CN111935678A - 一种lora通信系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LORA通信系统和方法，本发明的系统包括发送器和接收器，且所述发送器和接收器均包括LORA通信模块，所述发送器设置有主动唤醒模块，所述主动唤醒模块包括用于产生耦合信号的耦合发生电路。本发明的方法包括S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于MCU上；S3、接收器的MCU被唤醒后，调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；S4、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息。本发明既可以节省用电，还可以在需要LORA通信时，可以马上对LORA通信模块进行唤醒，无需等待。

Description

一种LORA通信系统和方法
技术领域
本发明涉及无线技术领域，具体地说是一种LORA通信系统和方法。
背景技术
LORA是一种低功耗广域网通讯技术，因为物联网的广泛应用，LORA无线通讯技术在智慧园区得到广泛的应用，一般LORA因为其低功耗的特点，一般直接通过电池对其进行供电。为了省电，经常安排LORA模块在无数据处理业务时，保持休眠状态，在此状态下，只有一个时钟信号工作，维持MCU的最低功耗状态。在时钟信号积累至一定周期后会定期产生一个中断唤醒信号，令MCU从休眠状态下醒来，然后建立LORA链接处理收发数据等业务，业务处理完成后MCU再次陷入休眠，如此周期性的反复，进行定时唤醒。
但是进行定时唤醒带来的一个问题是如果遇到突发情况需要唤醒LORA模块时，只能等唤醒周期到了以后才能建立连接，会耽误较多的时间。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种LORA通信系统，还提供一种LORA通信方法，可用于需要建立LORA连接时，随时对LORA信号模块进行唤醒建立连接。
本发明所采用技术方案是：
一种LORA通信系统，包括发送器和接收器，且所述发送器和接收器均包括LORA通信模块，所述LORA通信模块包括：
LORA信号模块：用于通过LORA协议进行传输数据；
MCU：用于处理传输数据；
电池：用于供电；
所述发送器设置有主动唤醒模块，所述主动唤醒模块包括用于产生耦合信号的耦合发生电路；
所述接收器设置有被动唤醒模块，所述被动唤醒模块设置有用于接收主动唤醒模块差生的耦合信号的耦合接收电路，且耦合接收电路在接收到耦合信号后，并产生唤醒信号使MCU由非作业状态恢复至正常作业状态。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述接收器的耦合接收电路输出的唤醒信号为高电平信号，且该耦合接收电路的输出端作用在MCU的唤醒引脚上；
LORA信号模块无数据处理时，MCU维持在一个低功耗状态，当接收器的耦合接收电路接收到发送器的耦合发生电路发出的耦合信号时，接收器的耦合接收电路的输出端产生高电平信号给MCU，MCU由低功耗状态唤醒为正常工作状态。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述电池设置有用于管理电池供电状态的电源芯片，所述接收器的耦合接收电路输出的唤醒信号为高电平信号，且该耦合接收电路的输出端作用在电源芯片唤醒引脚上；
LORA信号模块无数据处理时，电源芯片对MCU进行断电处理，接收器的耦合接收电路的接收到发送器的耦合发生电路发出的耦合信号后，接收器的耦合接收电路的输出端产生高电平信号给电源芯片，电源芯片恢复对MCU供电，使MCU成正常工作状态。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述发送器的耦合发生电路包括起振电路，所述起振电路用于产生耦合信号，并通过耦合天线进行发送；
所述接收器的耦合接收电路包括谐振电路和被压电路，所述谐振电路采用桥式整流电路，并通过电容储能和稳压管将电压持续稳定在高电平，所述耦合信号通过耦合天线接收后，通过桥式整流电路整流后，通过被压电路进行升压，输出一个持续稳定的高电平信号。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述耦合信号为13.65MHz信号、433MHz信号、915MHz、2.45GHz信号和5.8GHz中的其中一种。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述LORA通信模块内还设置有身份验证模块，所述身份验证模块用于在MCU后对发送器和接收器的身份进行双向验证，避免非法发送器唤醒调用接收器，同时避免调用非所需接收器，且验证过程设置有时间限制，当在设定时间内未完成身份验证时，MCU重新恢复至非作业状态。
作为对本发明方法的进一步优化，本发明：
