在目前市场中的温湿度采集模块(如上述的USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块)，它们无线通讯通常采用2.4Ghz的WiFi，蓝牙，ZigBee和2G/3G/4G的技术，有线通讯采用RS485作为传输方式。2.4Ghz的WiFi，蓝牙和ZigBee功耗低，传输距离近；2G/3G/4G数据网络通信距离远，但功耗大成本高；有线RS485通讯需要现场布线成本高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种LoRa温湿度采集系统。本发明采用如下技术方案：
一种LoRa温湿度采集系统，包括服务器，所述服务器用于输出采集命令和接收采集数据；还包括：
LoRa网关，所述LoRa网关连接所述服务器，所述LoRa网关用于接收所述采集命令并输出，以及用于接收所述采集数据并发送至所述服务器；
多个LoRa温湿度采集模块，每个所述LoRa温湿度采集模块直接连接所述LoRa网关或者通过相邻的所述LoRa温湿度采集模块连接至所述LoRa网关，多个所述LoRa温湿度采集模块和所述LoRa网关构成星型网络，每个所述LoRa温湿度采集模块分别用于接收所述采集命令并根据所述采集命令采集所述采集数据，以及用于将所述此采集数据输出至所述LoRa网关；
所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块分别通过链路查询机制和心跳查询机制判断所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块之间的连接是否正常，并在连接异常时输出报警信号。
优选的，所述链路查询机制由所述LoRa网关发送链路查询命令给所述LoRa温湿度采集模块，所述LoRa温湿度采集模块返回信号强度和信噪比的数值并发送给LoRa网关。
优选的，所述LoRa温湿度采集模块包括：
第一心跳查询单元，所述第一检测查询单元用于以一预定时间为间隔向所述LoRa网关发送心跳信号；
LoRa网关包括
第二心跳查询单元，所述第二心跳查询单元用于接收心跳信号，并在未接收到所述心跳信号时判断并在未接收到所述心跳信号时，判断所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块之间的连接异常，并在连接异常时输出所述报警信号。
优选的，所述温湿度采集模块具有配置模式和通讯透传模式两种工作模式；
所述配置模式用于支持通过网页查询和配置所述温湿度采集模块的参数；
所述通讯透传模式用于支持所述网关LoRa与所述LoRa温湿度采集模块的通讯串口采用透明传输，所述LoRa温湿度采集模块端无需按照接口协议进行通讯。
优选的，所述LoRa温湿度采集模块包括：
节点装置，所述节点装置与所述LoRa网关无线连接构成所述星型网络；
传感器装置，所述传感器装置通过RS232串口或RS485串口与所述节点装置有线连接，所述传感器装置用于根据所述采集命令采集所述采集数据并将所述采集数据通过所述节点装置发送至所述LoRa网关。
优选的，所述LoRa网关具有多个外部通信接口。
优选的，所述多个外部通信接口包括RS232接口、RS485接口、以太网接口以及GPRS接口。
优选的，所述LoRa网关利用所述以太网接口通过TCP或UDP通信方式与外部进行通信。
优选的，所述LoRa网关利用所述GPRS接口通过TCP或UDP通信方式与外部进行通信。
本发明的有益效果：本发明通过LoRa无线组网技术构成星型网络结构，具有通讯距离远(最大可达10km以上)、功耗低、抗干扰能力强、组网灵活等优点，可实现多设备间温湿度数据的透明双向传输，适用于机房、仓库、智能家居、物联网、智能电网等领域的温湿度数据采集；
通过添加链路查询机制和心跳机制，确保用于可以通过LoRa实时掌握每个温湿度采集模块的工作状态，确保及时发现故障模块。
附图说明
图1为本发明的一种优选实施例中，LoRa温湿度采集系统的功能模块示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
如图1所示，一种LoRa温湿度采集系统，包括服务器，上述服务器用于输出采集命令和接收采集数据；还包括：
LoRa网关1，上述LoRa网关1连接上述服务器，上述LoRa网关1用于接收上述采集命令并输出，以及用于接收上述采集数据并发送至上述服务器；
多个LoRa温湿度采集模块2，每个上述LoRa温湿度采集模块2直接连接上述LoRa网关1或者通过相邻的上述LoRa温湿度采集模块2连接至上述LoRa网关1，多个上述LoRa温湿度采集模块2和上述LoRa网关1构成星型网络，每个上述LoRa温湿度采集模块2分别用于接收上述采集命令并根据上述采集命令采集上述采集数据，以及用于将上述此采集数据输出至上述LoRa网关1；
