CN207251930U - LoRa简易网关 - Google Patents

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路晓明
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    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
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Abstract

本实用新型属于低功耗扩频通信技术领域,具体涉及一种应用于无线通信的LoRa网关;具体技术方案为:LoRa简易网关,包括微控制单元,微控制单元上的R端口、T端口通过数据线与LoRa模块连接,LoRa模块与多个LoRa终端进行信息传输,微控制单元的A端口、B端口通过数据线与LTE模块连接,LTE模块通过互联网模块与云端数据服务器连接,LoRa模块接收来自多个LoRa终端的数据,LoRa模块将数据传送至微控制单元内,微控制单元对数据进行解析整理后,再通过LTE模块将数据发送至云端数据服务器,云端数据服务器将回送的数据反馈至微控制单元内,微控制单元对回送数据进行处理后,再将回送数据播送出去。

Description

LoRa简易网关
技术领域
本实用新型属于低功耗扩频通信技术领域,具体涉及一种应用于无线通信的LoRa网关。
背景技术
随着物联网和无线通信技术的飞速发展,人们与信息网络已经密不可分,无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈要求。短距离无线通信的低成本、相对其它无线通信技术的低功耗、及其对等通信特征等适应了飞速发展的便捷信息传输的需求。在技术、成本、可靠性及可实用性等各方面的综合考虑下,低功耗、长距离无线通信技术成为了当今通信领域研究的热点。
目前市面上的采集终端主要是RTU和DTU集成应用,通过RTU来采集、处理数据后,再通过DTU部分连接2G、3G、4G网络将数据发送至互联网。RTU和DTU之间使用集成在电路板的线路或者物理电缆通过串口进行连接。单个DTU只能匹配一个RTU,并且相距不能很远。因设备较多,每套系统需要配置大功率的太阳能供电系统,维护成本很高,使用寿命低每隔2年就需要更换蓄电池。
高成本的采集终端导致采集器部署非常有限,以至于采集到的数据不足已给决策者提供准确有效数据分析能力,给管理层工作造成很大的困难。
实用新型内容
为解决现有技术存在的成本高、可靠性差且功耗较高的技术问题,本实用新型提供了一种LoRa简易网关,主要应用在无线通信、数据采集和远程控制等领域,适用于物联网系统的远程监控及管理,是一种协议转换器,也是一种LoRa透传设备,通过LoRa扩频无线信号连接LoRa终端,通过2G/3G/4G网络连接云端数据服务器,实现LoRa终端数据与云端数据服务器之间的数据连接。
为实现上述目的,本实用新型所采用的技术方案为:LoRa简易网关,包括微控制单元,微控制单元上的R端口、T端口通过数据线与LoRa模块连接,LoRa模块与多个LoRa终端进行信息传输,微控制单元的A端口、B端口通过数据线与LTE模块连接,LTE模块通过互联网模块与云端数据服务器连接。LoRa模块接收来自多个LoRa终端的数据,LoRa模块将数据传送至微控制单元内,微控制单元对数据进行解析整理后,再通过LTE模块将数据依次发送至互联网模块、云端数据服务器,云端数据服务器将回送的数据反馈至微控制单元内,微控制单元对回送数据进行处理后,再通过LoRa模块将回送数据播送出去。
其中,LoRa网关利用LoRa扩频通信技术连接LoRa终端,再通过2G/3G/4G网络接入互联网模块,从而实现了LoRa终端与云端数据服务器之间的数据交互。LoRa终端的数量可达5000多个,5000多个LoRa终端可接入同一LoRa网关,众多LoRa终端共享一个互联网通道,很大程度地节约了终端部署成本和通信费用成本。
其中,作为优选的,LoRa模块通过LoRaWAN与多个LoRa终端通信,采用LoRa扩频通信技术,LoRa网关与LoRa终端之间最远可达3-10公里的通信距离,多个LoRa终端与LoRa网关之间采用星型拓扑结构,同时,LoRa终端可以在不同的网关之间无缝漫游通信,采用此通信模式,延时小,更好地提高了通信实时性。
本网关采用低功耗设计,采用单节18650磷酸铁电池供电,内置超强休眠机制,睡眠电流可低至10 uA级,一节2300MA电池可以使用1-2年。
其中,作为优选的,LTE模块通过2G/3G/4G通信网络与互联网模块连接,相对于传统的物理通信,通信距离远,通信设备少,无需配置大功率的供电系统,维护成本低。
微控制单元通过SPI总线与LoRa模块连接,SPI总线是一种高速、全双工、同步的通信总线,布局空间小。
微控制单元通过UART与LTE模块连接,UART是一种异步收发传输器,它将要传输的数据在串行通信与并行通信之间加以转换,并在微控制单元与LTE模块之间实现双向信号传输。
其中,作为优选的,微控制单元为32位微控制单元。
本实用新型与现有技术相比,具体有益效果体现在:
一、低成本:本实用新型采用LoRa扩频通信技术连接终端,通过2G/3G/4G网络接入互联网,从而实现了LoRa终端与云端数据处理器之间的数据交互,每个LoRa网关可以接入多达5000个LoRa终端,终端LoRa终端共享一个互联网通道,很大程度上节约了LoRa终端的部署成本和通信费用成本。
