CN109698710A - 基于LoRa的数据传输终端及具有其的通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于LoRa的数据传输终端及具有其的通信系统，该数据传输终端包括：至少两个设备连接接口，各个设备连接接口均用于连接具有数据处理与通信功能的设备；LoRa模块，LoRa模块用于将设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至设备；模式选择单元，模式选择单元用于控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择；处理器，处理器分别与至少两个设备连接接口、LoRa模块和模式选择单元连接，处理器用于在LoRa模块和设备之间进行数据转发以及增加LoRa模块进行数据通信时所需的前导符。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中数据传输终端功耗高、费效比低、覆盖范围小且无法快速实现不同串行接口之间的快速切换的技术问题。

Description

基于LoRa的数据传输终端及具有其的通信系统

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的数据传输终端及具有其的通信系统。

背景技术

当今物联网技术在行业应用的比例逐年提高，渗透到生产制造、交通物流、健康医疗、消费电子、零售、汽车等应用行业。万物互联的时代正以极其迅速的脚步走进我们的生活。根据传输速率的不同，可将物联网业务区分为高速率业务、中速率业务和低速率业务。

在传统的广域连接应用中，主要借助运营商提供的蜂窝网络进行数据传输。但仍有大量的设备应用是现有蜂窝网络技术无法满足的，比如水、电、气、热等计量表，市政管网、路灯、垃圾站点等公用设施，需要大范围部署且环境恶劣地方进行数据采集，以及偏僻的户外作业等。这些类型终端若采用现有运营商蜂窝网络进行联网，可能遇到如下问题。第一，网络信号不足，很多设备部署在人口稀少或环境复杂的区域，运营商网络覆盖盲区或信号强度不足，难以保障数据的稳定传输。第二，功耗高：大量设备需要电池供电，若采用蜂窝网络则需频繁更换电池，这在很多恶劣环境下很难实现。第三，费效比低：设备单次传输数据量极小，而且传输频次很低。目前蜂窝网络为高带宽设计，采用蜂窝网络要占用网络和码号资源，还会产生包月流量费用。

现有技术中，市面上的数据传输终端DTU(Data Transfer unit)主要以GPRS为主，GPRS DTU存在功耗高、费效比低等不足，尤其在网络覆盖盲区或信号强度不足的地方不能应用，同时GPRS DTU也不适用于需要大范围部署的地方。再者，现有的数据传输终端无法快速实现不同串行接口之间的快速切换，运行效率低。

发明内容

本发明提供了一种基于LoRa的数据传输终端及具有其的通信系统，能够解决现有技术中数据传输终端功耗高、费效比低、覆盖范围小且无法快速实现不同串行接口之间的快速切换的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于LoRa的数据传输终端，该数据传输终端包括：至少两个设备连接接口，各个设备连接接口均用于连接具有数据处理与通信功能的设备；LoRa模块，LoRa模块用于将设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至设备；模式选择单元，模式选择单元用于控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择；处理器，处理器分别与至少两个设备连接接口、LoRa模块和模式选择单元连接，处理器用于在LoRa模块和设备之间进行数据转发以及增加LoRa模块进行数据通信时所需的前导符。

进一步地，模式选择单元包括第一拨码开关、第二拨码开关和数字控制模拟开关芯片，第一拨码开关和第二拨码开关分别和数字控制模拟开关芯片连接，第一拨码开关用于控制数据传输终端的通信方式的选择，第二拨码开关用于控制LoRa模块的模式选择。

进一步地，数据传输终端的通信方式包括从至少两个设备连接接口中选择一个设备连接接口进行数据的传输。

进一步地，至少两个设备连接接口包括RS485接口和RS232接口，RS485接口用于连接配备RS485串行接口并具有数据处理与通信功能的第一设备；RS232接口用于连接配备RS232串行接口并具有数据处理与通信功能的第二设备。

进一步地，第一拨码开关打开时，数字控制模拟开关芯片打开第一通道，RS485接口与LoRa模块进行通信；第一拨码开关关闭时，数字控制模拟开关芯片打开第二通道，RS232接口与LoRa模块进行通信。

进一步地，LoRa模块的模式包括通信模式或配置模式，在通信模式下，LoRa模块用于将设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至设备；在配置模式下，模式选择单元用于配置LoRa模块的参数。

进一步地，第二拨码开关打开时，LoRa模块进入配置模式；第二拨码开关关闭时，LoRa模块进入通信模式。

进一步地，数据传输终端还包括电源模块，电源模块与处理器连接，电源模块用于对至少两个设备连接接口、LoRa模块和模式选择单元供电。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括至少两个基于LoRa的数据传输终端，数据传输终端为如上所述的数据传输终端。

