CN111145524B - 一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LoRa无线表计采集系统，包括集中器和数据采集终端，集中器包括第一MCU微控制器，第一MCU微控制器通过SPI通行连接有第一LoRa射频模块和外部存储器，第一MCU微控制器通过USART通行连接有GPRS模组和485通行接口；数据采集终端包括第二MCU微控制器，第二微控制器连接有第二LoRa射频模块和数据采集模块，数据采集模块采用脉冲传感或直读传感采集数据。具有以下优点：在网络配置范围内，相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，从而避免了相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量的问题，降低了抄表功耗，提高了抄表成功率。在网络配置范围内，相同工作信道的表计采集器系统不会出现相同的通信秘钥，从而避免相邻相同信道抄表增加数据采集终端功耗问题。
Description
技术领域
本发明属于表计数据采集技术领域，公开一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法。
背景技术
LoRa通信采用无线扩频技术，具有功耗低、传输距离远的特点，非常适合水、电、气、热表计的数据采集，并且在行业中广泛的应用。表计行业除电表外其他表计都采用电池供电，在电池供电的情况下，表计设备功耗越低，表计的成本就越低。由于LoRa无线通信距离远，频道资源有限，面临着同频相互串扰增加功耗的问题和临近相同频段网络相互串扰降低通信质量的问题。
表计设备多安装在居民楼的管道井、楼宇两侧的地坑(为了防止冻表，深度在0.5～1.5米)、楼宇的管道井及厨房等环境中。在空旷环境中，LoRa的理论传输距离是15～20公里，而表计的实际应用中，当区域内信号100％覆盖，表计在地坑并且井盖材质是铁盖时，传输距离为100米；在管道井环境时传输距离为500米；在厨房环境时传输距离为1000米。区域内信号覆盖率降低到50％时，信号的传输距离可增加到100％覆盖率时传输距离的2倍，当区域覆盖率降到10％，信号传输距离可增加到100％覆盖率的5倍(信号覆盖区域表如图1，相邻区域存在信号相互叠加的情况)。
根据国家《微功率短距离无线电发射设备技术要求》，民用仪表无线电设备科采用470M频段中的490—495MHz,无线LoRa设备的带宽为125K,不同信道间隔带宽为有效带宽的两倍。根据带宽资源与使用要求LoRa可分配24个通信信道。表计安装环境恶劣，信道资源有限，在表计使用密集区域，相同信道表计临近安装，人为又无法避免，当相邻区域表计使用相同信道通信时，任一表计抄收都会误唤醒相邻区域相同信道表计，增加表计功耗；而相邻区域相同信道表计同时通信，相互影响网络通行质量，降低表计抄表成功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，就可以避免了相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量，降低抄表成功率的问题；秘钥与工作信道错位取余公倍数方法避免了相邻区域相同信道增加功耗的问题，时段与信道错位取余公倍数的方法解决了定时抄表同频干扰问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种LoRa无线表计采集系统，包括集中器和数据采集终端，集中器包括第一MCU微控制器，第一MCU微控制器通过SPI通行连接有第一LoRa射频模块和外部存储器，第一MCU微控制器通过USART通行连接有GPRS模组和485通行接口；数据采集终端包括第二MCU微控制器，第二微控制器连接有第二LoRa射频模块和数据采集模块，数据采集模块采用脉冲传感或直读传感采集数据。
一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，所述避免同频干扰的方法包括参数的配置，配置的参数包括网络配置参数A、网络信道数量B、唤醒秘钥数量C、抄表时段数量D、网络信道值E、网络唤醒秘钥值F和抄表时段值G。
进一步的，所述参数配置具体的过程如下：
网络配置参数选择：网络配置参数作为表计采集系统局域网限制参数，在表计采集系统的数据采集终端只响应相同网络配置参数的命令，集中器网络配置参数工厂设置1—9999循环使用，数据采集终端网络参数用户根据集中器的网络配置参数分配；
网络信道数量选择：由民用仪表使用的频段与LoRa特性决定为24；
唤醒秘钥数量选择：唤醒秘钥数量为35；
抄表时段数量选择：抄表时段数量根据表计采集系统中最大容纳标数量的抄表时间，与最小的抄表周期内所能容纳最大抄表时间的数量获取，确定为31；
网络信道值选择：网络信道值作为集中器与终端采集模块通信的通信频点，网络信道值的选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B。