所述发送器包括移动发送器和固定发送器，所述固定发射器用于和接收器设置在一体式，通过移动发送器唤醒其中一个接收器后，接收器通过与其一起安装的固定发送器唤醒下一个接收器，并依次完成所需接收器的唤醒作业。
本发明还提供一种LORA通信方法，所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于MCU上；
S3、接收器的MCU被唤醒后，调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S4、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
本发明还提供另一种LORA通信方法，所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于电源芯片上；
S3、所述电源芯片恢复对MCU的供电；
S4、接收器的MCU调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S5、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
作为对本发明发明的进一步优化，本发明中接收器的MCU处于正常工作状态后，通过LORA通信模块发送的连接信息中包括身份验证信息，所述身份验证信息为每个接收器对应的账户及密码，建立连接时，需要填写该接收器的密码，且当再设定时限内密码验证不通过时，接收器的MCU进入非作业状态。
本发明具有以下优点：
1、本发明的系统和方法通过增设发送器，把物联网中的LORA通信模块作为接收器，并在发送器和接收器中增加唤醒模块，当需要唤醒操作段的LORA通信模块时，人为操作发送器通过自身唤醒模块发送无线耦合信号，操作器中的唤醒模块接收到无线耦合信号后，产生一个高电平的唤醒信号作用在MCU芯片上或者用于管理对MCU供电的电源芯片上，使MCU恢复至正常工作状态；本发明相对于周期性的唤醒方式，既可以节省用电，还可以在需要LORA通信时，可以马上对LORA通信模块进行唤醒，无需等待；
2、本发明的系统和方法还增设有身份验证模块，可以在唤醒MCU后先进行密码验证，避免受到其他信号的干扰非法唤醒，同时在耦合信号覆盖范围中避免唤醒不是所需要的接收器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1本发明系统的组成结构示意图；
图2为耦合发生电路的示意图；
图3为耦合接收电路的示意图；
图4为桥式整流电路的示意图；
图5为倍压电路的示意图；
图6为本发明其中一种方法的流程示意图；
图7为本发明另一种方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。
本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
本发明提供一种LORA通信系统的实施例，如图1所示，包括发送器和接收器，所述接收器设置于智慧园区内或者野外，与物联网内的其他组成元件连接，用于进行信息传递，而发送器可设置成手持式操作，发送器的所述发送器和接收器均包括LORA通信模块，所述LORA通信模块包括LORA信号模块、MCU和电池；
所述LORA信号模块用于通过LORA协议进行传输数据，一般的LORA信号模块包括LORA通信电路和LORA天线，本实施例中LORA通信电路采用SX1278芯片外接晶振，LORA天线用于发射/接收LORA无线传输信号，所述LORA通信电路用于处理对接收的LORA无线传输信号进行解调和将MCU发送来的数据调制成LORA无线传输信号发送出去；
所述MCU为微控制单元，本实施例中MCU型号采用STM32L053R8T6MCU，用于处理LORA信号模块传递的传输数据；
电池：用于供电为MCU进行供电，本实施例中所述电池采用的型号为ER18505M；而为了省电，设置为外部的接收器在无数据业务处理时，保持休眠状态，当无数据处理时，工作在停止模式(Stop mode without RTC)，虽然时停止模式，但是MCU保存在低功耗的上电状态；
所述发送器设置有主动唤醒模块，所述主动唤醒模块包括用于产生耦合信号的耦合发生电路；一般免费无线信号频段有13.65MHz信号、433MHz信号、915MHz、2.45GHz信号和5.8GHz，上述不同频率的信号在信号覆盖以及信号耦合方式上会存在一定的差异，13.65MHz为接触式无线传播，常见应用场景为NFC，433MHz主要的应用场景为用于控制智能家居的无线遥控器，915MHz的主要应用为现有手机通讯频段，2.45GHz主要的应用为蓝牙和WiFi，5.8GHz也有用在WIFi中，根据具体的使用场景以及信号覆盖范围，我们择优选择2.45GHz信号作为本实施例中的耦合信号，相应的所述耦合发生电路包括起振电路，如图2所示，起振电路可以采用ESP8266WiFi芯片实现，并通过AT指令控制功率大小，起振电路产生的2.45GHz信号通过耦合天线进行发送；
