本實用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于LoRa無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層由各種傳感器構(gòu)成，包括溫濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端，上述感知終端均作為數(shù)據(jù)采集節(jié)點。感知層是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源。

網(wǎng)絡(luò)層由各種網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，是整個物聯(lián)網(wǎng)的中樞，負責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。網(wǎng)絡(luò)層對感知層各數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行整合處理，而相應(yīng)的處理整合處理裝置就是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

目前的網(wǎng)關(guān)一般分為兩種，一種是有線型網(wǎng)關(guān)，一種是無線型網(wǎng)關(guān)。有線型網(wǎng)關(guān)需要通信線纜，成本高，安裝工序復(fù)雜，可移動性差，通信距離近，維護成本高。無線型網(wǎng)關(guān)一般采用兩種方式進行數(shù)據(jù)通信，其中，第一種方式利用GPRS或者CDMA或者3G或者4G等遠程無線通信方式進行本地的信息采集，遠程無線通信技術(shù)傳輸距離很遠，可到地球上任意一個地方。但是它的一個致命的缺點是要收取高昂的通信費，并且，它的功耗也高，除此之外，GPRS或者CDMA或者3G或者4G這些無線通信方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通信成本較高、功耗較大；第二種方式采用 ZigBee無線通信方式進行各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，采用分布式的ZigBee網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)信息共享和距離擴展，其傳輸距離遠，但是抗干擾性弱，需要提前布線，使用不便。

綜上所述，現(xiàn)有的網(wǎng)關(guān)均存在不同的問題導(dǎo)致無法滿足使用者的需求，因此需要一種安裝工序簡單、無需提前布線、可移動性好、通信距離遠、通信成本低、抗干擾能力強并且功耗也小的網(wǎng)關(guān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前市場上的網(wǎng)關(guān)安裝工序復(fù)雜、可移動性差、成本高、通信距離近、功耗大、抗干擾能力差、適用范圍小的問題，現(xiàn)提供一種安裝工序簡單、無需提前布線、可移動性好、通信距離遠、通信成本低、抗干擾能力強并且功耗也小的基于LoRa無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)。

具體技術(shù)方案如下：

一種基于LoRa無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)，所述網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)感知層的至少一個數(shù)據(jù)采集節(jié)點通信連接，用于將每個所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備，所述網(wǎng)關(guān)包括：

LoRa通信模塊，與每個所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點連接，用于通過LoRa無線技術(shù)與每個所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點進行LoRa無線通信，接收并輸出每個所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的所述相關(guān)數(shù)據(jù)；

遠程通信模塊，與所述LoRa通信模塊連接，用于接收所述LoRa通信模塊發(fā)送的所述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將所述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備；

主控模塊，所述LoRa通信模塊通過所述主控模塊與所述遠程通信模塊連接，用于對所述LoRa通信模塊以及所述遠程通信模塊進行控制；

電源模塊，與所述LoRa通信模塊、所述遠程通信模塊以及所述主控模塊連接，用于給所述LoRa通信模塊、所述遠程通信模塊以及所述主控模塊供電。

優(yōu)選的，還包括本地通信模塊，與所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點以及所述主控模塊連接，用于與所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點進行有線通信，接收所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的所述相關(guān)數(shù)據(jù)并將所述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控模塊；

所述本地通信模塊包括RS485有線接口和/或RS232有線接口。

優(yōu)選的，所述遠程通信模塊包括：

以太網(wǎng)通信模塊，用于接收所述主控模塊發(fā)送的所述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將所述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的所述相關(guān)設(shè)備；

無線通信模塊，用于接收所述主控模塊發(fā)送的所述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將所述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的所述相關(guān)設(shè)備；

所述無線通信模塊采用GSM通信方式和/或GPRS通信方式。

優(yōu)選的，還包括定位模塊，與所述主控模塊以及所述電源模塊連接，用于接收關(guān)聯(lián)于所述網(wǎng)關(guān)的定位數(shù)據(jù)并將所述定位數(shù)據(jù)傳送給所述服務(wù)器。