上述LoRa网关1和上述LoRa温湿度采集模块2分别通过链路查询机制和心跳查询机制判断上述LoRa网关1和上述LoRa温湿度采集模块2之间的连接是否正常，并在连接异常时输出报警信号。
在本实施例中，LoRa网关1连接多个LoRa温湿度采集模块2构成星型网络，图1中仅示出了一个与LoRa网关1连接LoRa温湿度采集模块2，其余LoRa温湿度采集模块2未示出。由于LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传输网络特性的三个主要参数，LoRa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。LoRa无线组网技术具有星形网络结构、通讯距离远(最大可达10km以上)、抗干扰能力强、组网灵活等优点，可实现多设备间温湿度数据的透明双向传输，适用于机房、仓库、智能家居、物联网、智能电网等领域的温湿度数据采集。
为了防止传统温湿度采集模块和网关之间会出现长时间无有效数据传输，本发明的温湿度采集模块特别导入心跳机制，以确保温湿度采集模块不会因长时间失联，致使服务器或控制中心无法判断温湿度采集模块是否故障，导致无法及时反馈异常情况的发生。此心跳机制具体表现为：LoRa温湿度采集模块2会在上电五秒后进入通讯透传模式发送一个心跳给LoRa网关1，之后每隔300±30秒会再次发送心跳。
因为LoRa星形网络无线传输有低功耗远距离的特性，LoRa网关1和LoRa温湿度采集模块2间的有效传输距离是保证无线传输稳定性的关键。为此，本发明的模块在LoRa网关1的固件版本中加入了链路查询功能。用户可以通过此机制接收信号强度指示RSSI和信噪比SNR。本系统的射频模式为，不同射频模式对应不同的接收灵敏度和有效通信速率，RFM1～RFM5接收灵敏度逐渐增大，RFM5模式下，传输距离最远，速率最低。通过链路查询功能和心跳查询功能模块，确保用于可以通过LoRa实时掌握每个温湿度采集模块的工作状态，确保及时发现故障模块。
较佳的实施例中，上述链路查询机制由LoRa网关1发送链路查询命令给LoRa温湿度采集模块2，LoRa温湿度采集模块2返回信号强度和信噪比的数值并发送给LoRa网关1。
较佳的实施例中，上述LoRa温湿度采集模块2包括：
第一心跳查询单元5，上述第一检测查询单元用于以一预定时间为间隔向上述LoRa网关1发送心跳信号；
LoRa网关1包括
第二心跳查询单元6，上述第二心跳查询单元6用于接收心跳信号，并在未接收到上述心跳信号时判断并在未接收到上述心跳信号时，判断上述LoRa网关1和上述LoRa温湿度采集模块2之间的连接异常，并在连接异常时输出上述报警信号。
较佳的实施例中，上述温湿度采集模块具有配置模式和通讯透传模式两种工作模式；
上述配置模式用于支持通过网页查询和配置上述温湿度采集模块的参数，通过网页查询和配置本产品参数；
上述通讯透传模式用于支持上述LoRa网关1与上述LoRa温湿度采集模块2的通讯串口采用透明传输，上述LoRa温湿度采集模块2端无需按照接口协议进行通讯，网关1与采集模块的通讯串口支持透明传输，采集模块端无需按照接口协议进行通讯。
较佳的实施例中，上述LoRa温湿度采集模块2包括：
节点装置4，上述节点装置4与上述LoRa网关1无线连接构成上述星型网络；
传感器装置3，上述传感器装置3通过RS232串口或RS485串口与上述节点装置4有线连接，上述传感器装置3用于根据上述采集命令采集上述采集数据并将上述采集数据通过上述节点装置4发送至上述LoRa网关1。
较佳的实施例中，上述LoRa网关1具有多个外部通信接口，上述多个外部通信接口包括RS232接口、RS485接口、以太网接口以及GPRS接口。
较佳的实施例中，上述LoRa网关1可利用上述以太网接口和GPRS接口通过TCP或UDP通信方式与外部进行通信。
在本实施例中，系统工作时的流程包括模块初始化、uC/OS初始化、各模块相应的任务以及中断服务等。各任务分别为UART1任务，负责处理外部接口温湿度传感器数据；UART2任务，负责处理与LoRa核心模块(传感器装置3分别与节点装置4及网关1装置)的交互以及LoRa网络管理功能；UART3任务，负责处理与GSM/GPRS模块相关的功能；UART4任务，负责实现GPS模块的定位和对时功能；以太网任务，负责远程升级、TCP/UDP数据透传、以及LoRa网关1Web方式参数维护；系统状态管理任务，负责运行状态灯的运行和低电压检测等功能。
其中节点Node(节点装置4)通过RS232/485串口采集温湿度传感器设备Sensor的数据，然后通过LoRa通信标准将采集到的数据传输给LoRa网关1Gateway；而LoRa网关1Gateway则负责采集多个节点Node(节点装置4)传输过来的数据，并通过RS232/485串口、以太网或GPRS等路径与服务器Server通信。由此即可采用LoRa通信标准达到无线采集温湿度数据的目的。
