CN109286998B - 一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，属于通信技术领域，包括采用时分方式，控制LoRa模组执行网联通信模式或直连通信模式，LoRa模组的网联通信模式和直连通信模式在设定周期内分时隙轮流工，解决了LoRa模组同时在网联通信模式和直连通信模式下保证数据可靠传输的技术问题，本发明兼容网联和直连双链路通信，自由切换，满足多种通信需求。既可以支持标准LoRaWAN模组的网联模式，满足长距离通信、与中心系统通信需要；又可以支持模组直连模式，可以与现场其他模组直接连接通信，满足现场控制的实时性、可靠性要求，通信模式灵活设置，自动执行。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法。
背景技术
LoRa技术是一种扩频调制技术， LoRa的扩频调制大大提高了系统的灵敏度，能够在同样的发射功率下传输得更远。LoRaWAN是建立在LoRa技术之上的一种协议规格，由LoRa联盟开发和维护。
标准的LoRaWAN模组（即LoRa模组）是基于标准LoRaWAN通信协议的，LoRaWAN通信协议采用星型网络架构，以LoRaWAN网关为中心与每一个LoRaWAN模组进行双向通信，这种网络通信方式的优势在于结构简单、通信效率高，易于维护，但也存在着不足和缺陷，不能现场控制应用需求，LoRaWAN模组只能与网关通信，模组与模组之间不能直接通信。模组之间需要数据交换时，必须通过网关和系统进行转发，造成传输延迟比较大，中间环节多，如果网关或者系统故障，会造成模组之间不能通信，这对于工业控制、安防报警控制等对延时、可靠性要求高的现场控制需求来说，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，解决了LoRa模组同时在网联通信模式和直连通信模式下保证数据可靠传输的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，包括如下步骤：
步骤1：建立数个LoRa模组，LoRa模组包括LoRa射频模块及其外围电路、MCU微处理器及其外围电路和电源，LoRa模组用于按照LoRaWAN协议参与LoRaWAN网络通信，MCU微处理器用于控制LoRa模组的通信方式并对LoRa模组的收发数据进行处理，电源为LoRa模组和MCU微处理器提供电源；
步骤2：设定网联通信模式是指支持标准LoRaWAN模式，即LoRa模组与LoRaWAN网关通信；直连通信模式是指支持LoRa模组之间通过LoRa技术通信，不通过LoRaWAN网关，直接进行数据的收发；
采用时分方式，由MCU微处理器控制LoRa模组执行网联通信模式或直连通信模式：LoRa模组的网联通信模式和直连通信模式在设定周期内分时隙轮流工作，时隙分配在满足网联通信和直连通信的最小工作周期的前提下由用户自行设定；
步骤3：在网联通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用标准LoRaWAN通信规程工作，即，LoRa模组支持LoRaWAN CLASS A/B/C协议，模组与LoRaWAN网关之间进行半双工数据通信；
步骤4：在直连通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用直连通信规程工作，直连通信规程工作为LoRa模组的工作方式更改为支持模组之间的收发数据；
直连方式采用半双工通信，LoRa模组作为发送端或接收端；同一组发送端LoRa模组和接收端LoRa模组的射频参数配置一致，收发目标的地址匹配；
步骤5：LoRa模组平时处于休眠状态，MCU微处理器周期性唤醒LoRa模组执行直连通信模块，唤醒周期与每次唤醒搜索前导码的时间和射频传输的速率相关；
步骤6：在直连通信模式下发送数据的步骤为：在直连通信模式的唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组进入正常收发数据模式，LoRa模组发送数据前监听空中射频直连信道是否有载波：若有，则随机延时一段时间，然后再次监听空中载波，直到空中没有载波后，按照预设的协议发送无线数据，无线数据包括目标模组地址、源模组地址和数据；发送完毕后转入预设的下一个周期状态；
步骤7：在直连通信模式下接收数据的步骤为：在直连模式唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组在一个唤醒周期后，打开并搜索直连信道中是否有前导码：如没有则LoRa模组立刻转入休眠状态，等待下一个唤醒周期再被唤醒；如有前导码，LoRa模组继续接收，同时监控前导码并等待同步码到来后，在同步码之后，开始接收数据，并将数据传送给MCU微处理器，由MCU微处理器读取目标模组地址：如果是本模组地址，继续接收数据；如果不是，LoRa模组转入休眠状态，数据接收完毕后，转入预设的下一个周期状态；
