CN207752324U - 一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统 - Google Patents
一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端、时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端、存储器控制输出/输入端连接存储器的输入/输出端、指示灯输出端连接指示灯的输入端；主控CPU的一侧数据发送/接收端连接LoRa通信模块的数据输入/输出端，LoRa通信模块的数据采集输入/输出端连接LoRa节点设备的接收/发送端，主控CPU的另一侧数据发送/接收端连接GPRS通信模块的数据输入/输出端，GPRS通信模块的数据采集输出/输入端连接服务器的接收/发送端，通过GPRS通信模块完成主控CPU和服务器之间的数据交互。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业物联网通信设备领域，尤其涉及一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统。
背景技术
近年来，随着物联网和无线通信技术的飞速发展，人们的生活与信息网络越来越密不可分，无线通信在人们的生活中发挥着越来越重要的角色。
我国地大物博，被誉为农业大国，农业在我国国民经济中占据着重要的位置。将新一代信息技术运用到农业领域，尤其是物联网和无线通信技术的运用将是推进我国现代农业发展的重要手段。
传感器数据采集是整个农业物联网系统建设的基础，传感器系统采集农业生产现场的空气温湿度、土壤水分、土壤温度、二氧化碳、光照强度等实时数据，传输到控制中心，管理者根据控制中心信息进行适当的农事操作。
农用传感器经常是在地势多样、环境复杂的野外部署，大规模种植的农田需安装多个传感器，但种植区一般远离居住区，供电和布线是阻碍现代农业快速发展的问题。
为解决这个问题，通常采用网关作为数据传输的中继站。网关是一种网间连接器，是网络节点设备与网络服务器之间的通信桥梁。负责收集，处理和传递采集终端获取的信息，是物联网系统的核心组成部分。
现阶段应用于农业物联网的网关一般分为两种，一种是有线型网关，一种是无线型网关。有线型网关需要通信线缆，成本高，安装工序复杂，可移动性差，通信距离近，维护成本高。无线型网关一般采用3G、4G、CDMA、ZigBee等无线方式进行数据通信，但这些方式在应用于农田中也各有优缺点。
如公告号为CN 106325134 A的发明专利，公开了一种基于WiFi的数据采集网关。该发明涉及信息采集领域，包括用于数据采集的数据采集装置、用于对采集的数据进行处理的处理装置、用于进行远程控制的远程控制终端、用于处理装置与远程控制终端通讯的通讯装置。通讯装置包括WiFi信号放大器和WiFi无线路由器；处理装置的输出接口与WiFi无线路由器的信号输入端之间通过WiFi无线连接，WiFi无线路由器的信号输出端与WiFi信号放大器的信号输入端之间通过WiFi无线连接，WiFi信号放大器的信号输出端与处理装置的远程信号接口连接，WiFi无线路由器的远程通信端与远程控制终端之间通过互联网连接。该发明数据处理能力强、采集精度高、时效性强。但WiFi组网能力低，扩展空间受限制。目前，WiFi网关的实际规模一般不超过16个连接设备，而普通农业物联网中各种传感器数量远远超过16个，显然基于WiFi技术的数据采集系统可以连接的数据采集设备数量非常有限，未来在现代农业上发展空间受限。
又如公告号为CN 106665288 A的发明专利，公开了一种基于双无线网关的农田状态监控系统，构成中包括双网关系统、监控终端以及设置于每块农田中的信息采集系统，信息采集系统采集农田状态信息并通过无线信号向双网关系统上传信息；执行系统通过无线网络接收由双网关系统发送的农田状态控制信息并根据接收的控制信息调整农田状态；该发明采用ZigBee+WiFi无线组网技术实现对农田状态的分层分区域立体式实时监测与控制，具有结构简单、生产效率高等特点，特别适用于农作物的集中种植。但ZigBee产品抗干扰性弱，开发难度大，周期长，成本高，而且需要提前布线，使用不便。WiFi技术扩展空间受限，而且只能进行短距离通信。
现有物联网通信网关主要有以下不足：
(1)能够连接的数据采集节点设备有限；
(2)网关与节点设备只能进行短距离传输，所以物联网的组网较密集，成本和能耗高，传输效率较低。
(3)抗干扰能力弱，以至于采集到的数据不够精确，给终端管理者工作带来困扰。
综上所述，现有的农业物联网应用中的网关均存在不同的问题，无法满足使用者的需求，因此需要一种安装工序简单、无需提前布线、可移动性好、通信距离远、通信成本低、抗干扰能力强并且功耗也小的网关。
实用新型内容
针对以上问题本实用新型提供了一种通信距离远、结构简单，体积小，使用方便、抗干扰能力强并且功耗也小的基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，该网关包括微功耗主控CPU、LoRa通信模块、存储器、GPRS通信模块、时钟、指示灯、电源模块。
主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端；主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端；主控CPU的存储器控制输出/输入端连接存储器的输入/输出端；主控CPU的指示灯输出端连接指示灯的输入端。主控CPU的一侧数据发送/接收端连接LoRa通信模块的数据输入/输出端，LoRa通信模块的数据采集输入/输出端连接LoRa节点设备的接收/发送端，通过LoRa通信模块完成LoRa节点设备和主控CPU之间的数据交互。主控CPU的另一侧数据发送/接收端连接GPRS通信模块的数据输入/输出端，GPRS通信模块的数据采集输出/输入端连接服务器的接收/发送端，通过GPRS通信模块完成主控CPU和服务器之间的数据交互。
进一步，所述GPRS通信模块中还包含有SIM卡通信装置，SIM卡接入移动互联网以提供身份识别。每一个网关都有一个唯一的SIM卡，GPRS通信模块通过该SIM卡连接至互联网上的服务器。
进一步，所述基于LoRa的物联网通信网关系统还包括指示灯，主控CPU的指示灯输出端连接指示灯的输入端，指示灯用于显示网关工作状态是否正常；
进一步，所述主控CPU为STM32L151RCT6。
进一步，所述SIM卡通信装置中的SIM卡为IP4220CZ6。
本实用新型所述的一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统具有以下优点：
(1)网关结构简单，体积小，使用方便。安装工序简单、无需提前布线、组网灵活、通讯距离远(最大可达10km以上)。
(2)每个LoRa通信网关可以接入多个节点采集设备，支持多通道多数据速率的并行处理，系统容量大。非常适用于农业无线传感器数据采集、物联网等数据采集领域。
(3)本实用新型采用低功耗单片机和时钟，降低了LoRa通信模块和GPRS通信模块的耗能，提高了电池的寿命，增加了可运行时间和稳定性。