进一步地，至少两个数据传输终端之间采用透明传输方式或定点传输方式进行数据传输。

应用本发明的技术方案，通过在数据传输终端DTU中采用基于LoRa的无线通信方式为用户提供数据传输功能，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，特别适用于区域内大范围部署的场景。再者，本发明的数据传输终端DTU以嵌入式系统为软件支撑平台，提供RS485和RS232接口，可直接连接设备，实现数据透明传输，从而解决了采用传统有线或无线网络技术进行网络建设时存在着设备铺设困难、投资大、不易维护等问题。此外，本发明的数据传输终端DTU具有模式选择单元，能够控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择，此种方式使得数据传输终端DTU在至少两个设备连接接口间快速切换，实现不同串行接口设备间的通信。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的基于LoRa的数据传输终端的结构示意框图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的模式选择单元工作的流程框图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的数据传输终端之间采用透明传输方式进行数据传输的结构示意框图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的数据传输终端之间采用定点传输方式进行数据传输的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于LoRa的数据传输终端，该数据传输终端包括至少两个设备连接接口、LoRa模块、模式选择单元和处理器，其中，各个设备连接接口均用于连接具有数据处理与通信功能的设备，LoRa模块用于将设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至设备，模式选择单元用于控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择，处理器分别与至少两个设备连接接口、LoRa模块和模式选择单元连接，处理器用于在LoRa模块和设备之间进行数据转发以及增加LoRa模块进行数据通信时所需的前导符。

应用此种配置方式，通过在数据传输终端DTU中采用基于LoRa的无线通信方式为用户提供数据传输功能，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，特别适用于区域内大范围部署的场景。再者，本发明的数据传输终端DTU以嵌入式系统为软件支撑平台，提供RS485和RS232接口，可直接连接设备，实现数据透明传输，从而解决了采用传统有线或无线网络技术进行网络建设时存在着设备铺设困难、投资大、不易维护等问题。此外，本发明的数据传输终端DTU具有模式选择单元，能够控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择，此种方式使得数据传输终端DTU在至少两个设备连接接口间快速切换，实现不同串行接口设备间的通信。

具体地，作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，至少两个设备连接接口包括RS485接口和RS232接口，RS485接口用于连接配备RS485串行接口并具有数据处理与通信功能的第一设备，RS232接口用于连接配备RS232串行接口并具有数据处理与通信功能的第二设备。其中，第一设备包括智能电表、多功能表或PLC，第二设备包括PLC或通讯管理机。RS485接口、RS232接口、LoRa模块和模式选择模块均与处理器连接，LoRa模块通过LoRa无线通信技术进行组网，其用于将第一设备或第二设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至第一设备或第二设备。处理器用于在LoRa模块和第一设备或第二设备之间进行数据转发以及增加LoRa模块进行数据通信时所需的前导符，具体地，第一设备或第二设备发出的数据可通过处理器传输给LoRa模块，并通过LoRa模块发送至外部，LoRa模块从外部接收的数据可通过处理器传输给第一设备或第二设备。再者，处理器在进行数据的转发时，能够增加LoRa模块间数据通信所需要的前导符，前导符用于识别不同的LoRa模块。

进一步地，在本发明中，为了控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择，可将模式选择单元配置为包括第一拨码开关、第二拨码开关和数字控制模拟开关芯片，第一拨码开关和第二拨码开关分别和数字控制模拟开关芯片连接，第一拨码开关用于控制数据传输终端的通信方式的选择，第二拨码开关用于控制LoRa模块的模式选择。具体地，数据传输终端的通信方式包括从至少两个设备连接接口中选择一个设备连接接口进行数据的传输。作为本发明的一个具体实施例，当数据传输终端包括两个设备连接接口，即RS485接口和RS232接口时，数据传输终端的通信方式即为根据具体需求选择RS485接口或RS232接口进行数据的传输。

在本发明中，为了方便快速地进行设备连接接口的切换，可在第一拨码开关打开时，数字控制模拟开关芯片打开第一通道，RS485接口与LoRa模块进行通信；第一拨码开关关闭时，数字控制模拟开关芯片打开第二通道，RS232接口与LoRa模块进行通信。

