CN111918232A - 一种无线物联网传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出了一种无线物联网传输系统，包括：信息采集组件、第一处理器、LoRa子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB‑IoT模块；所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB‑IoT模块发送到预设服务器。通过本方案实现了本地组网与远程服务器连接的数据传输，提供了一种本地组网以及本地网关连接远程服务器的系统解决方案。

Description

一种无线物联网传输系统
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种无线物联网传输系统。
背景技术
信息化发展的三个阶段分别为：数字化，网络化，智能化，数字化奠定基础，实现数据资源的获取和积累；网络化构造平台，促进数据资源的流通和汇聚；智能化展现能力，通过多源数据的融合分析呈现信息应用的类人智能，帮助人类更好认知事物和解决问题，物联网作为第三次信息化浪潮的代表技术，未来的发展前景非常大。
物联网是大数据和智能化的基础。物联网为大数据提供了主要的数据来源，没有物联网也就没有大数据。物联网是产业互联网的重要组成部分。当前互联网正在经历从消费互联网向产业互联网发展的重要阶段，产业互联网将是未来互联网发展的重要方向之一，产业互联网面向的服务对象是广大的传统行业。产业互联网要综合利用物联网、大数据和人工智能等相关技术，所以在产业互联网阶段，物联网将得到较快的发展。
目前行业常用的无线局域网的组网方案有zigbee，bluetooth等，至于广域网传输方案，目前行业常用的有GSM/GPRS，3G，4G，GSM/GPRS是目前应用最广泛的移动电话标准，3G，4G适合高速率的数据传输，如视频音频等。不管是无线局域网还是广域网，均是各自独立的，目前没有基于无线局域网与远程服务器连接的数据传输的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种无线物联网传输系统，通过本方案实现了本地组网与远程服务器连接的数据传输，提供了一种本地组网以及本地网关连接远程服务器的系统解决方案。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提出了一种无线物联网传输系统，包括：信息采集组件、第一处理器、LoRa子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB-IoT模块；
所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；
所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；
所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；
所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；
所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB-IoT模块发送到预设服务器。
在一个具体的实施例中，所述预设信号为模拟信号；
所述信息采集组件包括一个或多个传感器。
在一个具体的实施例中，所述信号数据为数字信号；
所述第一处理器用于将模拟信号转换为数字信号。
在一个具体的实施例中，所述第一处理器中设置有AD转换模块；
所述第一处理器用于通过基于SPI通信协议与IIC通信协议从所述信息采集组件获取所述预设信号，并通过所述AD转换模块对所述预设信号进行处理生成信号数据，以及将所述信号数据通过SPI通信协议发送到所述LoRa子节点。
在一个具体的实施例中，所述第一处理器对所述预设信号进行的处理，包括：通过滑动滤波算法对所述预设信号中无效的信号进行过滤。
在一个具体的实施例中，所述第一处理器采用定时采集信号的方式获取预设时间段内的所述预设信号。
在一个具体的实施例中，所述LoRa子节点还用于：
检测当前信道是否空闲；
若判断结果为是，则在获取到所述信号数据时执行传输数据的操作；
若判断结果为否，则确认有数据传输，并获取所传输的数据，并判断所述数据是否是发送给所述LoRa子节点自身的；
若确认所述数据是发送给所述LoRa子节点自身的，则接收所述数据并执行预设的分析操作；
若确认所述数据不是发送给所述LoRa子节点自身的，则丢弃所述数据，并延时预设时间后执行“检测当前信道是否空闲”的操作。
在一个具体的实施例中，当前信道是否空闲是通过CAD来检测的。
在一个具体的实施例中，所述LoRa网关默认处于休眠状态；
所述LoRa网关还用于：周期性检测预设的休眠时间是否结束；
若判断结果为否，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；