附图说明
图1为一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
本实用新型结合LoRa通信技术和GPRS通信技术组成用于农业数据监控的通信网关。该网关作为农业数据采集设备和服务器端的桥梁，负责将采集设备采集到的数据发送回服务器端，基于LoRa通信技术的远距离、低功耗的特点，每一个网关都可以长时间持续接收农业基地内很大一片范围内的多个采集设备的数据。
如图1所示，本实用新型提供了一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，包括节点设备、微功耗主控CPU、LoRa通信模块、存储器、GPRS通信模块、时钟、指示灯、电源模块。
所述主控CPU的一侧数据发送/接收端连接LoRa通信模块的数据输入/输出端，LoRa通信模块的数据输入/输出端连接LoRa节点设备的接收/发送端，通过LoRa通信模块完成LoRa节点设备和主控CPU之间的数据交互。主控CPU的另一侧数据发送/接收端连接GPRS通信模块的数据输入/输出端，GPRS通信模块的数据采集输入/输出端连接服务器的接收/发送端，通过GPRS通信模块完成主控CPU和服务器之间的数据交互。
所述LoRa通信模块在接收到节点设备的数据后将数据传输给主控CPU，主控CPU将数据处理后存入存储器，服务器需要提取采集数据时，主控CPU将存储器中的数据取出，通过GPRS通信模块发送至服务器；另一方面，当服务器需要下发指令至节点设备时，GPRS通信模块接收来自服务器的指令，传送至主控CPU，最后由主控CPU通过LoRa通信模块将指令发送至节点设备。
所述主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端，时钟用于控制存储器、电源、主控CPU的工作和休息，为网关设备提供时间服务，发送数据的时间间隔由时钟芯片控制。
所述基于LoRa的长距离农业信息采集网关，通过主控CPU控制LoRa通信模块，使得LoRa通信模块具有工作和休眠两种状态，多数情况下，主控CPU控制LoRa通信模块处于休眠状态，当需要接收数据或者下发指令时，主控CPU唤醒LoRa通信模块。
所述基于LoRa的长距离农业信息采集网关，通过主控CPU控制GPRS通信模块，使得GPRS通信模块具有工作和休眠两种状态，多数情况下，主控CPU控制GPRS通信模块处于休眠状态，当需要发送数据或者接收指令时，主控CPU唤醒GPRS通信模块。
所述电源模块输出端连接主控CPU、存储器、时钟、指示灯、GPRS通信模块和LoRa通信模块的输入端，电源为主控CPU、GPRS通信模块单元、LoRa通信模块、指示灯、存储器和时钟提供稳定的电流输入。
所述主控CPU的指示灯输出端连接指示灯的输入端，可以实时显示出网关的工作状态是否正常。
所述的GPRS通信模块通过SIM卡接入移动互联网以提供身份识别。每一个网关都有一个唯一的SIM卡，GPRS通信模块通过该SIM卡连接至互联网上的服务器。
基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统由于其通信距离远，可以接收的采集设备即使距离网关较远，也能保证正常的接收数据。基于LoRa的网关支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大，所以很大范围内的节点采集设备即使很多，该网关也能稳定正常的工作，非常适用于农业生产领域。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其特征在于，包括节点设备、微功耗主控CPU、LoRa通信模块、存储器、GPRS通信模块、时钟、指示灯、电源模块；
主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端；主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端；主控CPU的存储器控制输出/输入端连接存储器的输入/输出端；主控CPU的指示灯输出端连接指示灯的输入端；主控CPU的一侧数据发送/接收端连接LoRa通信模块的数据输入/输出端，LoRa通信模块的数据采集输入/输出端连接LoRa节点设备的接收/发送端，通过LoRa通信模块完成LoRa节点设备和主控CPU之间的数据交互；主控CPU的另一侧数据发送/接收端连接GPRS通信模块的数据输入/输出端，GPRS通信模块的数据采集输出/输入端连接服务器的接收/发送端，通过GPRS通信模块完成主控CPU和服务器之间的数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其特征在于，所述GPRS通信模块中还包含有SIM卡通信装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其特征在于，还包括指示灯，主控CPU的指示灯输出端连接指示灯的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其特征在于，所述主控CPU为STM32L151RCT6。
5.根据权利要求2所述的一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统，其特征在于，所述SIM卡通信装置中的SIM卡为IP4220CZ6。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201721074351.2U CN207752324U (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种基于LoRa的长距离农业信息采集网关系统 |
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Publications (1)
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| CN207752324U true CN207752324U (zh) | 2018-08-21 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108834096A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-11-16 | 南京新联电子股份有限公司 | 一种用于环保数据监测采集的网关终端 |
| CN111970757A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-11-20 | 安徽阿尔金信息技术有限公司 | 一种无线低功耗网关 |
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2017
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