CN110933634A - 基于LoRa通信的物联网系统 - Google Patents

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张沛昌
黄磊
蒋隽毅
金帆
罗泉
王派虎
许家俊
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Abstract

本申请涉及一种基于LoRa通信的物联网系统，所述基于LoRa通信的物联网系统包括：LoRa节点装置，所述LoRa节点装置用于采集传感器数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线LoRa协议传输至对应的LoRa网关装置；LoRa网关装置，所述LoRa网关装置用于获取所述LoRa节点装置传输的数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线通信协议传输至对应的服务器；服务器，所述服务器用于获取所述LoRa网关装置传输的数据；其中，所述LoRa节点装置以及LoRa网关装置中的MCU模块均为树莓派。本发明降低了通信过程中的延时，实现了提高整个物联网系统的性能。

Description

基于LoRa通信的物联网系统
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，特别是涉及一种基于LoRa通信的物联网系统。
背景技术
目前，低功耗广域网(Low Power Wide Area Network)物联网技术是近年国际上一种革命性的物联网接入技术，与WiFi蓝牙、ZigBee等现有技术相比，LPWAN真正实现了大区域物联网低成本全覆盖。
在传统技术中，LoRa通信系统中使用的MCU通常为stm32，stm32具有一定的处理能力，由于LoRa本身通信具有半双工特性，因此使用stm32作为LoRa模块的控制芯片来说，具体的控制流程主要分为两个部分如下：首先，stm32控制LoRa模块接收数据，LoRa模块接收到其他LoRa模块传输的数据后进行处理数据，将数据处理完毕后，stm32才能设置将数据通过LoRa模块发送出去。其次，stm32控制LoRa模块发送数据，只有将数据发送之后stm32才能控制LoRa模块进行数据的接收。由此可见，传统的LoRa通信系统在数据处理以及传输的过程中存在一定程度的延时，导致通信系统的整体性能得不到有效的保障。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以实现提升系统整体性能的基于LoRa通信的物联网系统。
一种基于LoRa通信的物联网系统，所述基于LoRa通信的物联网系统包括：
LoRa节点装置，所述LoRa节点装置用于采集传感器数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线LoRa协议传输至对应的LoRa网关装置；
LoRa网关装置，所述LoRa网关装置用于获取所述LoRa节点装置传输的数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线通信协议传输至对应的服务器；
服务器，所述服务器用于获取所述LoRa网关装置传输的数据；
其中，所述LoRa节点装置以及LoRa网关装置中的MCU模块均为树莓派。
在其中一个实施例中，所述LoRa节点装置包括：
传感器，所述传感器用于采集所述LoRa节点装置所在应用场景的数据；
第一LoRa模块，所述第一LoRa模块用于与LoRa网关装置进行长距离数据通信，并将采集到的传感器数据定时的传输给对应的LoRa网关装置；
第一MCU模块，所述第一MCU模块用于通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理，并发送相应的控制指令；
控制模块，所述控制模块用于获取第一MCU模块发送的控制指令，并根据所述控制指令的具体内容执行相应的控制操作；
第一电源模块，所述第一电源模块用于为上述各个模块进行供电。
在其中一个实施例中，所述LoRa网关装置包括：
第二LoRa模块，所述第二LoRa模块用于与LoRa节点装置进行长距离数据通信，获取所述LoRa节点装置通过传感器采集的数据；
第二MCU模块，所述第二MCU模块用于通过边缘计算对从LoRa节点装置获取的数据进行数据分析处理；
网口模块，所述网口模块用于与服务器进行无线通信；
第二电源模块，所述第二电源模块用于为上述各个模块进行供电。
在其中一个实施例中，所述控制模块包括：继电器以及受控设备。
在其中一个实施例中，所述LoRa节点装置通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理、数据预警以及受控设备的动作应答。
在其中一个实施例中，当所述LoRa节点装置与LoRa网关装置无法通信时，所述LoRa节点装置会暂时保存数据防止丢失，待所述LoRa节点装置与LoRa网关装置通信正常时，将所述LoRa节点装置存储的数据重新上传至对应的LoRa网关装置。
在其中一个实施例中，所述LoRa网关装置通过边缘计算，并融合机器学习算法对从LoRa节点装置获取的数据进行环境数据预测。
在其中一个实施例中，所述LoRa网关装置通过网口模块获取服务器搭建好的算法模型，并根据获取到的算法模块进行环境数据预测。
在其中一个实施例中，所述LoRa网关装置还用于对从LoRa节点装置获取的数据进行数据清洗。
