CN110335451A - 智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法 - Google Patents

智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法 Download PDF

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梁绍文
杨逊礽
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法，其包括基带芯片和LoRa模块，所述基带芯片包括APPS处理器和与所述APPS处理器相连接的MODEM处理器；其中，所述APPS处理器集成有LoRaWAN无线协议栈，并内置有LoRaWAN网关应用程序；所述APPS处理器通过LoRa模块与表端节点进行无线通信，所述MODEM处理器用于与云平台进行数据传输，从而将MCU主控制器的功能移植到基带芯片的APPS处理器中，通过该APPS处理器调度各个模块；因此，本发明的装置无需外挂MCU主控制器，使得成本控制、系统稳定性、复杂度均大大降低。

Description

智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法
技术领域
本发明涉及燃气物联网技术领域，特别是一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及对应的方法。
背景技术
燃气物联网集智能实时抄表、远程监控、数据分析、数据服务于一体，是以智能终端为主，云、端结合的系统应用和现代服务工程，通过智能终端的物联网接入燃气用户、燃气公司运营等各个方面，采集归类海量信息，形成与燃气运营管理相关的数据云，分析并创造新的燃气运营管理价值，创造新的业务运营模式，指导日常经营管理活动。
燃气物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，NB-IoT与LoRa是其中的典型代表，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。其中，LoRaWAN是由LoRa联盟推出的低功耗广域网，以解决低功耗应用要求下的远距离传输要求。将LoRaWAN技术应用于燃气物联网，可以很好地解决无线远传装置成本高、耗电量大等问题，使得抄表稳定可靠。
如图1所示，传统的LoRaWAN网关不仅包括基带芯片，还包括MCU主控制器，并采用将应用程序基于MCU主控制器的RTOS或Linux平台开发，作为操作系统的进程。由于传统的LoRaWAN网关需要外挂一个MCU主控制器，MCU主控制器是核心作用，基带芯片和其他外围模块需通过该MCU主控制器进行调度，不仅导致软/硬件的成本上升，外围器件复杂，体积开销增大，而且容易遭受干扰并造成运行程序的飞溢，导致系统处于失控状态。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法，其通过将MCU主控制器的功能移植到基带芯片的APPS处理器中，通过该APPS处理器调度各个模块，从而无需外挂MCU主控制器，使得成本控制、系统稳定性、复杂度均大大降低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，所述装置包括基带芯片和LoRa模块，所述基带芯片包括APPS处理器和与所述APPS处理器相连接的MODEM处理器；其中，所述APPS处理器集成有LoRaWAN无线协议栈，并内置有LoRaWAN网关应用程序；所述APPS处理器通过LoRa模块与表端节点进行无线通信，所述MODEM处理器用于与云平台进行数据传输。
优选的，所述LoRa模块进一步包括LORA射频单元和LORA基带单元；所述LORA射频单元用于获取表端节点的无线信号并对所述无线信号进行射频处理得到码片级数据，所述LORA基带单元对所述码片级数据进行基带处理，得到符号级数据。
优选的，所述LoRa模块采用SX1278芯片。
优选的，所述LoRa模块还包括UART接口、USB接口、SPI接口中的一个以上接口，并通过该一个以上接口将所述符号级数据传输至APPS处理器。
进一步的，所述APPS处理器对所述LoRa模块进行无线参数配置，并对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据；述APPS处理器通过封包转送将所述MAC层数据传送至所述MODEM处理器。
进一步的，所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给所述MODEM处理器；所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台。
优选的，所述基带芯片采用高通MDM9x07芯片。
优选的，所述装置还包括：
电源模块，用于电源控制管理；
WIFI模块或以太网口模块，用于与云平台进行网络连接；
所述LoRa模块、所述电源模块、所述WIFI模块或以太网口模块通过所述APPS处理器进行统一调度。
与所述数据采集装置相对应的，本发明还提供一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集方法，其包括以下步骤：