所述接收器设置有被动唤醒模块，所述被动唤醒模块设置有用于接收主动唤醒模块差生的耦合信号的耦合接收电路，如图3所示，所述接收器的耦合接收电路包括谐振电路和倍压电路，所述谐振电路采用桥式整流电路，如图4所示，所述倍压电路如图5所示，桥式整流电路的输出端连接倍压电路的输入端，通过电容储能，并通过稳压管将电压持续稳定在高电平，倍压电路的输出端作用在MCU的唤醒引脚上，所述发送端的起振电路产生的2.45GHz的耦合信号通过耦合天线接收后，通过桥式整流电路整流后，通过倍压电路进行倍压，输出一个持续稳定的3.5V的高电平信号作用在MCU的唤醒引脚上，让处于低功耗状态的MCU唤醒进入工作状态。接收器的MCU唤醒后，通过调用接收器的LORA信号模块进行通讯连接，并向发送器发送连接信息，发送器接收到连接信息后，代表接收器的MCU被唤醒，发送器端的起振电路停止发送耦合信号，否则继续进行发送。
一般2.45GHz频率的信号的覆盖范围为5米左右，为了增大耦合信号的覆盖范围，可以增大2.45GHz频率信号的功率，比如将其功率增加至18dBm，耦合信号的覆盖半径为10m；还可以将2.45GHz频率降低为433MHz的频率，并对其天线进行相应的更换，在同样的发射功率下可以传输的更远；还可以将天线进行波束聚合设计，比如增加一个雷达反射罩，并将波速中心指向接收模块。
作为一种优选的实施例，所述LORA通信模块还设置有身份验证模块，所述身份验证模块用于在MCU被唤醒之前对发送器和接收器的身份进行双向验证，所述身份验证模块通过账户和密码的形式进行，当发送器在可覆盖范围存在多个接收器时，每个接收器均对应一个唯一编号，通过选择对应的编号并输入相应密码，通过身份验证，当在设定时间内，比如一分钟内无法完成身份验证时，MCU重新进入至休眠状态，避免非法发送器唤醒调用接收器，同时避免调用非所需接收器。
作为一种基于实际应用场景的优选实施例，所述LORA通信模块通常会每隔一定的间距设置一个，如果每个LORA通信模块均需要工作人员移动至指定覆盖范围内激活时，尤其是需要激活所有LORA通信模块时，会非常的费时费力，因此所述发送器包括移动发送器和固定发送器，所述移动发送器设置成手持式，所述固定发射器用于和接收器设置在一体式，即设置在同一电路板上，每个LORA通信模块上均设置一个发送器，相邻LORA模块之间的间距在发送器的耦合信号的覆盖范围内，工作人员通过移动发送器在其覆盖范围内激活一个LORA通信模块后，该LORA通信模块调用自身电路板上的固定发送器，来激活相邻的LORA通信模块，并依次进行下去，通过认为干预控制可以依次激活所有LORA模块。
基于前述所述的LORA通信系统，本发明还提供一种LORA通信方法，如图6所示，所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于MCU上；
S3、接收器的MCU被唤醒后，调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S4、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
作为一种优选的实施例，步骤S3中，接收器的MCU处于正常工作状态后，通过LORA通信模块发送的连接信息中包括身份验证信息，所述身份验证信息为每个接收器对应的账户及密码，建立连接时，需要填写该接收器的密码，且当在设定时限内密码验证不通过时，如设定一分钟，接收器的MCU重新进入休眠状压。
上述实施例中，接收器的耦合接收电路在接收到发送器发出的耦合信号后，产生高电平信号作用在MCU的唤醒引脚上，MCU由低功耗的休眠状态唤醒为正常工作状态，而作为另一种实施方式，还可以在LORA通信模块无数据处理时，对MCU实施断电处理，所述电池设置有用于管理电池供电状态的电源芯片，通过电源芯片实施电池对MCU的供电管理，LORA信号模块无数据处理时，电源芯片对MCU进行断电处理，接收器的耦合接收电路的接收到发送器的耦合发生电路发出的耦合信号后，接收器的耦合接收电路的输出端产生一个3.5V高电平信号给电源芯片，电源芯片恢复对MCU供电，使MCU成正常工作状态。
基于上述LORA通信系统的实施例，本发明还提供另一种LORA通信方法的实施例，如图7所示，所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于电源芯片上；
S3、所述电源芯片恢复对MCU的供电；
S4、接收器的MCU调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S5、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