二、远距离通信:本实用新型使用LoRa扩频通信技术,LoRa网关与LoRa终端之间最远可达3-10公里的通信距离,多个LoRa终端与LoRa网关之间采用星型拓扑结构,同时,LoRa终端可以在不同的LoRa网关之间无缝漫游通信,采用此种通信模式,延时小,更好地提高了通信实时性。
三、低功耗:本实用新型采用低功耗设计,整体结构采用单节18650磷酸铁电池供电,内置超强休眠机制,睡眠电流可低至10uA级,一节2300MA电池可以使用1-2年。
综上所述,本产品主要解决低成本、远距离、低功耗通信在物联网领域的应用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的元器件布局图。
图中,1为微控制单元,2为R端口,3为T端口,4为LoRa模块,5为LoRa终端,6为A端口,7为B端口,8为LTE模块,9为互联网模块,10为云端数据服务器,11为SPI总线,12为UART,101为基板,102为LoRa天线,103为电源灯,104为网络灯,105为外部存储器,106为螺纹孔,107为电源模块。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型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实用新型,并不用于限定本实用新型。
如图1所示,LoRa简易网关,包括微控制单元1,微控制单元1上的R端口2、T端口3通过数据线与LoRa模块4连接,LoRa模块4与多个LoRa终端5进行信息传输,微控制单元1的A端口6、B端口7通过数据线与LTE模块8连接,LTE模块8通过互联网模块9与云端数据服务器10连接。LoRa模块4接受来自多个LoRa终端5的数据,LoRa模块4将数据传送至微控制单元1内,微控制单元1对数据进行解析整理后,再通过LTE模块8将数据依次发送至互联网模块9、云端数据服务器10,云端数据服务器10将回送的数据反馈至微控制单元1内,微控制单元1对回送数据进行处理后,再通过LoRa模块4将回送数据播送出去。
其中,LoRa网关利用LoRa扩频通信技术连接LoRa终端5,再通过2G/3G/4G网络接入互联网模块9,从而实现了LoRa终端5与云端数据服务器10之间的数据交互。LoRa终端5的数量可达5000多个,5000多个LoRa终端5可接入同一LoRa网关,众多LoRa终端5共享一个互联网通道,很大程度地节约了终端部署成本和通信费用成本。
如图2所示,本实用新型包括基板101,微控制单元1与LoRa模块4平行布置,微控制单元1与LoRa模块4连接,LoRa模块4的一侧布置有电源灯103、网络灯104、外部存储器105和电源模块107,基板101的四角上开有螺纹孔106,基板101的一侧布置有两根LoRa天线102。
其中,作为优选的,LoRa模块4通过LoRaWAN与多个LoRa终端5通信,采用LoRa扩频通信技术,LoRa网关与LoRa终端5之间最远可达3-10公里的通信距离,多个LoRa终端5与LoRa网关之间采用星型拓扑结构,同时,LoRa终端5可以在不同的网关之间无缝漫游通信,采用此通信模式,延时小,更好地提高了通信实时性。
本网关采用低功耗设计,采用单节18650磷酸铁电池供电,内置超强休眠机制,睡眠电流可低至10 uA级,一节2300MA电池可以使用1-2年。
其中,作为优选的,LTE模块8通过2G/3G/4G通信网络与互联网模块9连接,相对于传统的物理通信,通信距离远,通信设备少,无需配置大功率的供电系统,维护成本低。
微控制单元1通过SPI总线11与LoRa模块4连接,SPI总线11是一种高速、全双工、同步的通信总线,布局空间小。
微控制单元通过UART12与LTE模块8连接,UART12是一种异步收发传输器,它将要传输的数据在串行通信与并行通信之间加以转换,并在微控制单元与LTE模块8之间实现双向信号传输。
其中,作为优选的,微控制单元为32位微控制单元。
LoRa网关与LoRa终端5之间采用LoRa扩频通信技术,该技术具有低功耗、远距离传输的特点。通过采用LoRaWAN协议更好地实现了多节点通信,LoRa网关集成了8通道无线接收器,更好地保证了数据接收的稳定性,无线接收器通过扩频技术使得此类接收机在125KHZ的宽带下使用,可获得接近-140dBm的灵敏度。与FSK系统相比,这种新的扩频方式在灵敏度上改善了30dB,这样,使得同样的通信距离发射功率就会降低,从而实现低功耗、长距离的通信。
本实用新型采用STM32L052低功耗的32为MCU作为主控器,内嵌LoRaWAN无线通信协议,有信号碰撞检测机制,自适应速率,面对复杂的环境有超强抗干扰机制,自带了ACK信号确认,有效地保证了通信的可靠性要求,发射功率根据通信距离的RISS值自动调整,有效地实现了低功耗通信要求,内置超强休眠机制,睡眠电流可低至10uA级。
每个LoRa网关上都有一个唯一的ID码做标识,服务器通过ID码来识别产品位置,另外,LoRa网关内部集成了8Mbyte的Flash存储器,可对采集数据进行记录,也可对产品运行参数做日志记录。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包在本实用新型范围内。