上述网络架构支持同一空间内多个网络同时存在的情况。各网关1有自己网络，节点Node(节点装置4)要加入某一个网络，可通过网关1端的接口加入。另外通过设置不同的网络密钥，可以保证各个网络数据的相对安全性。
在同一个星型网络内，若要使LoRa网关1与节点Node(节点装置4)之间可以正常通讯，必须满足以下条件：工作频段、射频模式相同，网关1端录入节点地址。
LoRa温湿度采集模块2配合LoRa网关1使用，其与LoRa网关1之间的接口协议如下表1所示：
表1LoRa网关1与LoRa温湿度采集模块2的接口协议
协议长度固定为12字节，每隔5s向网关1发送温度、湿度以及当前工作电压数据，网关1将会根据该数据进行相应的处理。
对于温度告警，其值如下表2所示：
对于湿度告警，其值如下表3所示：
告警选项 值
湿度正常 0x00
湿度过低 0x01
湿度过高 0x02
对于电压告警，其值如下表4所示：
告警选项 值
电压正常 0x00
电压掉电 0x01
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种LoRa温湿度采集系统，包括服务器，所述服务器用于输出采集命令和接收采集数据；其特征在于，还包括：
LoRa网关，所述LoRa网关连接所述服务器，所述LoRa网关用于接收所述采集命令并输出，以及用于接收所述采集数据并发送至所述服务器；
多个LoRa温湿度采集模块，每个所述LoRa温湿度采集模块直接连接所述LoRa网关或者通过相邻的所述LoRa温湿度采集模块连接至所述LoRa网关，多个所述LoRa温湿度采集模块和所述LoRa网关构成星型网络，每个所述LoRa温湿度采集模块分别用于接收所述采集命令并根据所述采集命令采集所述采集数据，以及用于将所述此采集数据输出至所述LoRa网关；
所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块分别通过链路查询机制和心跳查询机制判断所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块之间的连接是否正常，并在连接异常时输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述链路查询机制由所述LoRa网关发送链路查询命令给所述LoRa温湿度采集模块，所述LoRa温湿度采集模块返回信号强度和信噪比的数值并发送给LoRa网关。
3.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述LoRa温湿度采集模块包括：
第一心跳查询单元，所述第一检测查询单元用于以一预定时间为间隔向所述LoRa网关发送心跳信号；
LoRa网关包括
第二心跳查询单元，所述第二心跳查询单元用于接收心跳信号，并在未接收到所述心跳信号时判断并在未接收到所述心跳信号时，判断所述LoRa网关和所述LoRa温湿度采集模块之间的连接异常，并在连接异常时输出所述报警信号。
4.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述温湿度采集模块具有配置模式和通讯透传模式两种工作模式；
所述配置模式用于支持通过网页查询和配置所述温湿度采集模块的参数；
所述通讯透传模式用于支持所述网关LoRa与所述LoRa温湿度采集模块的通讯串口采用透明传输，所述LoRa温湿度采集模块端无需按照接口协议进行通讯。
5.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述LoRa温湿度采集模块包括：
节点装置，所述节点装置与所述LoRa网关无线连接构成所述星型网络；
传感器装置，所述传感器装置通过RS232串口或RS485串口与所述节点装置有线连接，所述传感器装置用于根据所述采集命令采集所述采集数据并将所述采集数据通过所述节点装置发送至所述LoRa网关。
6.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述LoRa网关具有多个外部通信接口。
7.根据权利要求6所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述多个外部通信接口包括RS232接口、RS485接口、以太网接口以及GPRS接口。
8.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述LoRa网关利用所述以太网接口通过TCP或UDP通信方式与外部进行通信。
9.根据权利要求1所述的LoRa温湿度采集系统，其特征在于，所述LoRa网关利用所述GPRS接口通过TCP或UDP通信方式与外部进行通信。
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