若判断结果为是，则唤醒所述LoRa芯片进行CAD检测；
若检测结果为不存在数据，则判断是否需要向所述LoRa子节点发送数据；若判断结果为不需要发送数据，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；若判断结果为需要发送数据，则向所述LoRa子节点发送数据；
若所述检测结果为存在待接收数据，则进行数据接收，并判断是否需要将所接收的数据上传预设服务器；若判断需要上传，则通过所述NB-IoT模块将所接收到的数据上传预设服务器。
在一个具体的实施例中，还包括：电源供电模块，电池储能模块；其中，所述电源供电模块分别连接所述电池储能模块、所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关；所述电池储能模块分别连接所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关。
以此，本发明实施例提出了一种无线物联网传输系统，包括：信息采集组件、第一处理器、LoRa子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB-IoT模块；所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB-IoT模块发送到预设服务器。通过本方案实现了本地组网与远程服务器连接的数据传输，提供了一种本地组网以及本地网关连接远程服务器的系统解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提出的一种无线物联网传输系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种无线物联网传输系统中LoRa子节点与LoRa网关的结构示意图；
图3为本发明实施例提出的一种无线物联网传输系统在一个应用场景下的流程示意图；
图4为本发明实施例提出的一种无线物联网传输系统在另一个应用场景下的流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本发明实施例1公开了一种无线物联网传输系统，如图1所示，包括：信息采集组件、第一处理器(例如可以为单片机，也即MCU)、LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄带物联网)模块；
所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；具体的，所述预设信号为模拟信号；所述信息采集组件包括一个或多个传感器。具体传感器的数量以及所选择的传感器可以根据实际的情况以及需要所选择，例如可以有声音传感器，温度传感器，湿度传感器，光线传感器等等，用于采集自然环境中的模拟量。
所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；所述信号数据为数字信号；
所述第一处理器用于将模拟信号转换为数字信号。
所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；
所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；
所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB-IoT模块发送到预设服务器(例如可以为云服务器，例如华为云等等)。具体的以华为云服务器为例，第二处理器将接收到所述信号数据后，通过所述NB-IoT模块利用串口(UART，中文含义：通用异步收发传输器，英文全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)使用AT指令(指应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令)，将数据发送到远程华为云的服务器。
具体的，信息采集组件与第一处理器均可以合并在LoRa子节点中，而在具体的实施例中，如图2所示，可以设置有多个此类合并状态下的LoRa子节点，其分别与LoRa网关连接，并通过LoRa网关连接预设服务器。
本方案使用LoRa芯片组成本地局域网，以实现低速率，低功耗，高灵敏度和超长距离的数据传输。使用UART接口，使用AT指令通过NB-IoT模块沟通本地局域网和远程的云服务器，以实现高速的，实时的，可靠的数据传速服务。基于扩频技术的LoRa子节点与LoRa网关，传输距离可达2km-10km，功耗低，传输距离远，是最合适的组网方案；而NB-IoT模块是面向低速率，低延时，低成本，低功耗，海量终端连接的窄带蜂窝物联网技术，适合小数据，高频率的数据传输。以此两者结合，实现了本地组网与远程服务器连接的数据传输，提供了一种本地组网以及本地网关连接远程服务器的系统解决方案。
在一个具体的，所述第一处理器中设置有AD转换模块；