Claims (6)

1.LoRa简易网关,其特征在于,包括微控制单元(1),微控制单元(1)上的R端口(2)、T端口(3)通过数据线与LoRa模块(4)连接,LoRa模块(4)与多个LoRa终端(5)进行信息传输,微控制单元(1)的A端口(6)、B端口(7)通过数据线与LTE模块(8)连接,LTE模块(8)通过互联网模块(9)与云端数据服务器(10)连接。
2.根据权利要求1所述的LoRa简易网关,其特征在于,所述LoRa模块(4)通过LoRaWAN与多个LoRa终端(5)通信。
3.根据权利要求2所述的LoRa简易网关,其特征在于,所述LTE模块(8)通过2G/3G/4G通信网络与互联网模块(9)连接。
4.根据权利要求3所述的LoRa简易网关,其特征在于,所述微控制单元(1)通过SPI总线(11)与LoRa模块(4)连接。
5.根据权利要求4所述的LoRa简易网关,其特征在于,所述微控制单元(1)通过UART(12)与LTE模块(8)连接。
6.根据权利要求5所述的LoRa简易网关,其特征在于,所述微控制单元(1)为32位微控制单元。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108803361A (zh) * 2018-06-11 2018-11-13 深圳云博科创实业有限公司 基于LoRa的负载非接触控制系统及控制方法
CN110335451A (zh) * 2019-06-11 2019-10-15 厦门骐俊物联科技股份有限公司 智能燃气LoRaWAN网关数据采集装置及方法
CN113453224A (zh) * 2020-03-24 2021-09-28 阿里巴巴集团控股有限公司 网关、数据传输方法以及数据处理方法

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