唤醒秘钥值选择：唤醒秘钥值作为集中器唤醒数据采集终端的唤醒码，唤醒秘钥值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F＝(A/B)％C；；
抄表时段值选择：抄表时段值作为集中器在抄表周期内抄读数据采集终端数据的工作时间，抄表时段值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G＝(A/B)％D。
进一步的，所述方法包括以下步骤：
步骤1，集中器在工厂设置网络配置参数，从1—9999逐一递增，此参数只可由工厂设置，保证现场LoRa有效通信范围内不会出现相同配置的网络参数；数据采集终端网络配置出厂时参数默认为0，集中器根据网络配置参数计算自己的抄表通信工作信道、抄表唤醒秘钥、定时抄表时间段。集中器分配管辖数据采集终端的网络配置参数，数据采集终端根据集中器配置的网络配置参数分配自己的抄表工作信道、抄表唤醒秘钥。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤2，现场安装数据采集终端。此时的数据采集终端未属于某个网络，数据采集终端可接收任何集中器的数据，数据采集终端接收到集中器下达的网络参数配置命令后，自动将自己的工作信道切换到与管辖集中器网络参数的配置一样的工作信道，同时将唤醒秘钥也与集中器的同步。在修改网络参数成功后，该数据采集终端不再接收其他参数的集中器配置，实现只与从属的集中器通信。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤3，现场勘测集中器与数据采集终端的信号。工程人员通过后台软件下载集中器管辖的表计地址表，成功下载地址表后，后台软件读取数据采集终端的信号强度，读取信号强度后导出终端位置与对应的链路之间信号强度，工程人员通过信号覆盖等级调制集中器位置。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤4，配置数据采集终端网络配置参数，工程人员通过后台软件启动集中器，自动配置采集终端网络配置参数，集中器会根据地址表逐一配置所管辖数据采集终端的网络配置参数，配置参数默认配置次数为三次，每配置一次均检测一次配置情况，如果地址表中所有表计均配置成功，则不再做重复流程，如果三次配置完成检测还存在未成功配置的数据采集终端，集中器将会发送配置失败信息，工程人员根据配置失败参数手动配置网络配置参数，直到所有数据采集终端网络参数全部配置成功。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤5，集中器定时抄表。集中器根据工程人员设置的抄表参数、集中器工厂设置的网络配置参数及自己的抄表通信工作信道计算抄表时间，集中器根据自己的网络配置参数及抄表通信工作信道计算管辖水表的通信秘钥；集中器通过两项参数计算，分配私有通信秘钥与合理分配时间抄表。数据采集终端侦听无线唤醒秘钥时，对接收的唤醒秘钥与自己网络配置参数分配的唤醒秘钥做对比，唤醒秘钥不匹配时数据采集终端不唤醒，避免终端误唤醒增加自身功耗。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤6，后台软件实时读取终端采集数据，并可以控制终端阀门或读取阀门状态，工程人员在系统后台通过GPRS对集中器下发控制命令，集中器通过LoRa通信技术对数据终端下发控制命令，数据终端接收到命令后应答集中器命令，执行命令操作，执行完成后反馈给集中器执行结果，集中器再将执行结果传递给后台软件，并由后台软件将执行结果反馈给工程人员。
进一步的，所述LoRa无线表计采集系统中表计抄表方式包括人为抄表和定时抄表；
人为抄表时LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法如下：
启动选中的集中器，集中器对管理的数据采集终端进行数据采集，在集中器采集数据时只允许唤醒所管辖水表，如果相邻区域有相同信道的水表不可唤醒，网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B。唤醒秘钥值选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F＝(A/B)％C，抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与工作唤醒秘钥值F同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与C的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，C]*B，B、C值的设定分别为24和35，即最大网络配置参数为20160，因为设定的网络配置参数范围为1-9999，在不同网络配置参数下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值与工作唤醒秘钥值同时相同的情况，即不会出现相同工作网络信道使用相同的工作唤醒秘钥的情况；