步骤8：LoRa模组完成无线数据传输后，与MCU微处理器进行数据交换，MCU微处理器负责与外部设备的接口连接，完成对外的数据接收和发送，同时接收和发送指令，执行对应操作。
优选的，LoRa模组同时支持LoRaWAN网联通信模式和LoRa直连通信模式。
优选的，在执行步骤5时，唤醒周期还通过用户自行设定。
本发明所述的一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，解决了LoRa模组同时在网联通信模式和直连通信模式下保证数据可靠传输的技术问题，本发明兼容网联和直连双链路通信，自由切换，满足多种通信需求。既可以支持标准LoRaWAN模组的网联模式，满足长距离通信、与中心系统通信需要；又可以支持模组直连模式，可以与现场其他模组直接连接通信，满足现场控制的实时性、可靠性要求，通信模式灵活设置，自动执行，可以预先设置或者远程设置网联和直连模式参数，包括模式轮换时间周期、无线参数、模式优先级、传输速率等参数，满足不同场景需求，本发明在线监听射频空中信道，实现物理层上支持无线防碰撞协议。
附图说明
图1是本发明的原理图方框图；
图2是本发明的LoRa模组的原理图；
图3是本发明的实施例的工作示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-图5所示的一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，包括如下步骤：
步骤1：建立数个LoRa模组，LoRa模组包括LoRa射频模块及其外围电路、MCU微处理器及其外围电路和电源，LoRa模组用于按照LoRaWAN协议参与LoRaWAN网络通信，MCU微处理器用于控制LoRa模组的通信方式并对LoRa模组的收发数据进行处理，电源为LoRa模组和MCU微处理器提供电源；
如图2所示，本实施例采用的LoRa模组包括LoRa芯片U1，即SX1262及其外围电路；如图3所示，本实施例采用的MCU微处理器U2的为STM32L051C8及其外围电路。
步骤2：设定网联通信模式是指支持标准LoRaWAN模式，即LoRa模组与LoRaWAN网关通信；直连通信模式是指支持LoRa模组之间通过LoRa技术通信，不通过LoRaWAN网关，直接进行数据的收发；
采用时分方式，由MCU微处理器控制LoRa模组执行网联通信模式或直连通信模式：LoRa模组的网联通信模式和直连通信模式在设定周期内分时隙轮流工作，时隙分配在满足网联通信和直连通信的最小工作周期的前提下由用户自行设定；
步骤3：在网联通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用标准LoRaWAN通信规程工作，即，LoRa模组支持LoRaWAN CLASS A/B/C协议，模组与LoRaWAN网关之间进行半双工数据通信；
步骤4：在直连通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用直连通信规程工作，直连通信规程工作为LoRa模组的工作方式更改为支持模组之间的收发数据；
直连方式采用半双工通信，LoRa模组作为发送端或接收端；同一组发送端LoRa模组和接收端LoRa模组的射频参数配置一致，收发目标的地址匹配；
步骤5：LoRa模组平时处于休眠状态，MCU微处理器周期性唤醒LoRa模组执行直连通信模块，唤醒周期与每次唤醒搜索前导码的时间和射频传输的速率相关；
步骤6：在直连通信模式下发送数据的步骤为：在直连通信模式的唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组进入正常收发数据模式，LoRa模组发送数据前监听空中射频直连信道是否有载波：若有，则随机延时一段时间，然后再次监听空中载波，直到空中没有载波后，按照预设的协议发送无线数据，无线数据包括目标模组地址、源模组地址和数据；发送完毕后转入预设的下一个周期状态；
预设的下一个周期状态可以为网联通信模式，也可以继续为直连通信模式。
步骤7：在直连通信模式下接收数据的步骤为：在直连模式唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组在一个唤醒周期后，打开并搜索直连信道中是否有前导码：如没有则LoRa模组立刻转入休眠状态，等待下一个唤醒周期再被唤醒；如有前导码，LoRa模组继续接收，同时监控前导码并等待同步码到来后，在同步码之后，开始接收数据，并将数据传送给MCU微处理器，由MCU微处理器读取目标模组地址：如果是本模组地址，继续接收数据；如果不是，LoRa模组转入休眠状态，数据接收完毕后，转入预设的下一个周期状态；
步骤8：LoRa模组完成无线数据传输后，与MCU微处理器进行数据交换，MCU微处理器负责与外部设备的接口连接，完成对外的数据接收和发送，同时接收和发送指令，执行对应操作。
优选的，LoRa模组同时支持LoRaWAN网联通信模式和LoRa直连通信模式。
优选的，在执行步骤5时，唤醒周期还通过用户自行设定。