在其中一个实施例中，当所述LoRa网关装置与服务器无法通信时，所述LoRa网关装置会暂时保存数据防止丢失，待所述LoRa网关装置与服务器正常时，将所述LoRa网关装置存储的数据重新上传至对应的服务器。
上述基于LoRa通信的物联网系统通过使用树莓派作为系统的MCU，通过树莓派控制LoRa模块，树莓派使用linux系统，可以进行多线程操作。由于可以进行多线程操作，所以当LoRa网关接收到LoRa节点的数据就立马开启一个线程专门做数据处理工作，同时LoRa网关的LoRa模块立马进入接收数据状态，当有新的数据过来的话同理，这样将节省stm32处理数据的时间，尽可能的防止没有接收到LoRa节点传来的数据。尤其是当LoRa节点数量众多的时候更可以体现这种新型系统的优越之处，提高了系统的整体性能。
附图说明
图1为一个实施例中基于LoRa通信的物联网系统的结构框图；
图2为一个实施例中LoRa节点装置的结构框图；
图3为一个实施例中LoRa网关装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，一种基于LoRa通信的物联网系统100，该物联网系统包括：
LoRa节点装置110，用于采集传感器数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线LoRa协议传输至对应的LoRa网关装置；
LoRa网关装置120，用于获取LoRa节点装置传输的数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线通信协议传输至对应的服务器；
服务器130，用于获取LoRa网关装置120传输的数据；
其中，LoRa节点装置110以及LoRa网关装置120中的MCU模块均为树莓派。
具体地，基于LoRa技术通信的系统主要分为三大部分：服务器，LoRa网关，LoRa节点。其工作原理为：LoRa节点采集传感器数据将数据经过处理后再将数据通过无线LoRa协议传输至LoRa网关，LoRa网关将数据经过处理后再将数据通过无线通信协议传输至服务器，从而实现低功耗的广域网进行通信。在本实施例中，使用树莓派作为系统的MCU，通过树莓派控制LoRa模块，树莓派使用linux系统，可以进行多线程操作。
树莓派是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100以太网接口(A型没有网口)，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。
在本实施例中，由于可以进行多线程操作，所以当LoRa网关接收到LoRa节点的数据就立马开启一个线程专门做数据处理工作，同时LoRa网关的LoRa模块立马进入接收数据状态，当有新的数据过来的话同理，这样将节省stm32处理数据的时间，尽可能的防止没有接收到LoRa节点传来的数据。当LoRa节点数量众多的时候更可以体现这种新型系统的优越之处，降低了系统通信的延时，进而实现了提高整个物联网系统的性能。
在一个实施例中，如图2所示，LoRa节点装置110包括：
传感器111，用于采集LoRa节点装置所在应用场景的数据；
第一LoRa模块112，用于与LoRa网关装置进行长距离数据通信，并将采集到的传感器数据定时的传输给对应的LoRa网关装置；
第一MCU模块113，用于通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理，并发送相应的控制指令；
控制模块114，用于获取第一MCU模块发送的控制指令，并根据控制指令的具体内容执行相应的控制操作；
第一电源模块115，用于为上述各个模块进行供电。
在一个实施例中，控制模块114包括：继电器以及受控设备。
在一个实施例中，LoRa节点装置110通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理、数据预警以及受控设备的动作应答。
在上述实施例中，通过LoRa节点装置实现了长距离的数据通信，节点装置将采集的传感器数据可以长距离的传输给LoRa网关。由于LoRa技术的通信距离相当广泛，所以在一定区域内可以使用较少的设备就能实现数据的传输，降低了物联网搭建成本。此外，由于LoRa节点装置应用了边缘计算技术，因此LoRa节点装置的数据处理与决策将会更加及时，能够降低突发异常情况下所造成的损失，提高了整个物联网系统的稳定性以及可靠性。
在一个实施例中，如图3所示，LoRa网关装置120包括：
第二LoRa模块121，用于与LoRa节点装置进行长距离数据通信，获取LoRa节点装置通过传感器采集的数据；
第二MCU模块122，用于通过边缘计算对从LoRa节点装置获取的数据进行数据分析处理；
网口模块123，用于与服务器进行无线通信；
第二电源模块124，用于为上述各个模块进行供电。
在一个实施例中，LoRa网关装置120通过边缘计算，并融合机器学习算法对从LoRa节点装置110获取的数据进行环境数据预测。
在一个实施例中，LoRa网关装置120通过网口模块123获取服务器130搭建好的算法模型，并根据获取到的算法模块进行环境数据预测。
在一个实施例中，LoRa网关装置120还用于对从LoRa节点装置110获取的数据进行数据清洗。
在上述实施例中，LoRa网关装置通过LoRa模块与LoRa节点装置进行通信，通过网口模块与服务器通信，并且集成了边缘计算技术。由于LoRa技术的通信距离相当广泛，所以在一定区域内可以使用较少的设备就能实现数据的传输，降低了物联网搭建成本。此外，由于LoRa网关装置应用了边缘计算技术，因此可以将部分的数据处理工作通过LoRa网关装置进行处理，以减轻服务器的负担，优化物联网系统的整体性能。