定时抄表时LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法如下：
设置集中器的定时抄表参数，集中器根据设置的定时抄表参数自动抄读数据采集终端的数据，抄表时段值选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G＝(A/B)％D。网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B。定时抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与D的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，D]*B，B、D值的设定分别为24和31，即最大网络配置参数为17856，因为设定的网络配置参数范围为1-9999，在不同网络配置参数下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，即不会出现相同时段内存在相同工作信道的情况；相邻小区内存在相同工作信道的表计时，由于相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，可以避免相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，可以避免相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量，降低抄表成功率的问题。通过算法设计，相邻区域表计工作网络信道值与工作唤醒秘钥值不会同时相同，避免了相邻区域相同信道增加功耗的问题，抄表时段值与工作网络信道值不同时相同，解决了定时抄表同频干扰问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明背景技术中的LoRa信号覆盖区域示意图；
图2为本发明实施例中集中器的结构框图；
图3为本发明实施例中数据采集终端的结构框图；
图4为本发明实施例中集中器的工作流程图；
图5为本发明实施例中数据采集终端的工作流程图。
具体实施方式
实施例1，如图2和图3所示，一种LoRa无线远传表计采集系统，包括集中器和数据采集终端，集中器包括第一MCU微控制器，第一MCU微控制器的型号为STM32151CBT6，第一MCU微控制器通过SPI通行连接有第一LoRa射频模块和外部存储器，第一MCU微控制器通过USART通行连接有GPRS模组和485通行接口；数据采集终端包括第二MCU微控制器，第二MCU微控制器的型号为STM8L151K4T6，第二微控制器连接有第二LoRa射频模块和数据采集模块，数据采集模块采用脉冲传感或直读传感采集数据。
所示集中器的功能是通过LoRa通信技术采集数据终端中表计数据并存储于集中器中，然后通过GPRS传到后台软件，实现抄表软件对终端表计数据采集，数据采集终端功能是通过总线直读方式或脉冲累计方式读取表计传感器的数据，存储在数据采集终端中，然后通过LoRa通信技术将数据传到集中器。
所述LoRa无线远传表计采集系统的工作模式是通过人为操作集中器读取表计的实时数据，处理现场执行命令，通过设置集中器定时抄表参数，集中器按照定时抄表参数定期采集表计数据。
所述LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法中涉及的参数包括网络配置参数A、网络信道数量B、唤醒秘钥数量C、抄表时段数量D、网络信道值E、网络唤醒秘钥值F和抄表时段值G，各个参数具体的配置过程如下：
网络配置参数选择：网络配置参数作为表计采集系统局域网限制参数，在表计采集系统的数据采集终端只响应相同网络配置参数的命令。集中器网络配置参数在工厂设置1—9999循环使用，根据表计最恶劣环境的有效覆盖范围100米，与网络配置参数的数量乘积，可达1000公里的覆盖范围，根据LoRa理论传输距离15—20公里，整个网络配置参数覆盖范围是LoRa理论通信距离的50—65倍，网络配置参数循环使用很少出现相邻区域网络配置参数相同的情况，可以忽略相同区域网络参数相同情况；数据采集终端网络参数用户根据集中器的网络配置参数分配。
网络信道数量选择：由民用仪表使用的频段与LoRa特性决定为24；
唤醒秘钥数量选择：唤醒秘钥数量为35；
抄表时段数量选择：抄表时段数量根据表计采集系统中最大容纳标数量的抄表时间，与最小的抄表周期内所能容纳最大抄表时间的数量获取，确定为31；
网络信道值选择：网络信道值作为集中器与终端采集模块通信的通信频点，网络信道值的选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B。