所述第一处理器用于通过基于SPI通信协议与IIC通信协议从所述信息采集组件获取所述预设信号，并通过所述AD转换模块对所述预设信号进行处理生成信号数据，以及将所述信号数据通过SPI通信协议发送到所述LoRa子节点。
具体的，第一处理器可以为MCU，其通过AD转换模块和通信协议(SPI与IIC)从信息采集组件获取到系统需要的数据，然后使用通信协议(SPI)将数据传输给LoRa子节点；
合并状态的LoRa子节点中的第一处理器，例如为MCU使用SPI通信协议(全双工同步数据总线)将数据通过LoRa模块发送出去，SPI通信协议需要四根线连接MCU和LoRa模块，分别为MISO(主设备数据输入)，MOSI(主设备数据输出)，SCLK(主设备产生的时钟信号)，CS(从设备片选使能)，由于LoRa子节点只是用了一个SPI从设备，此处只需要将CS通过硬件使能即可，此处的SPI通信协议只需要MISO，MOSI，CLK三个数据线即可。
在一个具体的实施例中，所述第一处理器对所述预设信号进行的处理，包括：通过滑动滤波算法对所述预设信号中无效的信号进行过滤。信息采集组件例如传感器采集自然环境的参数，第一处理器主动读取这些参数，并采用滑动滤波算法，更新的采集数据拥有更大的比重，在抑制无效数据的基础上尽可能的提高数据的时效性。LoRa子节点的MCU通过传感器获取到一组需要采集的模拟数值，预设每组数值有30个数据，通过滑动滤波算法过滤掉无效的参数，计算出相对准确的数值，将此数值通过SPI接口发送给LoRa芯片，LoRa芯片接受到此数据后，将其通过LoRa无线发送至LoRa网关。
在一个具体的实施例中，所述第一处理器采用定时采集信号的方式获取预设时间段内的所述预设信号。当MCU采集传感器数据的时候，使用软件定时器计数，每秒钟采集一次数据，三十秒钟共采集30个数据，使用滑动滤波算法过滤掉无效数据，计算出相对准确的数值。滑动滤波算法简化如下，仅供参考
Figure BDA0002567100830000081
此外，仍以第一处理器为MCU为例来进行说明，当MCU获取到有效数据后，使用SPI协议来设置LoRa芯片并传输数据。LoRa芯片可以工作在433MHZ，868MHZ，912MHZ等。由于无线发射频率越高，传输速率越高，传输距离越远，在此发明的无线传输系统中，需要较远的传输距离，并不需要很高的传输速率，故设置LoRa芯片的无线传输速率为433MHZ。
所述LoRa子节点还用于：
检测当前信道是否空闲；具体的，当前信道是否空闲是通过CAD来检测的。
若判断结果为是，则在获取到所述信号数据时执行传输数据的操作；
若判断结果为否，则确认有数据传输，并获取所传输的数据，并判断所述数据是否是发送给所述LoRa子节点自身的；
若确认所述数据是发送给所述LoRa子节点自身的，则接收所述数据并执行预设的分析操作；
若确认所述数据不是发送给所述LoRa子节点自身的，则丢弃所述数据，并延时预设时间后执行“检测当前信道是否空闲”的操作。
具体的，为防止数据阻塞，LoRa子节点使用信道活动检测功能(CAD)，来检测当前信道是否为空闲信道，是否有数据传输，如果当前信道空闲，则开始传输数据，如果当前信道繁忙，则确认当前信道有数据传输，接受数据后检查数据是否为发送给本节点的，如果数据是发送给本节点的，则分析数据并执行对应的操作，如果数据不是发送给本节点的，则丢弃数据并延时五秒钟，重新检测信道是否空闲，流程图如图4所示。
在一个具体的实施例中，所述LoRa网关默认处于休眠状态；
所述LoRa网关还用于：周期性检测预设的休眠时间是否结束；
若判断结果为否，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；
若判断结果为是，则唤醒所述LoRa芯片进行CAD检测；
若检测结果为不存在数据，则判断是否需要向所述LoRa子节点发送数据；若判断结果为不需要发送数据，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；若判断结果为需要发送数据，则向所述LoRa子节点发送数据；
若所述检测结果为存在待接收数据，则进行数据接收，并判断是否需要将所接收的数据上传预设服务器；若判断需要上传，则通过所述NB-IoT模块将所接收到的数据上传预设服务器。
此外，LoRa网关的MCU通过SPI接口连接LoRa芯片进行数据的传输和模块的设置。MCU通过UART接口连接NBIOT模块进行数据的传输和模块的设置，通过NB-IOT模块连接远程服务器。LoRa网关默认处于低功耗状态，每秒钟唤醒一次进行CAD检测，如果需要查询节点的数据，则主动发动数据，如果未检测到前导码，继续休眠等待下次唤醒，如果检测到前导码，则开始接受数据，并确认是否上传，其对应的流程如图4所示。
在一个具体的实施例中，还包括：电源供电模块，电池储能模块；其中，所述电源供电模块分别连接所述电池储能模块、所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关；所述电池储能模块分别连接所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关。