具体地，模式选择单元采用数字控制模拟开关芯片为核心搭建模式选择电路，第一拨码开关控制数据传输终端的通信方式的选择。第一拨码开关打开时，数字控制模拟开关芯片打开第一通道，RS485接口与LoRa模块进行通信，第一设备连接在RS485接口处，第一设备中的数据可通过处理器传输给LoRa模块或将LoRa模块接收到的数据通过处理器传输给第一设备；第一拨码开关关闭时，数字控制模拟开关芯片打开第二通道，RS232接口与LoRa模块进行通信，第二设备连接在RS232接口处，第二设备中的的数据可通过处理器传输给LoRa模块或将LoRa模块接收到的数据通过处理器传输给第二设备。

进一步地，在本发明中，为了在至少两个设备连接接口间快速切换，实现不同串行接口设备间的通信，可将LoRa模块的模式配置为包括通信模式或配置模式，在通信模式下，LoRa模块用于将设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至设备；在配置模式下，模式选择单元用于配置LoRa模块的参数。

在本发明中，为了控制LoRa模块的模式选择，如图2所示，可在第二拨码开关打开时，LoRa模块进入配置模式；第二拨码开关关闭时，LoRa模块进入通信模式。具体地，第二拨码开关控制LoRa模块的模式选择(M0/M1引脚输入)，当第二拨码开关打开时，此时M0/M1引脚输入为00，LoRa模块进入配置模式，在配置模式下，上位机软件可用于进行LoRa模块的参数配置，其中，LoRa模块的参数包括地址和信道号等。当第二拨码开关关闭时，此时M0/M1引脚输入为11，LoRa模块进入通信模式，LoRa模块可实现上下行正常通信。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图2对模块选择单元的工作流程进行详细说明。

如图2所示，作为本发明的一个具体实施例，数据传输终端包括两个设备连接接口，即RS485接口和RS232接口。开始后，首先模块选择单元进行上电初始化，第一拨码开关和第二拨码开关复位，使能通道准备，此时LoRa模块处于工作状态。然后进行第一拨码开关的选择。当第一拨码开关打开时，数字控制模拟开关芯片打开第一通道，RS485接口与LoRa模块进行通信，第一设备连接在RS485接口处，第一设备中的数据可通过处理器传输给LoRa模块或将LoRa模块接收到的数据通过处理器传输给第一设备；第一拨码开关关闭时，数字控制模拟开关芯片打开第二通道，RS232接口与LoRa模块进行通信，第二设备连接在RS232接口处，第二设备中的的数据可通过处理器传输给LoRa模块或将LoRa模块接收到的数据通过处理器传输给第二设备。最后进行第二拨码开关的选择，第二拨码开关控制LoRa模块的模式选择(M0/M1引脚输入)，当第二拨码开关打开时，此时M0/M1引脚输入为00，LoRa模块进入配置模式，在配置模式下，上位机软件可用于进行LoRa模块的参数配置，其中，LoRa模块的参数包括地址和信道号等。当第二拨码开关关闭时，此时M0/M1引脚输入为11，LoRa模块进入通信模式，LoRa模块可实现上下行正常通信。作为本发明的其他实施例，在使能通道准备后，也可先进行第二拨码开关的选择，再进行第一拨码开关的选择，此处不做限制。

进一步地，为了保证数据传输终端的正常工作，可将数据传输终端配置为还包括电源模块，电源模块与处理器连接，电源模块用于对至少两个设备连接接口、LoRa模块和模式选择单元供电。具体地，电源模块可将外接电源变换为数据传输终端各部分电路所需的工作电压，从而为数据传输终端DTU的各部分进行供电。其中，外接电源可以是5V直流电源或电池。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括至少两个基于LoRa的数据传输终端，该数据传输终端为上述提供的数据传输终端。至少两个数据传输终端之间采用透明传输方式或定点传输方式进行数据传输。其中，透明传输方式是最简单的一种数据传输方式，定点传输方式在进行数据传输时更加灵活，其可实现组网、中继等多种方式。

作为本发明的一个具体实施例，如图3所示，为采用透明传输方式进行数据传输的流程框图。通信系统包括两个数据传输终端LoRa DTU(1)和LoRa DTU(2)时，当LoRa DTU(1)和LoRa DTU(2)之间采用透明传输方式进行数据传输时，具有RS232或RS485接口的设备(1)将需要发送的数据(如AA BB CC)传输给LoRa DTU(1)，通过无线方式LoRa DTU(1)将数据(AA BB CC)发送给LoRa DTU(2)，LoRa DTU(2)中的LoRa模块接收该数据，并将该数据(AABB CC)通过处理器发送给具有RS232或RS485接口的设备(2)。