唤醒秘钥值选择：唤醒秘钥值作为集中器唤醒数据采集终端的唤醒码，唤醒秘钥值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F＝(A/B)％C；
抄表时段值选择：抄表时段值作为集中器在抄表周期内抄读数据采集终端数据的工作时间，抄表时段值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G＝(A/B)％D。
表计采集系统人为抄表流程为启动选中的集中器，集中器对管理的数据采集终端进行数据采集，在集中器采集数据时只允许唤醒所管辖水表，如果相邻区域有相同信道的水表不可唤醒。网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B，唤醒秘钥值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F＝(A/B)％C；抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与工作唤醒秘钥值F同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与C的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，C]*B，B、C值的设定分别为24和35，即最大网络配置参数为20160。因为设定的网络配置参数范围为1-9999，当网络配置参数小于20160时，在不同网络配置参数下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，即不会出现相同工作网络信道使用相同的工作唤醒秘钥的情况；相邻小区存在相同的抄表工作信道情况下由于集中器与数据采集终端的通信秘钥不同(即：两个相同抄表工作信道的表计的网络信道值E和网络唤醒秘钥值F不会同时相同)就不可以唤醒相邻相同工作信道的表计，就避免了相邻区域相同工作信道串扰增加表计功耗问题。
表计采集系统定时抄表流程为人为通过后台软件设置集中器的定时抄表参数，集中器根据设置的定时抄表参数自动抄读数据采集终端的数据，抄表时段值选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G＝(A/B)％D。网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E＝A％B。定时抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与D的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，D]*B，B、D值的设定分别为24和31，即最大网络配置参数为17856。因为设定的网络配置参数范围为1-9999，当网络配置参数小于17856，在不同网络配置参数下，此算法不会出现相同时段内存在相同工作信道的情况，即相同时刻不同表计网络信道值E与抄表时段值G不会同时相同，相邻小区内存在相同工作信道的表计时，由于相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，可以避免相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量，降低抄表成功率的问题。秘钥与工作信道错位取余公倍数避免了相邻区域相同信道增加功耗的问题，两次错位取余公倍数的方法解决了定时抄表同频干扰问题。
集中器与数据采集终端的工作网络信道数量、工作抄表时段数量、通信工作网络唤醒秘钥数量在程序固件中建立库，集中器的网络配置参数由工厂设置，数据采集终端的网络配置参数由用户通过启动集中器自动配置数据采集终端完成对数据采集终端网络参数的配置。
根据LoRa无线远传表计采集系统功能的需求和信道资源限制，为解决限制条件下同频干扰问题，本发明公开一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法避免此问题，该方法包括以下步骤：
步骤1，集中器在工厂设置网络配置参数，从1—9999逐一递增，此参数只可由工厂设置，保证现场LoRa有效通信范围内不会出现相同配置的网络参数；数据采集终端网络配置参数默认0出厂，集中器根据网络配置参数计算自己的抄表通信工作信道、抄表唤醒秘钥、定时抄表时间段、集中器分配管辖数据采集终端的网络配置参数，数据采集终端根据集中器配置的网络配置参数分配自己的抄表工作信道、抄表唤醒秘钥。
步骤2，现场安装数据采集终端，此时的数据采集终端未属于某个网络，数据采集终端可接收任何集中器的数据，数据采集终端接收到集中器下达的网络参数配置命令后，自动将自己的工作信道切换到与管辖集中器网络参数的配置一样的工作信道，同时将唤醒秘钥也与集中器的同步，数据采集终端在修改网络参数成功后不再接收其他参数的集中器配置，实现只与从属的集中器通信。
