CN111654836A - 一种LoRa数据采集器、其通信方法以及升级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LoRa数据采集器、其通信方法以及升级方法，该LoRa数据采集器包括微控制单元、LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块和供电单元；LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。本发明采集器集中继和终端采集器功能为一体，通过后台下发指令配置，方便快捷；组网简单，部署方便；数据传输距离远，穿透性强，在网关覆盖不到的地方可以采用本发明中继进行补盲；一机多用，病毒式远程升级提升升级效率，降低维护成本。
Description
技术领域
本发明属于物联网通信领域，具体涉及一种LoRa数据采集器、其通信方法以及升级方法。
背景技术
LoRa通信是升特Semtech公司提出的一种低功耗、远距离的物联网技术，被广泛应用于无线抄表等领域。LoRaWAN是采用LoRa技术构建的低功耗、远距离的无线互联广域网。LoRaWAN得益于扩频调制和前向纠错码的增益，LoRa取得大约2倍蜂窝技术的通信距离。
现阶段LoRa技术广泛应用于物联网感知层，传感器数据通过LoRa通信芯片的传输，具有传输距离远、穿透性强、易覆盖等优点。市场上目前已出现的基于LoRa的数据采集器，广泛应用于表具、环境监测、智能家居等领域。但普遍具有如下缺点：
(1)传输方式单一：市面上的LoRa采集器要么是基于LoRaWAN，要么是基于LoRa点对点的，不能一机多用，在智慧社区、智慧商业等传感器数量大的场合不能灵活适配。
(2)接口方式单一：市面上的LoRa采集器外置接口不能满足多路传感器同时接入，仅能少量对接，且传感器通讯方式不同，不能统一部署。
(3)升级方式复杂：市面上的LoRa采集器绝大部分不带远程升级，带远程升级的效率低，无法大量高效率升级。
发明内容
本发明的目的是提供一种LoRa数据采集器、其通信方法以及升级方法，以解决背景技术中所指出LoRa数据采集器所存在的问题。
本发明提供的一种LoRa数据采集器，包括微控制单元、LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块和供电单元；
LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。
进一步的，微控制单元采用STM32F205RC型号芯片；LoRa通信模块采用SX1268射频芯片；RS485串口模块采用RSM485PHT型号芯片；RS232串口模块采用FT232RL型号芯片；看门狗模块采用IMP706R型号看门狗芯片。
本发明LoRa数据采集器还包括电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯，电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯均连接微控制单元。
本发明提供的采用上述LoRa数据采集器的通信方法为：
LoRa数据采集器包括两种工作模式：LoRaWAN采集模式和LoRaWAN中继模式
在LoRaWAN采集模式下，LoRa数据采集器读取终端传感器的数据，将数据通过LoRaWAN方式发送给LoRa网关，经由云服务器上传；
在LoRaWAN中继模式下，作为终端的LoRa数据采集器读取终端传感器的数据，将通过LoRa点对点P2P方式发送给作为中继采集器的LoRa数据采集器，中继采集器将数据通过LoRaWAN方式发送给LoRa网关，经由云服务器上传。
本发明提供的上述LoRa数据采集器的升级方法，包括：
(1)利用PC升级一LoRa数据采集器a，记为升级节点；
(2)LoRa数据采集器a上电入网后，以LoRa点对点方式周期性广播新版本号；
(3)在LoRa数据采集器a信号范围内的其他LoRa数据采集器，接收到广播后，向LoRa数据采集器a发送升级请求；将向LoRa数据采集器a发送升级请求书的LoRa数据采集器记为LoRa数据采集器b；
