CN207780960U - 一种无线数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无线数据采集系统，包括智能仪表、基于LoRa网络的数据采集终端、基于LoRa网络的数据采集网关和远程服务器；智能仪表，用于将安装于工业生产现场的传感器组采集并上传的设备运行数据发送到基于LoRa网络的数据采集终端；基于LoRa网络的数据采集终端，用于接收并存储智能仪表发送的设备运行数据，并通过LoRa网络将存储的设备运行数据发送到基于LoRa网络的数据采集网关；基于LoRa网络的数据采集网关通过以太网与远程服务器连接，用于将基于LoRa网络的数据采集终端发送的设备运行数据实时上传到远程服务器。本实用新型基于LoRa无线传输技术进行数据采集传输系统功率低，成本低，而且方便部署，组网灵活，抗干扰能力强，适合远距离通信。

Description

一种无线数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及工业数据采集技术领域，尤其涉及一种基于LoRa无线传输技术的无线数据采集系统。

背景技术

智能仪表的无线数据采集是基于物联网技术，通过高精度传感器实时采集工业生产现场的各种设备运行数据，再通过无线技术上传至数据采集器，最后通过互联网上传至远程服务器，从而进行远程监控及自动控制的常用方式。

目前，熟知的无线技术是采用WIFI、ZIGBEE、3G、4G等通信方式实现无线数据传输。但是，现有的无线技术中在无线数据采集应用中存在以下几个方面的缺陷：

一、信号传输距离短，不适合大范围的应用场合；

二、不够节能，通信成本高；

三、不方便部署，大规模投入使用的可行性较低；

综上，现有的无线技术在无线数据采集应用中并不能很好的发挥作用。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提出了一种无线数据采集系统，该系统功率低，成本低，而且方便部署，组网灵活，抗干扰能力强，适合远距离通信。

本实用新型实施例提供的无线数据采集系统，包括智能仪表、基于LoRa网络的数据采集终端、基于LoRa网络的数据采集网关和远程服务器；

所述智能仪表与所述基于LoRa网络的数据采集终端连接，用于将安装于工业生产现场的传感器组采集并上传的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集终端；

所述基于LoRa网络的数据采集终端与所述基于LoRa网络的数据采集网关连接，用于接收并存储所述智能仪表发送的所述设备运行数据，并通过LoRa网络将存储的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集网关；

所述基于LoRa网络的数据采集网关通过以太网与所述远程服务器连接，用于将所述基于LoRa网络的数据采集终端发送的设备运行数据实时上传到所述远程服务器。

其中，所述基于LoRa网络的数据采集终端包括第一MCU单片机模块以及与所述第一MCU单片机模块相连接的第一供电模块、LoRa无线射频模块、第一数据存储模块、RS485通信模块；

所述RS485通信模块，用于与所述智能仪表进行串口通信；

所述LoRa无线射频模块，用于通过LoRa网络与所述基于LoRa网络的数据采集网关进行通信；

所述第一数据存储模块，用于存储所述传感器组上传的设备运行数据。

其中，所述基于LoRa网络的数据采集终端还包括RS232调试模块；

所述RS232调试模块，用于为所述基于LoRa网络的数据采集终端提供配置和调试接口。

其中，所述基于LoRa网络的数据采集网关包括第二MCU单片机模块、与所述第二MCU单片机模块相连接的第二供电模块、LoRa数据集中器模块、第二数据存储模块、以太网模块以及与所述LoRa数据集中器模块连接的天线模块；

所述LoRa数据集中器模块，用于通过天线模块与所述LoRa无线射频模块进行通信；

所述第二数据存储模块，用于存储所述基于LoRa网络的数据采集终端发送的设备运行数据；

所述以太网模块，用于通过以太网与所述远程服务器进行通信。

其中，所述以太网模块为W5500以太网芯片。

其中，所述天线模块为防水玻璃钢天线。

其中，所述第一MCU单片机和所述第二MCU单片机均采用ARM STM32芯片。

本实用新型实施例提供的无线数据采集系统，基于LoRa无线传输技术进行数据采集传输，系统功率低，成本低，而且方便部署，组网灵活，抗干扰能力强，适合远距离通信。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种无线数据采集系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例中的基于LoRa网络的数据采集终端的结构框图；

图3为本实用新型实施例中的基于LoRa网络的数据采集网关的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为本实用新型实施例提供的一种无线数据采集系统的结构框图。如图1所示，本实用新型实施例提供的无线数据采集系统，包括智能仪表10、基于LoRa网络的数据采集终端20、基于LoRa网络的数据采集网关30和远程服务器40，其中：

所述智能仪表10与所述基于LoRa网络的数据采集终端20连接，用于将安装于工业生产现场的传感器组采集并上传的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集终端20；