作为一种优选的实施例，步骤S4种，接收器的MCU处于正常工作状态后，通过LORA通信模块发送的连接信息中包括身份验证信息，所述身份验证信息为每个接收器对应的账户及密码，建立连接时，需要填写该接收器的密码，且当在设定时限内密码验证不通过时，如设定一分钟，电源芯片重新对MCU做断电处理。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种LORA通信系统，包括发送器和接收器，且所述发送器和接收器均包括LORA通信模块，所述LORA通信模块包括：
LORA信号模块：用于通过LORA协议进行传输数据；
MCU：用于处理传输数据；
电池：用于供电；
其特征在于：
所述发送器设置有主动唤醒模块，所述主动唤醒模块包括用于产生耦合信号的耦合发生电路；
所述接收器设置有被动唤醒模块，所述被动唤醒模块设置有用于接收主动唤醒模块差生的耦合信号的耦合接收电路，且耦合接收电路在接收到耦合信号后，并产生唤醒信号使MCU由非作业状态恢复至正常作业状态。
2.根据权利要求1所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述接收器的耦合接收电路输出的唤醒信号为高电平信号，且该耦合接收电路的输出端作用在MCU的唤醒引脚上；
LORA信号模块无数据处理时，MCU维持在一个低功耗状态，当接收器的耦合接收电路接收到发送器的耦合发生电路发出的耦合信号时，接收器的耦合接收电路的输出端产生高电平信号给MCU，MCU由低功耗状态唤醒为正常工作状态。
3.根据权利要求1所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述电池设置有用于管理电池供电状态的电源芯片，所述接收器的耦合接收电路输出的唤醒信号为高电平信号，且该耦合接收电路的输出端作用在电源芯片唤醒引脚上；
LORA信号模块无数据处理时，电源芯片对MCU进行断电处理，接收器的耦合接收电路的接收到发送器的耦合发生电路发出的耦合信号后，接收器的耦合接收电路的输出端产生高电平信号给电源芯片，电源芯片恢复对MCU供电，使MCU成正常工作状态。
4.根据权利要求1-3种任何一项所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述发送器的耦合发生电路包括起振电路，所述起振电路用于产生耦合信号，并通过耦合天线进行发送；
所述接收器的耦合接收电路包括谐振电路和被压电路，所述谐振电路采用桥式整流电路，并通过电容储能和稳压管将电压持续稳定在高电平，所述耦合信号通过耦合天线接收后，通过桥式整流电路整流后，通过被压电路进行升压，输出一个持续稳定的高电平信号。
5.根据权利要求4所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述耦合信号为13.65MHz信号、433MHz信号、915MHz、2.45GHz信号和5.8GHz中的其中一种。
6.根据权利信号1所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述LORA通信模块内还设置有身份验证模块，所述身份验证模块用于在MCU后对发送器和接收器的身份进行双向验证，避免非法发送器唤醒调用接收器，同时避免调用非所需接收器，且验证过程设置有时间限制，当在设定时间内未完成身份验证时，MCU重新恢复至非作业状态。
7.根据权利要求1所述的LORA通信系统，其特征在于：
所述发送器包括移动发送器和固定发送器，所述固定发射器用于和接收器设置在一体式，通过移动发送器唤醒其中一个接收器后，接收器通过与其一起安装的固定发送器唤醒下一个接收器，并依次完成所需接收器的唤醒作业。
8.一种LORA通信方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于MCU上；
S3、接收器的MCU被唤醒后，调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S4、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
9.一种LORA通信方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
S1、基于人工操作通过发送端的起振电路产生一个耦合信号；
S2、接收器的唤醒电路接收耦合信号，并产生一个持续的高电平信号作用于电源芯片上；
S3、所述电源芯片恢复对MCU的供电；
S4、接收器的MCU调用LORA信号模块向发送端发送连接信息；
S5、发送器的LORA通信模块接收到接收器的LORA通信模块的连接信息后，发送器的起振电路停止发送耦合信息，否则重复步骤S1-S4。
10.根据权利要求8或9所述的LORA通信方法，其特征在于：接收器的MCU处于正常工作状态后，通过LORA通信模块发送的连接信息中包括身份验证信息，所述身份验证信息为每个接收器对应的账户及密码，建立连接时，需要填写该接收器的密码，且当再设定时限内密码验证不通过时，接收器的MCU进入非作业状态。
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