(4)LoRa数据采集器a根据优先原则，向后台依次发送携带发送数据包，该数据包携带LoRa数据采集器b的ID，同时向LoRa数据采集器b回复升级确认数据；
(5)收到升级确认数据后，LoRa数据采集器b向LoRa数据采集器a请求新版本升级程序包；
(6)LoRa数据采集器a向LoRa数据采集器b发送所新版本升级程序包；
(7)LoRa数据采集器a和b重启，重启后LoRa数据采集器b运行升级程序包；
(8)LoRa数据采集器b完成升级后，LoRa数据采集器b作为升级节点，以LoRa点对点方式周期性广播新版本号，然后重复执行步骤(3)～(7)。
本发明具有如下特点和有益效果：
(1)本发明采集器集中继和终端采集器功能为一体，通过后台下发指令配置，方便快捷。
(2)本发明采集器多接口，可适配市面上绝大部分传感器，并可以提供传感器供电。
(3)本发明采集器组网简单，部署方便。
(4)本发明采集器数据传输距离远，穿透性强，在网关覆盖不到的地方可以采用本发明中继进行补盲。
(5)本发明采集器一机多用，病毒式远程升级提升升级效率，降低维护成本。
附图说明
图1为具体实施方式中LoRa数据采集器的结构框图；
图2为具体实施方式中LoRa数据采集器的外路接口定义示意图；
图3为具体实施方式中LoRa数据采集器的外路接口示意图；
图4为LoRa数据采集器在LoRaWAN采集模式下的网络数据交互示意图；
图5为LoRa数据采集器在LoRa终端采集模式和中继采集模式下的网络数据交互示意图；
图6为采集器病毒式升级方案示意图；
图7为采集器病毒式升级流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明技术原理、技术方案及技术效果，下面将对本发明技术方案的具体实施方式做进一步描述。
参见图1，所示为LoRa数据采集器，主要包括微控制单元、LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块和供电单元。LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。
本具体实施方式中，微控制单元采用一MCU，具体采用STM32F205RC型号芯片，此芯片有6路串口，3路I2C接口，3路SPI接口，内部1M的flash大容量存储空间，便于支持更多的通信协议，也可支持远程升级。
本具体实施方式中，LoRa通信模块采用Semtech公司的SX1268射频芯片，发射功率可达22dbm，传输距离远，穿透性强。
本具体实施方式中，RS485串口模块采用RSM485PHT型号芯片，用来将微控制单元输出的TTL串口信号转换为RS485信号。RS485串口用来连接外部RS485接口的传感器，本发明LoRa数据采集器和外部传感器通过RS485线相连，采集器可以采用主动采集模式(采集器主动向外部传感器发送数据然后接收传感器回复的数据，采集器再将回复的数据通过LoRa通信模块发送给LoRa中继器或者LoRa网关)或者被动接收模式(外部RS485传感器通过RS485接口主动向LoRa数据采集器发送数据，采集器再将通过RS485接口接收到的数据通过LoRa通信模块发送给LoRa中继器或者LoRa网关)两种工作模式。本具体实施方式中，RS485串口模块的A线接外部RS485传感器的B线，RS485串口模块的B线接外部RS485传感器的A线。
本具体实施方式中，RS232串口模块采用FT232RL型号芯片，用来将微控制单元输出的TTL串口信号转换为RS232信号。RS232串口用来连接外部RS232接口的传感器，本发明LoRa数据采集器和外部传感器通过RS232线相连，采集器可以采用主动采集模式(采集器主动向外部传感器发送数据然后接收传感器回复的数据，采集器再将回复的数据通过LoRa通信模块发送给LoRa中继器或者LoRa网关)或者被动接收模式(外部RS232传感器通过RS232接口主动向LoRa数据采集器发送数据，采集器再将通过RS232接口接收到的数据通过LoRa通信模块发送给LoRa中继器或者LoRa网关)两种工作模式。本具体实施方式中，RS232串口模块的TX线接外部RS232传感器的RX线，RS232串口模块的RX线接外部RS232传感器的TX线，采集器的地线GND必须和RS232传感器的GND相连。