如图3所示为本实施例的一种应用方式，气体报警器与LoRa模组A连接，排风扇与LoRa模组B连接，安装在同一应用场所，并设定关联参数。
当发生气体超标报警时，报警器将报警信号传送到LoRa模组A，LoRa模组A通过网联通信模式，将报警数据通过LoRaWAN网关和上位机，实现远程通知。
LoRa模组A通过直连模式发送报警信号，LoRa模组B通过直连模式接收到LoRa模组A的报警信号，输出指令联动排风扇工作，实现现场自动控制。
LoRa模组A和LoRa模组B均采用采用时分方式进行网联通信模式与直连通信模式之间的转换。
本发明所述的一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，解决了LoRa模组同时在网联通信模式和直连通信模式下保证数据可靠传输的技术问题，本发明兼容网联和直连双链路通信，自由切换，满足多种通信需求。既可以支持标准LoRaWAN模组的网联模式，满足长距离通信、与中心系统通信需要；又可以支持模组直连模式，可以与现场其他模组直接连接通信，满足现场控制的实时性、可靠性要求，通信模式灵活设置，自动执行，可以预先设置或者远程设置网联和直连模式参数，包括模式轮换时间周期、无线参数、模式优先级、传输速率等参数，满足不同场景需求，本发明在线监听射频空中信道，实现物理层上支持无线防碰撞协议。
Claims (3)
1.一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立数个LoRa模组，LoRa模组包括LoRa射频模块及其外围电路、MCU微处理器及其外围电路和电源，LoRa模组用于按照LoRaWAN协议参与LoRaWAN网络通信，MCU微处理器用于控制LoRa模组的通信方式并对LoRa模组的收发数据进行处理，电源为LoRa模组和MCU微处理器提供电源；
步骤2：设定网联通信模式是指支持标准LoRaWAN模式，即LoRa模组与LoRaWAN网关通信；直连通信模式是指支持LoRa模组之间通过LoRa技术通信，不通过LoRaWAN网关，直接进行数据的收发；
采用时分方式，由MCU微处理器控制LoRa模组执行网联通信模式或直连通信模式：LoRa模组的网联通信模式和直连通信模式在设定周期内分时隙轮流工作，时隙分配在满足网联通信和直连通信的最小工作周期的前提下由用户自行设定；
步骤3：在网联通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用标准LoRaWAN通信规程工作，即，LoRa模组支持LoRaWAN CLASS A/B/C协议，模组与LoRaWAN网关之间进行半双工数据通信；
步骤4：在直连通信模式的工作时隙内，MCU微处理器控制LoRa模组采用直连通信规程工作，直连通信规程工作为LoRa模组的工作方式更改为支持模组之间的收发数据；
直连方式采用半双工通信，LoRa模组作为发送端或接收端；同一组发送端LoRa模组和接收端LoRa模组的射频参数配置一致，收发目标的地址匹配；
步骤5：LoRa模组平时处于休眠状态，MCU微处理器周期性唤醒LoRa模组执行直连通信模块，唤醒周期与每次唤醒搜索前导码的时间和射频传输的速率相关；
步骤6：在直连通信模式下发送数据的步骤为：在直连通信模式的唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组进入正常收发数据模式，LoRa模组发送数据前监听空中射频直连信道是否有载波：若有，则随机延时一段时间，然后再次监听空中载波，直到空中没有载波后，按照预设的协议发送无线数据，无线数据包括目标模组地址、源模组地址和数据；发送完毕后转入预设的下一个周期状态；
步骤7：在直连通信模式下接收数据的步骤为：在直连模式唤醒周期内，由MCU微处理器控制LoRa模组在一个唤醒周期后，打开并搜索直连信道中是否有前导码：如没有则LoRa模组立刻转入休眠状态，等待下一个唤醒周期再被唤醒；如有前导码，LoRa模组继续接收，同时监控前导码并等待同步码到来后，在同步码之后，开始接收数据，并将数据传送给MCU微处理器，由MCU微处理器读取目标模组地址：如果是本模组地址，继续接收数据；如果不是，LoRa模组转入休眠状态，数据接收完毕后，转入预设的下一个周期状态；
步骤8：LoRa模组完成无线数据传输后，与MCU微处理器进行数据交换，MCU微处理器负责与外部设备的接口连接，完成对外的数据接收和发送，同时接收和发送指令，执行对应操作。
2.如权利要求1所述的一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，其特征在于：LoRa模组同时支持LoRaWAN网联通信模式和LoRa直连通信模式。
3.如权利要求1所述的一种兼容网联和直连的LoRa模组通信方法，其特征在于：在执行步骤5时，唤醒周期还通过用户自行设定。
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