a.通过LoRa模块采集表端节点的无线信号，对所述无线信号进行射频处理得到码片级数据，并对所述码片级数据进行基带处理得到符号级数据，然后将所述符号级数据传输至APPS处理器；
b.通过所述APPS处理器对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据；
c.通过所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给MODEM处理器；
d.通过所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台。
优选的，还包括远程升级步骤，所述MODEM处理器通过网络与FOTA服务器进行通信连接获取FOTA升级包，并将所述FOTA升级包传输至所述APPS处理器对所述LoRaWAN网关应用程序进行远程升级，和/或，将所述FOTA升级包传输至所述LoRa模块对LoRa模块的配置参数进行远程升级。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将MCU主控制器的功能(LoRaWAN网关应用程序)移植到基带芯片的APPS处理器中，通过该APPS处理器调度各个模块，从而无需外挂MCU主控制器，集成度更高，使得成本控制、系统稳定性、系统功耗、复杂度均大大降低；
(2)本发明通过APPS处理器进行数据处理，有利于后期应用程序版本的升级，能够实现远程升级，无需现场升级或点对点升级，维护更方便；
(3)本发明的开发模式，能够快速接入第三方库或者工具，便于后期的迭代开发；
(4)本发明能够提高数据处理和数据传输的效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术的智能燃气网关数据采集装置的框架结构示意图；
图2为本发明一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置的框架结构示意图；
图3为本发明一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集方法的流程简图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本实施例的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，所述装置包括：
基带芯片，所述基带芯片包括APPS处理器(应用和驱动处理子系统)和与所述APPS处理器相连接的MODEM处理器(基带调制解调处理子系统)；
LoRa模块，所述LoRa模块包括LORA射频单元和LORA基带单元；
电源模块，用于电源控制管理；
WIFI模块或以太网口模块，用于与云平台进行网络连接；
所述LoRa模块、所述电源模块、所述WIFI模块或以太网口模块通过所述APPS处理器进行统一调度。
其中，所述APPS处理器集成有LoRaWAN无线协议栈，并内置有LoRaWAN网关应用程序；所述APPS处理器通过LoRa模块与表端节点进行无线通信，所述MODEM处理器用于与云平台进行数据传输。本实施例中，所述基带芯片采用高通MDM9x07芯片。
本实施例中，所述LoRa射频单元采用RF集成电路，所述LORA射频单元用于与表端节点的天线进行无线通信并获取表端节点的LoRa格式空口(空中接口)数据，即所述无线信息，并将所述无线信息进行射频处理得到码片级数据；本实施例中，所述LORA基带单元采用DSP处理器，所述LORA基带单元对所述码片级数据进行基带处理，得到符号级数据。本实施例中，所述LoRa模块采用Semtech(升特半导体)SX1278芯片。LORA射频单元实现射频处理，即空口数据处理；SX1278芯片实现PHY物理层。所述LoRa模块还包括UART接口、USB接口、SPI接口中的一个以上接口，并通过该一个以上接口将所述符号级数据传输至APPS处理器。
所述APPS处理器对所述LoRa模块进行无线参数配置，并对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据。并且，所述APPS处理器通过封包转送(Packet Forward)将所述MAC层数据传送至所述MODEM处理器。具体的，所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给所述MODEM处理器；所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台(如阿里云或腾讯云)。
本实施例中，所述APPS处理器还对LoRa模块进行无线参数配置，如主动上发模式与被动唤醒模式的相关参数进行配置；上行方向，表具采用主动上发模式上传抄表数据及状态等，APPS透传到后台服务器；下行方向，采用被动唤醒模式，通过云平台下发表具的外设唤醒消息，实现点对点抄读。APPS起到承前启下作用，即无线参数配置和通信帧的MAC层处理。
如图3所示，与所述数据采集装置相对应的，本发明还提供一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集方法，其包括以下步骤：
a.通过LoRa模块采集表端节点的无线信号，对所述无线信号进行射频处理得到码片级数据，并对所述码片级数据进行基带处理得到符号级数据，然后将所述符号级数据传输至APPS处理器；