優(yōu)選的，還包括存儲器模塊，與所述主控模塊及所述電源模塊連接，用于存儲所述網(wǎng)關(guān)運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，還包括時鐘模塊，與所述主控模塊及所述電源模塊連接，用于給所述網(wǎng)關(guān)提供定時和計時功能。

優(yōu)選的，還包括：還包括狀態(tài)指示模塊，與所述主控模塊及所述電源模塊連接，用于對所述網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)進行指示。

優(yōu)選的，所述定位模塊基于全球定位系統(tǒng)獲得所述定位數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述狀態(tài)指示模塊包括至少一個與所述主控模塊以及所述電源模塊連接的指示燈。

上述技術(shù)方案的有益效果：

在本技術(shù)方案中，采用LoRa無線通信技術(shù)，利用免許可頻段，實現(xiàn)免費、無線通信，LoRa無線組網(wǎng)技術(shù)能夠組成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有安裝工序簡單、無需提前布線、組網(wǎng)靈活、通訊距離遠（最大可達10km以上）、抗干擾能力強、等優(yōu)點，可實現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明雙向傳輸，非常適合應(yīng)用于工業(yè)無線測控通信、無線傳感器數(shù)據(jù)采集、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、無線照明、智能電網(wǎng)、無線自動抄表系統(tǒng)、無線智能交通、無線測繪儀表數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本實用新型一種優(yōu)選的實施例中，基于遠程無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)的功能示意圖；

圖2為本實用新型一種優(yōu)選的實施例中，遠程通信模塊的功能示意圖；

圖3為本實用新型一種優(yōu)選的實施例中，基于遠程無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖4為本實用新型一種優(yōu)選的實施例中，基于遠程無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖之二。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但不作為本實用新型的限定。

如圖1所示，一種基于遠程無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)，上述網(wǎng)關(guān)與物聯(lián)網(wǎng)感知層的至少一個數(shù)據(jù)采集節(jié)點（節(jié)點）通信連接，用于將每個上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備，其特征在于，上述網(wǎng)關(guān)包括：

LoRa通信模塊1，與每個上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點連接，用于通過LoRa無線技術(shù)與每個上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點進行LoRa無線通信，接收并輸出每個上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的上述相關(guān)數(shù)據(jù)；

遠程通信模塊2，與上述LoRa通信模塊1連接，用于接收上述LoRa通信模塊1發(fā)送的上述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將上述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備；

主控模塊3，所述LoRa通信模塊1通過所述主控模塊3與所述遠程通信模塊2連接，用于對所述LoRa通信模塊1以及所述遠程通信模塊2進行控制；

電源模塊4，與上述LoRa通信模塊1、上述遠程通信模塊2以及上述主控模塊3連接，用于給上述LoRa通信模塊1、上述遠程通信模塊2以及上述主控模塊3供電。

在本實施里中，星形網(wǎng)絡(luò)模型分為網(wǎng)關(guān)單元和數(shù)據(jù)采集節(jié)點單元兩部分，其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點通過RS232和/或485 串口等通用出局借口采集數(shù)據(jù)采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后基于 LoRa 通信標準將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)單元；而網(wǎng)關(guān)單元則負責(zé)采集多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)，并通過 RS232和/或485 串口、以太網(wǎng)或 GPRS 等路徑與網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備通信。由此即可達到基于 LoRa 通信標準實現(xiàn)無線采集數(shù)據(jù)的目的。本技術(shù)方案中的網(wǎng)關(guān)即為上述網(wǎng)關(guān)單元，本技術(shù)方案中的網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持同一空間內(nèi)多個網(wǎng)絡(luò)同時存在的情況，用戶可通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號配置網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集節(jié)點，以達到同頻段內(nèi)網(wǎng)絡(luò)間不會相互干擾的目的。另外，通過設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)密鑰，可以保證各個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的相對安全性。由于LoRa無線組網(wǎng)技術(shù)能夠組成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有組網(wǎng)靈活、通訊距離遠（最大可達10km以上）、抗干擾能力強等優(yōu)點，可實現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明雙向傳輸，非常適合應(yīng)用于工業(yè)無線測控通信、無線傳感器數(shù)據(jù)采集、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、無線照明、智能電網(wǎng)、無線自動抄表系統(tǒng)、無線智能交通、無線測繪儀表數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。使用時，利用433MHz免許可頻段，實現(xiàn)免費、無線、低功耗、遠距離通信，有效降低通信成本。

