CN109412631A - 可扩展式LoRa网关系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可扩展式LoRa网关系统，包括：多个发送模组，多个发送模组一一对应设置于多个子电路板上，以发送网关信息至终端设备；至少一个接收模块，用于接收终端数据；主控制器，用于根据服务器下行数据生成网关信息，并控制多个发送模组中一个或多个发送模组发射网关信息至终端设备。该系统通过采用可分离的、独立的发送模组，并且多个发送模组均安装于多个电路板，从而可以有效减小天线之间的互扰，减小主板射频信号互扰，减小对网关尺寸的要求，安装灵活，能够满足比较复杂的系统，简单易实现。

Description

可扩展式LoRa网关系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种可扩展式LoRa网关系统。

背景技术

LoRa是目前应用于物联网的一项主要的通信技术手段，具有容量大，耗电低，覆盖范围广，抗干扰性强，价格低廉等优点。LoRa系统一般由前端，网关和服务器构成。其中，前端和网关之间使用LoRa无线通信技术，网关和服务器之间采用网线，4G，WiFi等通信技术做数据传输。

LoRaWAN是基于LoRa通信技术之上的一种通信协议，采用SX1301芯片，最大的优势是具有同时多通道接收的能力。一片SX1301能够同时接收8路不同频段，不同码速的信号，因此使用SX1301能够极大的提高网络中由前端到网关的上行能力。但是SX1301不能进行全双工使用，在进行由网关到前端的下行通信的时候，就要牺牲接收能力，这也就限制了它的双向传输能力。

目前物联网的发展越来越快，越来越多的节点要接入网络，因此保证网关的上下行全双工通信能力是至关重要的。为了在增强网关下行能力的同时，不牺牲网关的上行能力，采用SX1278射频模组作为网关的下行模块。但是当扩展多路SX1278时，会有以下一些问题：

首先，主控MCU(Micro Control Unit，微控制单元)是通过SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)接口对SX1278进行控制和信息传输的。如果扩展多个SX1278，那么主MCU就需要有多个SPI接口。这对MCU的选型提出了要求。其次，当扩展多个SX1278，并且和主MCU,以及SX1301实现在一块电路主板上时，每个SX1278需要自己独立的射频通道和天线。在进行收发工作时，由于天线距离近，会产生严重的互相干扰。第三，在电路板上有很多射频前端电路模块，彼此间也会产生串扰。第四，对于封装而言，很多根天线增加了封装的尺寸要求，增加了损伤的风险，加大了安装的难度，也降低了产品的美观。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种可扩展式LoRa网关系统，该系统可以有效减小天线之间的互扰，减小主板射频信号互扰，减小对网关尺寸的要求，安装灵活，能够满足比较复杂的系统，简单易实现。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种可扩展式LoRa网关系统，包括：多个发送模组，所述多个发送模组一一对应设置于多个子电路板上，以发送网关信息至终端设备；至少一个接收模块，用于接收终端数据；主控制器，用于根据服务器下行数据生成所述网关信息，并控制所述多个发送模组中一个或多个发送模组发射网关信息至终端设备。

本发明实施例的可扩展式LoRa网关系统，通过采用可分离的、独立的发送模组，并且多个发送模组均安装于多个电路板，从而可以有效减小天线之间的互扰，减小主板射频信号互扰，减小对网关尺寸的要求，安装灵活，能够满足比较复杂的系统，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的可扩展式LoRa网关系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个发送模组的每个发送模组包括：SX1278射频模块；第一子控制器，用于控制所述SX1278射频模块发送所述网关信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主控制器还用于根据所述前段网关的当前数量控制所述多个发送模组中的一个或多个工作。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述接收模块和所述主控制器集成设置于主电路板上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主控制器与所述多个发送模组的每个发送模组均通过485总线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主控制器与所述接收模块通过485总线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述至少一个接收模块包括：SX1301射频模块；第二子控制器，用于控制所述SX1301射频模块接收网关信息。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的可扩展式LoRa网关系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的发送模组的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的接收模块的结构示意图；

图4为根据本发明一个具体实施例的可扩展式LoRa网关系统的结构示意图；

图5为根据本发明另一个具体实施例的可扩展式LoRa网关系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的可扩展式LoRa网关系统。

图1是本发明一个实施例的可扩展式LoRa网关系统的结构示意图。

如图1所示，该可扩展式LoRa网关系统10包括：多个发送模组100、至少一个接收模块200和主控制器300。

其中，多个发送模组100一一对应设置于多个子电路板上，以发送网关信息至终端设备。至少一个接收模块200用于接收终端数据。主控制器300用于根据服务器下发数据生成网关信息，并控制多个发送模组100中一个或多个发送模组发射网关信息至终端设备。该系统10可以有效减小天线之间的互扰，减小主板射频信号互，减小对网关尺寸的要求，安装灵活，能够满足比较复杂的系统，简单易实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个发送模组100的每个发送模组包括：SX1278射频模块和第一子控制器。