b.通过所述APPS处理器对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据；
c.通过所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给MODEM处理器；
d.通过所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台。
所述APPS处理器接收到云平台表具激活或点抄等命令，通过LoRa模块对表具进行相应操作。并且，通过所述APPS处理器对LoRa模块无线参数进行配置，被动唤醒模式或主动上报模式的相关配置。
本实施例中还提供FOTA(Firmware Over-The-Air)升级功能。FOTA升级功能可用于远程升级所述LoRaWAN网关应用程序，也可用于远程升级LoRa模块相关配置，无需现场升级。当使用进行升级时，远程控制器通过网络与Modem处理器通信连接，进而与APPS处理器连接来进行远程升级。具体如下：所述MODEM处理器通过网络与FOTA服务器进行通信连接获取FOTA升级包，并将所述FOTA升级包传输至所述APPS处理器对所述LoRaWAN网关应用程序进行远程升级，和/或，将所述FOTA升级包传输至所述LoRa模块对LoRa模块的配置参数进行远程升级。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。
并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于，所述装置包括基带芯片和LoRa模块，所述基带芯片包括APPS处理器和与所述APPS处理器相连接的MODEM处理器；其中，所述APPS处理器集成有LoRaWAN无线协议栈，并内置有LoRaWAN网关应用程序；所述APPS处理器通过LoRa模块与表端节点进行无线通信，所述MODEM处理器用于与云平台进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述LoRa模块进一步包括LORA射频单元和LORA基带单元；所述LORA射频单元用于获取表端节点的无线信号并对所述无线信号进行射频处理得到码片级数据，所述LORA基带单元对所述码片级数据进行基带处理得到符号级数据。
3.根据权利要求2所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述LoRa模块采用SX1278芯片。
4.根据权利要求2所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述LoRa模块还包括UART接口、USB接口、SPI接口中的一个以上接口，并通过该一个以上接口将所述符号级数据传输至APPS处理器。
5.根据权利要求4所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述APPS处理器对所述LoRa模块进行无线参数配置，并对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据；所述APPS处理器通过封包转送将所述MAC层数据传送至所述MODEM处理器。
6.根据权利要求5所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给所述MODEM处理器；所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台。
7.根据权利要求1所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述基带芯片采用高通MDM9x07芯片。
8.根据权利要求1所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置，其特征在于：所述装置还包括：
电源模块，用于电源控制管理；
WIFI模块或以太网口模块，用于与云平台进行网络连接；
所述LoRa模块、所述电源模块、所述WIFI模块或以太网口模块通过所述APPS处理器进行统一调度。
9.一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过LoRa模块采集表端节点的无线信号，对所述无线信号进行射频处理得到码片级数据，并对所述码片级数据进行基带处理得到符号级数据，然后将所述符号级数据传输至APPS处理器；
b.通过所述APPS处理器对所述符号级数据进行MAC层处理，封装得到MAC层数据；
c.通过所述APPS处理器对所述MAC层数据进行封装为驱动层数据包，并将所述驱动层数据包通过底层硬件透传给MODEM处理器；
d.通过所述MODEM处理器对所述驱动层数据包进行处理得到IP数据包，并将所述IP数据包传输至所述云平台。
10.根据权利要求9所述的一种智能燃气LoRaWAN网关数据采集方法，其特征在于，还包括远程升级步骤，所述MODEM处理器通过网络与FOTA服务器进行通信连接获取FOTA升级包，并将所述FOTA升级包传输至所述APPS处理器对所述LoRaWAN网关应用程序进行远程升级，和/或，将所述FOTA升级包传输至所述LoRa模块对LoRa模块的配置参数进行远程升级。
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