所述基于LoRa网络的数据采集终端20与所述基于LoRa网络的数据采集网关30连接，用于接收并存储所述智能仪表10发送的所述设备运行数据，并通过LoRa网络将存储的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集网关30；

所述基于LoRa网络的数据采集网关30通过以太网与所述远程服务器40连接，用于将所述基于LoRa网络的数据采集终端20发送的设备运行数据实时上传到所述远程服务器40。本实施例中，基于LoRa网络的数据采集网关与远程服务器之间采用TCP连接方式进行交互，通信端口可配置。具体的，远程服务器通信端口须与网关设置的上传端口一致。

本实用新型实施例提供的基于LoRa无线传输技术的无线数据采集系统，包含智能仪表，基于LoRa网络的数据采集终端，基于LoRa网络的数据采集网关，远程服务器。其中，所述智能仪表通过串口与基于LoRa网络的数据采集终端连接，所述基于LoRa网络的数据采集终端通过LoRa网络与基于LoRa网络的数据采集网关连接，所述基于LoRa网络的数据采集网关通过互联网与远程服务器连接。本实用新型实施例基于LoRa无线传输技术进行数据采集传输，低功率，成本低廉，无通信费用，方便部署，组网灵活，远距离通信，抗干扰能力强，非常适合远距离、低数据量和低功耗等应用场合。

如图2所示，本实施例中的基于LoRa网络的数据采集终端20包括第一MCU单片机模块201以及与所述第一MCU单片机模块201相连接的第一供电模块202、LoRa无线射频模块203、第一数据存储模块204、RS485通信模块205，其中：

所述RS485通信模块205，用于与所述智能仪表10进行串口通信；

所述LoRa无线射频模块203，用于通过LoRa网络与所述基于LoRa网络的数据采集网关30进行通信；

所述第一数据存储模块204，用于存储所述传感器组上传的设备运行数据。

进一步地，所述基于LoRa网络的数据采集终端20还包括RS232调试模块206，所述RS232调试模块206，用于为所述基于LoRa网络的数据采集终端20提供配置和调试接口。

可选的，所述LoRa无线射频模块203为采用SX1278无线射频模块实现。本实施例中，LoRa无线射频模块采用LoRa SX1278低功率远程射频前端芯片实现，支持470～510MHz频段，接收灵敏度高达-148dBm，最大发射功率+20dBm，信号传输距离可达几公里。

如图3所示，所述基于LoRa网络的数据采集网关30包括第二MCU单片机模块301、与所述第二MCU单片机模块301相连接的第二供电模块302、LoRa数据集中器模块303、第二数据存储模块304、以太网模块305以及与所述LoRa数据集中器模块303连接的天线模块306，所述天线模块306为高增益天线模块，其中：

所述LoRa数据集中器模块303，用于通过天线模块306与所述LoRa无线射频模块203进行通信；

所述第二数据存储模块304，用于存储所述基于LoRa网络的数据采集终端20发送的设备运行数据；

所述以太网模块305，用于通过以太网与所述远程服务器40进行通信。

可选的，所述以太网模块305为W5500以太网芯片实现。

可选的，所述天线模块306为防水玻璃钢天线。本实施例中，高增益天线模块为采用470～510MHz频段，全向5dBi增益的防水玻璃钢天线。

可选的，所述LoRa数据集中器模块303可以采用LoRa SX1301数据集中器芯片实现。LoRa SX1301数据集中器芯片，全双工通信，包含8个接收通道，1个发射通道，其中8个接收通道可同时接收数据，每个接收通道接收灵敏度高达-142dBm，最大功率20dBm，信号覆盖半径可达5～10KM。