本具体实施方式中，看门狗模块采用IMP706R型号看门狗芯片，2.5s喂狗一次，系统卡死，则看门狗重启采集器。
本具体实施方式中，供电单元内置电压转换电路，将供电电压转换为3.3V、5V和12V，提供外置供电。供电单元采用5V适配器供电，可接外接电池盒供电，外接电池盒可供采集器工作5个小时。采集器有适配器并接电池盒供电时，适配器供电断开，采集器上报供电异常报警。适配器供电时，电池盒插入和拔出亦上报状态，后台报警。供电电压低于2.7V时，上报低电报警。
本发明LoRa数据采集器还包括3组信号指示灯，分别为电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯。当采集器插电开机，电源指示灯亮；当由电池供电时，电池低电，电源指示灯10s灭一次，持续1s后亮起。采集器和网关或者后台联网成功，网络指示灯亮，断开连接网络则网络指示灯灭。外置接口有数据交互时，数据交互指示灯闪烁。另外，采集器工作在中继模式时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭2次；采集器工作在采集模式时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭4次；采集器在远程升级时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭，直到升级完成采集器重启。
本发明LoRa数据采集器外置多路通信接口，见图2所示，本具体实施方式中，外置有4路串口(包含2路RS485串口、1路RS232串口、1路TTL串口)、以及2路I2C接口、1路SPI接口，另外留2路可控制的对外供电接口，4路可配置GPIO控制接口。多路通信接口可引出至数据采集器外壳外部，具体参见图3。
本具体实施方式中，外置的2路RS485串口，采用MCU芯片内置TTL串口连接RS485芯片，RS485芯片的A、B线外置方式。
本具体实施方式中，外置的2路RS232串口，采用MCU芯片内置TTL串口连接RS232芯片，RS232芯片的TX、RX线外置方式。
本具体实施方式中，外置的1路SPI接口，采用MCU芯片内置SPI线外置，包含CS、CLK、MISO和MOSI。
本具体实施方式中，外置的2路I2C接口，采用MCU芯片内置I2C线外置，包含SCLK和SDA。
本具体实施方式中，外置的1路TTL串口，采用MCU芯片内置TTL串口TX、RX线外置。
本具体实施方式中，外置的4路GPIO串口，采用MCU芯片内置GPIO口外置。
本具体实施方式中，外置的2路可控制VCC供电，采用MCU芯片GPIO口控制VCC输出电压高低，内部GPIO拉高则输出电压，GPIO拉低则外供0V。VCC电压支持3.3V、5V、12V三种，通过内置GPIO控制切换输出电压。
本发明LoRa数据采集器支持两种工作模式：LoRaWAN采集模式和LoRaWAN中继模式，默认出厂配置LoRaWAN采集模式。本发明LoRa数据采集器具备LoRaWAN采集器功能，同时兼容LoRa点对点通信功能，点对点通信应用于中继采集器或LoRa终端采集器，LoRa终端采集器部署于网关覆盖不到的地方。
用户在平台上可对采集器进行参数配置，指定ID采集器为LoRaWAN采集模式、LoRa终端采集模式(即点对点P2P模式)或中继采集模式(P2P+LoRaWAN综合模式)，采集器在刚开机或者周期(例如12小时)运行在LoRaWAN环境(LoRaWAN发送一次数据并打开接收)，接收后台的配置信息，然后根据后台配置信息运行相应的模式程序。
参见图4，所示为LoRa数据采集器在LoRaWAN采集模式下的网络数据交互，图中LoRaWAN采集器即本发明LoRa数据采集器，其与终端的传感器信号连接。在LoRaWAN采集模式下，终端运行LoRaWAN程序，采集器通过外置接口读取传感器数据，然后打包成固定协议格式，通过LoRaWAN方式将数据发送给LoRa网关，经由云服务器传输到应用平台(控制台或APP)。
参见图5，所示为LoRa数据采集器在LoRa终端采集模式和中继采集模式下的网络数据交互。在LoRa终端采集模式下，采集器运行点对点发送接收程序，采集器通过外置接口读取传感器数据，然后打包成固定协议格式，通过LoRa点对点P2P方式将数据发送给中继采集器，然后传输给LoRa网关，经由云服务器传输到应用平台。