具体的，通过电源供电模块，电池储能模块来实现给整个系统进行供电，电源供电模块还可以给电池储能模块进行充能，以便在需要的时候通过电池储能模块为整个系统供电。
以此，本发明实施例提出了一种无线物联网传输系统，包括：信息采集组件、第一处理器、LoRa子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB-IoT模块；所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB-IoT模块发送到预设服务器。通过本方案实现了本地组网与远程服务器连接的数据传输，提供了一种本地组网以及本地网关连接远程服务器的系统解决方案。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线物联网传输系统，其特征在于，包括：信息采集组件、第一处理器、LoRa子节点、LoRa网关；其中，所述LoRa网关包括：第二处理器、LoRa芯片、NB-IoT模块；
所述信息采集组件采集所在环境的预设信号；
所述第一处理器采集所述预设信号并进行处理后生成信号数据，并向所述LoRa子节点发送生成的所述信号数据；
所述LoRa子节点向所述LoRa芯片发送接收到的所述信号数据；
所述LoRa芯片向所述第二处理器发送接收到的所述信号数据；
所述第二处理器将接收到所述信号数据通过所述NB-IoT模块发送到预设服务器。
2.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述预设信号为模拟信号；
所述信息采集组件包括一个或多个传感器。
3.如权利要求1或2所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述信号数据为数字信号；
所述第一处理器用于将模拟信号转换为数字信号。
4.如权利要求3所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述第一处理器中设置有AD转换模块；
所述第一处理器用于通过基于SPI通信协议与IIC通信协议从所述信息采集组件获取所述预设信号，并通过所述AD转换模块对所述预设信号进行处理生成信号数据，以及将所述信号数据通过SPI通信协议发送到所述LoRa子节点。
5.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述第一处理器对所述预设信号进行的处理，包括：通过滑动滤波算法对所述预设信号中无效的信号进行过滤。
6.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述第一处理器采用定时采集信号的方式获取预设时间段内的所述预设信号。
7.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述LoRa子节点还用于：
检测当前信道是否空闲；
若判断结果为是，则在获取到所述信号数据时执行传输数据的操作；
若判断结果为否，则确认有数据传输，并获取所传输的数据，并判断所述数据是否是发送给所述LoRa子节点自身的；
若确认所述数据是发送给所述LoRa子节点自身的，则接收所述数据并执行预设的分析操作；
若确认所述数据不是发送给所述LoRa子节点自身的，则丢弃所述数据，并延时预设时间后执行“检测当前信道是否空闲”的操作。
8.如权利要求7所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，当前信道是否空闲是通过CAD来检测的。
9.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，所述LoRa网关默认处于休眠状态；
所述LoRa网关还用于：周期性检测预设的休眠时间是否结束；
若判断结果为否，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；
若判断结果为是，则唤醒所述LoRa芯片进行CAD检测；
若检测结果为不存在数据，则判断是否需要向所述LoRa子节点发送数据；若判断结果为不需要发送数据，则继续执行“周期性检测预设的休眠时间是否结束”的操作；若判断结果为需要发送数据，则向所述LoRa子节点发送数据；
若所述检测结果为存在待接收数据，则进行数据接收，并判断是否需要将所接收的数据上传预设服务器；若判断需要上传，则通过所述NB-IoT模块将所接收到的数据上传预设服务器。
10.如权利要求1所述的一种无线物联网传输系统，其特征在于，还包括：电源供电模块，电池储能模块；其中，所述电源供电模块分别连接所述电池储能模块、所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关；所述电池储能模块分别连接所述信息采集组件、所述第一处理器、所述LoRa子节点及LoRa网关。
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