在一个实施例中，当LoRa节点装置110与LoRa网关装置120无法通信时，LoRa节点装置110会暂时保存数据防止丢失，待LoRa节点装置110与LoRa网关装置120通信正常时，将LoRa节点装置110存储的数据重新上传至对应的LoRa网关装置120。
在本实施例中，LoRa节点装置可以实现与网关失去联系时，进行本地数据的保存策略，可以防止数据丢失。另外，LoRa节点装置可以将一些数据作为本地存储，当网关需要时可以获取节点储存的数据，当一个网关连接这众多节点设备时，这以处理将大大减小网关设备的负担，优化系统的整体性能。
在一个实施例中，当LoRa网关装置120与服务器130无法通信时，LoRa网关装置120会暂时保存数据防止丢失，待LoRa网关装置120与服务器130正常时，将LoRa网关装置120存储的数据重新上传至对应的服务器130。
在本实施例中，当LoRa网关装置与服务器断线时，LoRa网关会暂时保存数据防止丢失，待LoRa网关与服务器通信正常时将会将LoRa网关存储的数据重新上传至服务器。另外，LoRa网关装置可以将一些数据作为本地存储，当服务器需要时可以获取LoRa网关储存的数据，当存在众多网关设备时，这一处理将大大减小服务器的负担，优化系统的整体性能。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述基于LoRa通信的物联网系统包括：
LoRa节点装置，所述LoRa节点装置用于采集传感器数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线LoRa协议传输至对应的LoRa网关装置；
LoRa网关装置，所述LoRa网关装置用于获取所述LoRa节点装置传输的数据，并将数据经过MCU模块处理后再将数据通过无线通信协议传输至对应的服务器；
服务器，所述服务器用于获取所述LoRa网关装置传输的数据；
其中，所述LoRa节点装置以及LoRa网关装置中的MCU模块均为树莓派。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa节点装置包括：
传感器，所述传感器用于采集所述LoRa节点装置所在应用场景的数据；
第一LoRa模块，所述第一LoRa模块用于与LoRa网关装置进行长距离数据通信，并将采集到的传感器数据定时的传输给对应的LoRa网关装置；
第一MCU模块，所述第一MCU模块用于通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理，并发送相应的控制指令；
控制模块，所述控制模块用于获取第一MCU模块发送的控制指令，并根据所述控制指令的具体内容执行相应的控制操作；
第一电源模块，所述第一电源模块用于为上述各个模块进行供电。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa网关装置包括：
第二LoRa模块，所述第二LoRa模块用于与LoRa节点装置进行长距离数据通信，获取所述LoRa节点装置通过传感器采集的数据；
第二MCU模块，所述第二MCU模块用于通过边缘计算对从LoRa节点装置获取的数据进行数据分析处理；
网口模块，所述网口模块用于与服务器进行无线通信；
第二电源模块，所述第二电源模块用于为上述各个模块进行供电。
4.根据权利要求2所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述控制模块包括：继电器以及受控设备。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa节点装置通过边缘计算对采集到的传感器数据进行数据处理、数据预警以及受控设备的动作应答。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，当所述LoRa节点装置与LoRa网关装置无法通信时，所述LoRa节点装置会暂时保存数据防止丢失，待所述LoRa节点装置与LoRa网关装置通信正常时，将所述LoRa节点装置存储的数据重新上传至对应的LoRa网关装置。
7.根据权利要求3所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa网关装置通过边缘计算，并融合机器学习算法对从LoRa节点装置获取的数据进行环境数据预测。
8.根据权利要求7所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa网关装置通过网口模块获取服务器搭建好的算法模型，并根据获取到的算法模块进行环境数据预测。
9.根据权利要求8所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，所述LoRa网关装置还用于对从LoRa节点装置获取的数据进行数据清洗。
10.根据权利要求9所述的基于LoRa通信的物联网系统，其特征在于，当所述LoRa网关装置与服务器无法通信时，所述LoRa网关装置会暂时保存数据防止丢失，待所述LoRa网关装置与服务器正常时，将所述LoRa网关装置存储的数据重新上传至对应的服务器。
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