本实施例中，所述第一MCU单片机201和所述第二MCU单片机202均采用ARM STM32芯片实现，设有电可擦除可编程只读存储器。

本实施例中，所述第一供电模块301和所述第二供电模块302均用于提供5V的稳定电压输出，最大输出电流为1A。

本实施例中，所述第一数据存储模块204和第二数据存储模块304均采用大容量数据存储模块实现。

下面对本实用新型提供的无线数据采集系统的具体工作原理进行详细说明。

基于LoRa网络的数据采集终端的供电模块通电后为第一MCU单片机模块提供稳定的5V电压，第一MCU单片机模块自动启动，首先读取第一数据存储模块中的初始化配置信息进行系统软硬件初始化，根据配置的数据采集时间间隔通过RS485通信模块定时向智能仪表发送寄存器读取指令，智能仪表收到读取指令后，驱动工业生产现场的传感器进行实时数据采集，采集完成后将采集到的设备运行数据按约定的协议格式发送到数据采集终端的RS485通信模块，数据采集终端将接收到的设备运行数据存储在第一数据存储模块中，根据先进先出的原则，将第一数据存储模块中的采集数据，通过SX1278无线射频模块向在信号覆盖范围内且处于监听状态的基于LoRa网络的数据采集网关进行发送，基于LoRa网络的数据采集网关通过高增益天线模块接收到信号后，传输给SX1301数据集中器模块进行滤波除噪等处理，将得到的采集数据存入数据采集网关的第二数据存储模块中，同时通过数据采集网关的W5500以太网模块与远程服务器进行通信，完成实时数据上传，故障检测上报、地理位置传输、接受控制指令等任务；一旦检测到被测设备出现故障情况，则立即将故障发生时刻的时间和故障发生时的测试数据记录进非易失性存储器中，并通过W5500以太网模块把故障信息传输到远程服务器，由远程服务器对故障数据进行汇总分析生成故障报告，从而进行故障数据的存档记录；若遇到W5500以太网模块的网络连接不稳定甚至中断进而导致向远程服务器传输数据失败，则暂时停止数据上传及故障记录上报，只进行数据的本地存储，等待网络恢复后再按照先进先出的原则重新传输。

第一和第二MCU单片机模块中集成有时钟模块，集成在第一和第二MCU单片机模块中的时钟模块为监控对象所发生的故障时间节点提供时间依据，高精度的时间为准确的故障诊断提供了重要的依据，确保在任何环境下，系统时间都能稳定的工作，为数据记录的时间节点准确性提供保证。

本实用新型提供的无线数据采集系统中，基于LoRa网络的数据采集终端支持ModBus-RTU协议、多功能电能表通信规约DL/T645-1997/2007协议，且可独立配置。远程服务器，配套可视化的远程配置管理软件，可对基于LoRa网络的数据采集网关、基于LoRa网络的数据采集终端进行远程配置。基于LoRa网络的数据采集配置，支持巡检采集，定时采集，整点采集的采集模式，采集周期可灵活配置。远程服务器，可以通过远程向基于LoRa网络的数据采集网关、基于LoRa网络的数据采集终端发送远程复位、远程恢复出厂设置指令实现。基于LoRa网络的数据采集终端，可以实现断点续传，当检测到传输网络故障等因素未能及时将采集数据定时上传时，先将数据保存到本地数据存储模块，待传输网络恢复正常后再将存储的历史数据按照先进先出的原则重新进行上传。

本实用新型实施例提供的无线数据采集系统，基于LoRa无线传输技术进行数据采集传输，系统功率低，成本低，而且方便部署，组网灵活，抗干扰能力强，适合远距离通信。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种无线数据采集系统，其特征在于，包括智能仪表、基于LoRa网络的数据采集终端、基于LoRa网络的数据采集网关和远程服务器；

所述智能仪表与所述基于LoRa网络的数据采集终端连接，用于将安装于工业生产现场的传感器组采集并上传的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集终端；

所述基于LoRa网络的数据采集终端与所述基于LoRa网络的数据采集网关连接，用于接收并存储所述智能仪表发送的所述设备运行数据，并通过LoRa网络将存储的设备运行数据发送到所述基于LoRa网络的数据采集网关；

所述基于LoRa网络的数据采集网关通过以太网与所述远程服务器连接，用于将所述基于LoRa网络的数据采集终端发送的设备运行数据实时上传到所述远程服务器。

2.根据权利要求1所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述基于LoRa网络的数据采集终端包括第一MCU单片机模块以及与所述第一MCU单片机模块相连接的第一供电模块、LoRa无线射频模块、第一数据存储模块、RS485通信模块；

所述RS485通信模块，用于与所述智能仪表进行串口通信；

所述LoRa无线射频模块，用于通过LoRa网络与所述基于LoRa网络的数据采集网关进行通信；

所述第一数据存储模块，用于存储所述传感器组上传的设备运行数据。

3.根据权利要求2所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述基于LoRa网络的数据采集终端还包括RS232调试模块；

所述RS232调试模块，用于为所述基于LoRa网络的数据采集终端提供配置和调试接口。

4.根据权利要求2或3所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述基于LoRa网络的数据采集网关包括第二MCU单片机模块、与所述第二MCU单片机模块相连接的第二供电模块、LoRa数据集中器模块、第二数据存储模块、以太网模块以及与所述LoRa数据集中器模块连接的天线模块；

所述LoRa数据集中器模块，用于通过天线模块与所述LoRa无线射频模块进行通信；

所述第二数据存储模块，用于存储所述基于LoRa网络的数据采集终端发送的设备运行数据；

所述以太网模块，用于通过以太网与所述远程服务器进行通信。

5.根据权利要求4所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述以太网模块为W5500以太网芯片。

6.根据权利要求4所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述天线模块为防水玻璃钢天线。

7.根据权利要求4所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述第一MCU单片机和所述第二MCU单片机均采用ARM STM32芯片。