作为本发明的又一个具体实施例，如图4所示，为采用定点传输方式进行数据传输的流程框图。通信系统包括三个数据传输终端LoRa DTU(1)、LoRa DTU(2)和LoRa DTU(3)时，当LoRa DTU(1)、LoRa DTU(2)和LoRa DTU(3)之间采用定点传输方式进行数据传输时，具有RS232或RS485接口的设备(1)将需要发送的数据(如AA BB CC)传输给具有RS232或RS485接口的设备(3)；同时，具有RS232或RS485接口的设备(2)将需要发送的数据(如DD EEFF)传输给具有RS232或RS485接口的设备(3)。通过上位机软件将LoRa DTU(1)、LoRa DTU(2)和LoRa DTU(3)设置不同的地址，相同的信道，如LoRa DTU(1)的地址为0x00 01，信道为0x17；LoRa DTU(2)的地址为0x0002，信道为0x17；LoRa DTU(3)的地址为0x00 03，信道为0x17。具有RS232或RS485接口的设备(1)发送数据格式为00 03 17 01 AA BB CC，具有RS232或RS485接口的设备(2)发送数据格式为00 03 17 02 DD EE FF，则具有RS232或RS485接口的设备(3)接收到的数据格式分别为01 AA BB CC和02 DD EE FF，其中01说明数据是设备(1)的，02说明数据是设备(2)的，由此即完成的数据的传输。

综上所述，本发明所提供的数据传输终端DTU相对于现有技术而言，能够直接连接设备，实现数据透明传输功能，从而解决了采用传统有线或无线网络技术进行网络建设时存在着设备铺设困难、投资大、维护难等问题。同时采用了基于LoRa的无线技术，它具有的覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低等特点，可适用于大范围部署。再者，本发明的数据传输终端具有模式选择单元，能够控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制LoRa模块的模式选择，此种方式使得数据传输终端DTU在至少两个设备连接接口间快速切换，实现不同串行接口设备间的通信。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述数据传输终端包括：

至少两个设备连接接口，各个所述设备连接接口均用于连接具有数据处理与通信功能的设备；

LoRa模块，所述LoRa模块用于将所述设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至所述设备；

模式选择单元，所述模式选择单元用于控制数据传输终端的通信方式的选择以及控制所述LoRa模块的模式选择；

处理器，所述处理器分别与至少两个所述设备连接接口、所述LoRa模块和所述模式选择单元连接，所述处理器用于在所述LoRa模块和所述设备之间进行数据转发以及增加所述LoRa模块进行数据通信时所需的前导符。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述模式选择单元包括第一拨码开关、第二拨码开关和数字控制模拟开关芯片，所述第一拨码开关和所述第二拨码开关分别和所述数字控制模拟开关芯片连接，所述第一拨码开关用于控制所述数据传输终端的通信方式的选择，所述第二拨码开关用于控制所述LoRa模块的模式选择。

3.根据权利要求2所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述数据传输终端的通信方式包括从至少两个所述设备连接接口中选择一个所述设备连接接口进行数据的传输。

4.根据权利要求3所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，至少两个设备连接接口包括RS485接口和RS232接口，所述RS485接口用于连接配备RS485串行接口并具有数据处理与通信功能的第一设备；所述RS232接口用于连接配备RS232串行接口并具有数据处理与通信功能的第二设备。

5.根据权利要求4所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述第一拨码开关打开时，所述数字控制模拟开关芯片打开第一通道，所述RS485接口与所述LoRa模块进行通信；所述第一拨码开关关闭时，所述数字控制模拟开关芯片打开第二通道，所述RS232接口与所述LoRa模块进行通信。

6.根据权利要求2所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述LoRa模块的模式包括通信模式或配置模式，在所述通信模式下，所述LoRa模块用于将所述设备的数据传输至外部或将从外部接收的数据传输至所述设备；在所述配置模式下，所述模式选择单元用于配置所述LoRa模块的参数。

7.根据权利要求6所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述第二拨码开关打开时，所述LoRa模块进入配置模式；所述第二拨码开关关闭时，所述LoRa模块进入通信模式。

8.根据权利要求1所述的基于LoRa的数据传输终端，其特征在于，所述数据传输终端还包括电源模块，所述电源模块与所述处理器连接，所述电源模块用于对至少两个所述设备连接接口、所述LoRa模块和所述模式选择单元供电。

9.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括至少两个基于LoRa的数据传输终端，所述数据传输终端为权利要求1至8中任一项所述的数据传输终端。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，至少两个所述数据传输终端之间采用透明传输方式或定点传输方式进行数据传输。