其中，SX1278射频模块。第一子控制器，用于控制SX1278射频模块发送网关信息。

可以理解的是，在发射端，采用低端MCU控制的SX1278组成的模组，如图2所示，该模组本身具有收发功能，在网关中主要担任向前端网关发送信息的工作，因此在这里称为发射模组100。其中，发送模组100也可以称为SX1278模组。

进一步地，在本发明的一个实施例中，主控制器300与多个发送模组100的每个发送模组均通过485总线相连。

其中，在本发明的一个实施例中，主控制器还用于根据前段网关的当前数量控制多个发送模组中的一个或多个工作。

可以理解的是，该发射模组100与主MCU通过485总线进行连接。需要说明的是，485总线的数据率最大可以达到10Mbps，在数据率为100kbps时通信距离可以达到1200米，并且485总线一般最大支持32个节点，从而足以满足要求。另外，SX1278发射模组的数量可以根据网络中前端的数量需求灵活地进行增减，在此不做具体限定。

进一步地，在本发明的一个实施例中，至少一个接收模块200包括：SX1301射频模块和第二子控制器。

其中，SX1301射频模块。第二子控制器用于控制SX1301射频模块接收网关信息。

需要说明的是，接收模块200也可以称为SX1301接收模块，SX1278模组和SX1301接收模块分别独立工作，从而使网关具有同时收发的全双工工作能力，其中，SX1301接收模块的结构如图3所示。

进一步地，在本发明的一个实施例中，主控制器300与接收模块200通过485总线相连。

可以理解的是，本发明实施例的另外一种结构是作为接收机的SX1301模块也独立出来，和主MCU通过485进行连接，如图4所示。其中，SX1301的接收模块结构(即接收模块200，如图3所示)和上述的MCU+射频模块相同(即发送模组100，如图2所示)相同，只是对模块中的MCU降低性能要求，采用低端产品，以节省成本。这样的结构可以同时对输入和输出端进行灵活扩容，极大地扩展系统的容量，同时降低对主MCU接口和性能的要求。

进一步地，在本发明的一个实施例中，接收模块200和主控制器300集成设置于主电路板上。

可以理解地是，如图5所示，为了保证从前端到网关的上行传输能力，在网关中使用了SX1301和LoRaWAN协议，能够保证同时接收8路不同频率，不同码率的数据。主MCU与SX1301模块位于同一块主电路板上，这样可以提高主MCU对SX1301的控制能力。

综上，本发明实施例的优点如下：

(1)减小天线之间的互扰

如果所有的收发模块都安装在同一块主电路板上，安装在同一个外壳上，天线之间的距离很小，在同时工作时，近距离的强发射信号会对接收端产生强干扰，从而影响接收的工作。通过采用可分离的前端模块，各个模块之间保持一定的距离，减小了互相干扰的发生。

(2)减小主板射频信号互扰

在同一块主板上有很多射频模块同时工作的时候，会产生板上射频信号之间的串扰。采用可分离的射频模块，就可以完全避免这种串扰。

(3)减小对网关尺寸的要求

每个SX1031和SX1278射频模块都需要一根独立的天线，同时，网关还可能配备4G，WiFi，GPS等功能，同样需要天线。当所有的模块都安装在一个封装里的时候，会需要多根天线，对电路板和封装的尺寸都提出了更高的要求。采用可分离的射频模块，就降低了对于电路板和尺寸的要求，更加便于实际的安装，维护。

(4)系统可根据前端数量和通信要求自由扩展

不同的系统容量对于网关的射频模块有不同的要求，如果采用一体化的产品，那么为了适应不同的容量，就要设计生产一系列的产品，或者采用大容量的产品应用于小的网络上，都会造成成本的增加和浪费。采用可分离的射频模块系统，可以灵活的增减前端，从而节省成本，避免浪费。

(5)安装灵活，能够满足比较复杂的系统

实际中的系统结构千变万化，根据不同地理环境，不同的使用场景，前端的分布多种多样。采用可分离的射频前端，可以更灵活地适应现场的需求，提供更好的信号服务。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，包括：

多个发送模组，所述多个发送模组一一对应设置于多个子电路板上，以发送网关信息至终端设备；

至少一个接收模块，用于接收终端数据；以及

主控制器，用于根据所述服务器下行数据生成所述网关信息，并控制所述多个发送模组中一个或多个发送模组发射网关信息至所述终端设备。

2.根据权利要求1所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述多个发送模组的每个发送模组包括：

SX1278射频模块；

第一子控制器，用于控制所述SX1278射频模块发送所述网关信息。

3.根据权利要求1或2所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述主控制器还用于根据所述前段网关的当前数量控制所述多个发送模组中的一个或多个工作。

4.根据权利要求1所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述接收模块和所述主控制器集成设置于主电路板上。

5.根据权利要求1或4所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述主控制器与所述多个发送模组的每个发送模组均通过485总线相连。

6.根据权利要求1所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述主控制器与所述接收模块通过485总线相连。

7.根据权利要求6所述的可扩展式LoRa网关系统，其特征在于，所述至少一个接收模块包括：

SX1301射频模块；

第二子控制器用于控制所述SX1301射频模块接收网关信息。