若需要数据采集终端能接收其他集中器的通信可以通过从属的集中器恢复数据采集终端为出厂模式，恢复出厂模式后数据采集终端就可接收其他集中器的数据采集与通信，具体实现方式为工程人员启动集中器恢复数据采集终端网络配置参数，集中器收到命令后将会按照表计地址表逐一恢复数据采集终端的网络配置参数，此过程执行三次，每次执行后检测执行情况，在三次执行后仍然没有执行成功的上报后台软件，工程人员手动单独执行恢复数据采集终端网络配置参数。
步骤3，现场勘测集中器与数据采集终端的信号，工程人员通过后台软件下载集中器管辖的表计地址表，成功下载地址表后，后台软件读取数据采集终端的信号强度，读取信号强度后导出终端位置与对应的链路之间信号强度，工程人员通过信号覆盖等级调制集中器位置。
步骤4，配置数据采集终端网络配置参数，工程人员通过后台软件启动集中器，自动配置采集终端网络配置参数，集中器会根据地址表逐一配置所管辖数据采集终端的网络配置参数，配置参数默认配置次数为三次，每配置一次均检测一次配置情况，如果地址表中所有表计均配置成功，则不再做重复流程，如果三次配置完成检测还存在未成功配置的数据采集终端，集中器将会发送配置失败信息，工程人员根据配置失败参数手动配置网络配置参数，直到所有数据采集终端网络参数全部配置成功。
步骤5，集中器定时抄表，集中器根据工程人员设置抄表参数(按月抄表或是按日抄表)与集中器工厂设置的网络配置参数计算自己抄表时间，集中器根据自己的网络配置参数计算管辖水表的通信秘钥；集中器通过两项参数计算，使用通信秘钥与合理分配时间抄表，数据采集终端侦听无线唤醒秘钥时，对接收的唤醒秘钥与自己网络配置参数分配的唤醒秘钥做对比，唤醒秘钥不匹配数据采集终端不唤醒，数据采集终端避免终端误唤醒增加自身功耗。
步骤6，后台软件实时读取终端采集数据与控制终端阀门或读取阀门状态，工程人员后台通过GPRS对集中器下发控制命令，集中器通过LoRa通信技术对数据终端下发控制命令，数据终端接收到命令后应答集中器命令，执行命令操作，执行完成反馈集中器执行结果，集中器再将执行结果传递给后台软件后台软件将数据采集终端执行结果反馈给工程人员。
所述LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法中集中器的工作流程如下：
步骤S101，集中器开始工作，完成后进入步骤S102；
步骤S102，集中器工厂设置网络配置参数，完成后进入步骤S103；
步骤S103，判断有无同步管辖采集终端网络参数命令，若有则进入步骤S107，否则进入步骤S104；
步骤S107，检测集中器与数据采集终端的信号强度，完成后进入步骤S108；
步骤S108，检测信号是否达标，若是达标，则进入步骤S110，否则进入步骤S109；
步骤S109，工程人员调试移动集中器位置，完成后返回执行步骤S107；
步骤S110，同步数据采集终端网络配置参数，完成后进入步骤S111；
步骤S111，检测三次配置是否全部成功，若成功，则进入步骤S104，否则进入步骤S112；
步骤S112，工程人员手动配置，完成返回执行步骤S110；
步骤S104，判断有无定时抄表命令，若有则进入步骤S113，否则进入步骤S105；
步骤S113，专用密钥唤醒数据采集终端，完成后进入步骤S114；
步骤S114，检测采集结果，若全部成功，则进入步骤S105，若部分成功，则进入步骤S115；
步骤S115，唤醒数据采集终端采集数据，完成后进入步骤S116；
步骤S116，检测采集结果，若全部成功，则进入步骤S105，若部分成功，则进入步骤S117；
步骤S117，数据库标记采集数据失败，完成后进入步骤S105；
步骤S105，判断是否有手动抄表或执行命令，若有则进入步骤S118，否则进入步骤S106；
步骤S118，专用密钥唤醒数据采集终端，完成后进入步骤S119；
步骤S119，下发命令，完成后进入步骤S120；
步骤S120，有无命令回复，若有则进入步骤S106，否则进入步骤S121；
步骤S121，是否达到操作上限，若达到上限则进入步骤S106，否则返回执行步骤S119；
步骤S106，判断是否有命令配置恢复网络参数，若有则进入步骤S122，否则返回执行步骤S103；
步骤S122，专用密钥唤醒数据采集终端，完成后进入步骤S123；
步骤S123，下发命令，完成后进入步骤S124；
步骤S124，检测是否所有配置成功，若成功则返回执行步骤S103，否则进入步骤S125；
步骤S125，是否达到操作上限，若达到上限则返回执行步骤S103，否则返回执行步骤S123。
所述LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法中数据采集终端的工作流程如下：
步骤S201，数据采集终端开始工作，完成后进入步骤S202；
步骤S202，数据采集终端处于休眠状态，完成后进入步骤S216；
步骤S216，判断是否到达侦听时间，若是到达则进入步骤S203，否则数据采集终端继续处于休眠状态；
步骤S203，无线侦听集中器的数据命令，完成后进入步骤S204；
步骤S204，判断是否有侦听到集中器的数据命令，若无则返回执行步骤S202，数据采集终端继续休眠，有侦听命令则进入步骤S205；