在中继采集模式下，采集器运行在LoRa点对点P2P模式接收LoRa终端采集器发过来的传感器数据，然后通过LoRaWAN程序把数据传输给LoRa网关，经由云服务器将数据传输到应用平台。应用平台下行的数据通过LoRaWAN发送给中继采集器，中继采集器再通过LoRa点对点P2P模式把后台的指令发送给LoRa终端采集器。
本发明采集器支持远程升级，通过采集器终端之间点对点P2P进行病毒式升级。参见图6～7，首先通过PC升级一台采集器A；然后，此采集器A上电入网后，周期性LoRa点对点广播一条带版本号的数据。在采集器A信号范围内的其他采集器，接收到A的广播后，向A发送升级请求，按照优先原则，A先收到谁的接收请求先向后台发送一条携带采集器B的ID的数据包，表示A要进入升级模式给B升级，并对B回复升级确认数据，B开始请求新版本程序包，直到新程序包发送完成，采集器A和B重启，B重启后运行新版本，并开始周期性广播带版本号的数据，便于其他设备升级。
本发明提供的技术方案，不受上述具体实施方式的限制，凡是利用本发明的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种LoRa数据采集器，其特征是：
包括微控制单元、LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块和供电单元；
LoRa通信模块、RS485串口模块、RS232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。
2.如权利要求1所述的LoRa数据采集器，其特征是：
所述微控制单元采用STM32F205RC型号芯片；所述LoRa通信模块采用SX1268射频芯片；所述RS485串口模块采用RSM485PHT型号芯片；所述RS232串口模块采用FT232RL型号芯片；所述看门狗模块采用IMP706R型号看门狗芯片。
3.如权利要求1所述的LoRa数据采集器，其特征是：
还包括电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯，电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯均连接微控制单元。
4.采用权利要求1所述LoRa数据采集器的通信方法，其特征是：
LoRa数据采集器包括两种工作模式：LoRaWAN采集模式和LoRaWAN中继模式
在LoRaWAN采集模式下，LoRa数据采集器读取终端传感器的数据，将数据通过LoRaWAN方式发送给LoRa网关，经由云服务器上传；
在LoRaWAN中继模式下，作为终端的LoRa数据采集器读取终端传感器的数据，将通过LoRa点对点P2P方式发送给作为中继采集器的LoRa数据采集器，中继采集器将数据通过LoRaWAN方式发送给LoRa网关，经由云服务器上传。
5.权利要求1所述LoRa数据采集器的升级方法，其特征是，包括：
(1)利用PC升级一LoRa数据采集器a，记为升级节点；
(2)LoRa数据采集器a上电入网后，以LoRa点对点方式周期性广播新版本号；
(3)在LoRa数据采集器a信号范围内的其他LoRa数据采集器，接收到广播后，向LoRa数据采集器a发送升级请求；将向LoRa数据采集器a发送升级请求书的LoRa数据采集器记为LoRa数据采集器b；
(4)LoRa数据采集器a根据优先原则，向后台依次发送携带发送数据包，该数据包携带LoRa数据采集器b的ID，同时向LoRa数据采集器b回复升级确认数据；
(5)收到升级确认数据后，LoRa数据采集器b向LoRa数据采集器a请求新版本升级程序包；
(6)LoRa数据采集器a向LoRa数据采集器b发送所新版本升级程序包；
(7)LoRa数据采集器a和b重启，重启后LoRa数据采集器b运行升级程序包；
(8)LoRa数据采集器b完成升级后，LoRa数据采集器b作为升级节点，以LoRa点对点方式周期性广播新版本号，然后重复执行步骤(3)～(7)。
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