具體的，在同一個星形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，若要使網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)采集節(jié)點之間能正常通訊，必須符合以下條件：NETID（網(wǎng)絡(luò) ID）必須相同；模式設(shè)置（AT+MODE）必須相同；加密密鑰必須相同。

進一步的，網(wǎng)關(guān)的 LoRa 射頻可分為兩種工作模式，配置模式和通訊透傳模式。配置模式：通過網(wǎng)頁查詢和配置本產(chǎn)品參數(shù)。通訊透傳模式：數(shù)據(jù)采集節(jié)點的通訊串口完全為透明傳輸，網(wǎng)關(guān)的通訊串口數(shù)據(jù)幀需符合用戶數(shù)據(jù)接口協(xié)議。

進一步的，遠程通信模塊2支持三種不同距離、不同速率配置模式；支持超遠通信距離，實測最大可達 10km 以上；有超強靈敏度，接收信號強度最低可達 -148dBm；支持星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，單個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最大支持 254 個節(jié)點；支持心跳確認機制，能及時偵測節(jié)點模塊健康狀況；支持多個網(wǎng)絡(luò)同時存在的情況，而不產(chǎn)生干擾；支持確認字符（Acknowledgement，ACK） 確認、丟包重傳機制，保證數(shù)據(jù)可靠性（組網(wǎng)內(nèi)部機制，用戶無需調(diào)整）。

進一步的，LoRa通信模塊1具有心跳機制。為了防止數(shù)據(jù)采集節(jié)點和網(wǎng)關(guān)之間長時間無有效數(shù)據(jù)傳輸，LoRa通信模塊1特別導(dǎo)入心跳機制，以確保節(jié)點不會因長時間失聯(lián)導(dǎo)致致使服務(wù)器或控制中心無法判斷節(jié)點是否故障，避免因無法及時反饋發(fā)生異常情況。此機制具體表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)采集節(jié)點會在上電五秒后進入透傳模式發(fā)送一個心跳給網(wǎng)關(guān)，之后每隔 300±30 秒會再次發(fā)送心跳。

進一步的，LoRa通信模塊1具有鏈路查詢功能。因為 LoRa 星形網(wǎng)絡(luò)無線傳輸有低功耗遠距離的特性，網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集節(jié)點間的有效傳輸距離是保證無線傳輸穩(wěn)定性的關(guān)鍵。為此，LoRa通信模塊1在網(wǎng)關(guān)的固件版本中加入了鏈路查詢功能，用戶可以通過此功能查詢節(jié)點的接收信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）和信噪比（SIGNAL-NOISE RATIO，SNR）。

進一步的，網(wǎng)關(guān)上電初始化，開始運行 UC/OS-II 系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)多任務(wù)系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)送心跳幀后，網(wǎng)關(guān)開始采集此數(shù)據(jù)采集節(jié)點對應(yīng)的終端設(shè)備的基本信息，如固件版本號、軟件版本號、廠商代碼等，并將這些信息保存到網(wǎng)關(guān)內(nèi)部存儲中，此時該數(shù)據(jù)采集節(jié)點已正式接入網(wǎng)絡(luò)；每隔 15min，網(wǎng)關(guān)會向已連接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點召測終端設(shè)備需要上報的基本數(shù)據(jù)，若召測不成功，則會進行 2 次補召動作。若補召不成功，缺失信息部分記錄無效碼 0xFF 并存儲；每隔 15min，網(wǎng)關(guān)會將召測到的數(shù)據(jù)上報給主站，若各個節(jié)點的數(shù)據(jù)有更新再上報，即若是某些節(jié)點數(shù)據(jù)未更新，則只上報有更新的節(jié)點的數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)不主動上報數(shù)據(jù)，需要主站發(fā)命令才會上報；網(wǎng)關(guān)具有自檢功能，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常有事件記錄和告警。綜上上述，本技術(shù)方案提供了一種安裝工序簡單、可移動性好、成本低、通信距離遠、功耗低、抗干擾能力好、具有定位功能的適用范圍廣的基于遠程無線技術(shù)的網(wǎng)關(guān)。