步骤S205，判断侦听密钥是否成功，若没有成功，则返回执行步骤S202，成功则进入步骤S206；
步骤S206，数据采集终端进入接收模式，完成后进入步骤S207；
步骤S207，判断有无操作，若有则进入步骤S208，否则进入步骤S215；
步骤S215，接收模式运行时间计数增加，完成后进入步骤S214；
步骤S208，接收模式运行时间清零，完成后进入步骤S209；
步骤S209，判断是否有网络参数配置，若有则进入步骤S210，否则进入步骤S211；
步骤S210，修改工作信道限制唤醒密钥，完成后进入步骤S211；
步骤S211，判断有无抄表命令、阀门操作命令，若是有则进入步骤S212，否则进入步骤S214；
步骤S212，应答操作命令，完成后进入步骤S213；
步骤S213，判断是否有后续操作命令，若是有则进入步骤S214，否则返回执行步骤S202；
步骤S214，判断是否到达操作运行时间上限，若是达到上限，则返回执行步骤S202，未达到上限则返回执行步骤S207。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (8)
1.一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述避免同频干扰的方法包括参数的配置，配置的参数包括网络配置参数A、网络信道数量B、唤醒秘钥数量C、抄表时段数量D、网络信道值E、网络唤醒秘钥值F和抄表时段值G；
网络配置参数选择：网络配置参数作为表计采集系统局域网限制参数，在表计采集系统的数据采集终端只响应相同网络配置参数的命令，集中器网络配置参数在工厂设置1—9999循环使用，数据采集终端网络参数用户根据集中器的网络配置参数分配；
网络信道数量选择：由民用仪表使用的频段与LoRa特性决定为24；
唤醒秘钥数量选择：唤醒秘钥数量为35；
抄表时段数量选择：抄表时段数量根据表计采集系统中最大容纳标数量的抄表时间，与最小的抄表周期内所能容纳最大抄表时间的数量获取，确定为31；
网络信道值选择：网络信道值作为集中器与终端采集模块通信的通信频点，网络信道值的选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E=A%B；
唤醒秘钥值选择：唤醒秘钥值作为集中器唤醒数据采集终端的唤醒码，唤醒秘钥值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F=(A/B)%C；
抄表时段值选择：抄表时段值作为集中器在抄表周期内抄读数据采集终端数据的工作时间，抄表时段值的选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G=（A/B）%D。
2.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1，集中器在工厂设置网络配置参数，从1—9999逐一递增，此参数只可由工厂设置，保证现场LoRa有效通信范围内不会出现相同配置的网络参数；数据采集终端网络配置参数默认0出厂，集中器根据网络配置参数计算自己的抄表通信工作信道、抄表唤醒秘钥、定时抄表时间段；
集中器分配管辖数据采集终端的网络配置参数，数据采集终端根据集中器配置的网络配置参数分配自己的抄表工作信道、抄表唤醒秘钥。
3.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
步骤2，现场安装数据采集终端，此时的数据采集终端未属于某个网络，数据采集终端可接收任何集中器的数据，数据采集终端接收到集中器下达的网络参数配置命令后，自动将自己的工作信道切换到与管辖集中器网络参数的配置一样的工作信道，同时将唤醒秘钥也与集中器的同步，数据采集终端在修改网络参数成功后不再接收其他参数的集中器配置，实现只与从属的集中器通信。
4.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
步骤3，现场勘测集中器与数据采集终端的信号，工程人员通过后台软件下载集中器管辖的表计地址表，成功下载地址表后，后台软件读取数据采集终端的信号强度，读取信号强度后导出终端位置与对应的链路之间信号强度，工程人员通过信号覆盖等级调制集中器位置。
5.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
步骤4，配置数据采集终端网络配置参数，工程人员通过后台软件启动集中器，自动配置采集终端网络配置参数，集中器会根据地址表逐一配置所管辖数据采集终端的网络配置参数，配置参数默认配置次数为三次，每配置一次均检测一次配置情况，如果地址表中所有表计均配置成功，则不再做重复流程，如果三次配置完成检测还存在未成功配置的数据采集终端，集中器将会发送配置失败信息，工程人员根据配置失败参数手动配置网络配置参数，直到所有数据采集终端网络参数全部配置成功。
6.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
步骤5，集中器定时抄表；
集中器根据工程人员设置的抄表参数、集中器工厂设置的网络配置参数及自己的抄表通信工作信道计算抄表时间，集中器根据自己的网络配置参数及抄表通信工作信道计算管辖水表的通信秘钥；集中器通过两项参数计算，分配私有通信秘钥与合理分配时间抄表；
数据采集终端侦听无线唤醒秘钥时，对接收的唤醒秘钥与自己网络配置参数分配的唤醒秘钥做对比，唤醒秘钥不匹配时数据采集终端不唤醒，避免终端误唤醒增加自身功耗。
7.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
步骤6，后台软件实时读取终端采集数据与控制终端阀门或读取阀门状态，工程人员后台通过GPRS对集中器下发控制命令，集中器通过LoRa通信技术对数据终端下发控制命令，数据终端接收到命令后应答集中器命令，执行命令操作，执行完成反馈集中器执行结果，集中器再将执行结果传递给后台软件后台软件将数据采集终端执行结果反馈给工程人员。
8.如权利要求1所述的一种LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法，其特征在于：所述LoRa无线表计采集系统中表计抄表方式包括人为抄表和定时抄表；
人为抄表时LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法如下：
启动选中的集中器，集中器对管理的数据采集终端进行数据采集，在集中器采集数据时只允许唤醒所管辖水表，如果相邻区域有相同信道的水表不可唤醒，网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E=A%B；
唤醒秘钥值选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对唤醒秘钥数量取余数所得，即：F=(A/B)%C，抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与工作唤醒秘钥值F同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与C的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，C]*B，B、C值的设定分别为24和35，即最大网络配置参数为20160，因为设定的网络配置参数范围为1-9999，在不同网络配置参数下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值与工作唤醒秘钥值同时相同的情况，即不会出现相同工作网络信道使用相同的工作唤醒秘钥的情况；
定时抄表时LoRa无线表计采集系统避免同频干扰的方法如下：
设置集中器的定时抄表参数，集中器根据设置的定时抄表参数自动抄读数据采集终端的数据，抄表时段值选择方法为网络配置参数对网络信道值求商后所得值再对抄表时段数取余数，即：G=（A/B）%D；
网络信道值选择方法为网络配置参数对网络信道数量取余数所得，即：E=A%B；
定时抄表时避免同频干扰，需满足在不同网络配置参数A情况下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，满足此范围的最大网络配置参数值，取B与D的最小公倍数再乘以B，即最大网络配置参数为[B，D]*B，B、D值的设定分别为24和31，即最大网络配置参数为17856，因为设定的网络配置参数范围为1-9999，在不同网络配置参数下，此算法不会出现两个集中器的工作网络信道值E与抄表时段值G同时相同的情况，即不会出现相同时段内存在相同工作信道的情况；相邻小区内存在相同工作信道的表计时，由于相同工作网络信道的表计采集系统不会在相同时刻抄表，可以避免相邻区域内相同工作信道的表计采集系统同时间抄表相互影响通信质量。
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Denomination of invention: A method for avoiding co frequency interference in LoRa wireless meter acquisition system Effective date of registration: 20230413 Granted publication date: 20210330 Pledgee: Qingzhou Shandong rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANDONG WEIWEI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980037989 |
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