本實用新型較佳的實施例中，還包括本地通信模塊5，與上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點連接，用于與上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點以及上述主控模塊進行有線通信，接收上述數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集到的上述相關(guān)數(shù)據(jù)并將上述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上述主控模塊。上述本地通信模塊5包括RS485有線接口和/或RS232有線接口。

在本實施例中，數(shù)據(jù)接口模塊5支持串口透傳，使用RS485或者RS232 接口，最大波特率為115200bps。由于本實用新型的網(wǎng)關(guān)是在LoRa 平臺上自主研發(fā)的通信標準，基本星形網(wǎng)絡(luò)模型分為網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集節(jié)點兩部分，其中節(jié)點通過RS232或者RS485 串口采集傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)，然后通過 LoRa 通信標準將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)；而網(wǎng)關(guān)則負責(zé)采集多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)，并通過 RS232或者RS485 串口、以太網(wǎng)或 GPRS 等路徑與服務(wù)器通信。由此即可達到采用 LoRa 通信標準達到無線采集數(shù)據(jù)的目的。

本實用新型較佳的實施例中，上述遠程通信模塊2包括：

以太網(wǎng)通信模塊21，用于接收上述主控模塊發(fā)送的上述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將上述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備；

無線通信模塊22，用于接收上述主控模塊發(fā)送的上述相關(guān)數(shù)據(jù)，并將上述相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給上述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)設(shè)備；

上述無線通信模塊22采用GSM通信方式和/或GPRS通信方式。

在本實施中，包含一個 10或者100Mbps 以太網(wǎng)口、GPRS 通信模塊，方便及時上報數(shù)據(jù)。

本實用新型較佳的實施例中，還包括定位模塊8，與上述主控模塊以及上述電源模塊連接，用于接收關(guān)聯(lián)于上述網(wǎng)關(guān)的定位數(shù)據(jù)并將上述定位數(shù)據(jù)傳送給上述服務(wù)器。

本實用新型較佳的實施例中，還包括存儲器模塊7，與上述主控模塊及上述電源模塊連接，用于存儲上述網(wǎng)關(guān)運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

在本實施里中，網(wǎng)關(guān)通過存儲器模塊77會自動存儲以下數(shù)據(jù)：存儲至少 40 個中保最近 15 天的 15 分鐘的任務(wù)數(shù)據(jù)；存儲最近 60 條編程日志，包括寫終端參數(shù)和寫測量點參數(shù)；存儲最近 500 條告警事件（剩余電流超限、中保跳閘、中保跳閘閉鎖、網(wǎng)關(guān)?；蛘呱想娛录?；上報告警事件（電流超限、中保跳閘、中保跳閘閉鎖、網(wǎng)關(guān)?；蛘呱想娛录?/p>

本實用新型較佳的實施例中，還包括時鐘模塊6，與上述主控模塊及上述電源模塊連接，用于給上述網(wǎng)關(guān)提供定時和計時功能。

在本實施中，時鐘模塊6采用RTC實時時鐘芯片。

本實用新型較佳的實施例中，還包括狀態(tài)指示模塊9，與上述主控模塊及上述電源模塊連接，用于對上述網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)進行指示。

本實用新型較佳的實施例中，上述定位模塊8基于全球定位系統(tǒng)獲得上述定位數(shù)據(jù)。

本實用新型較佳的實施例中，上述狀態(tài)指示模塊9包括至少一個與上述主控模塊以及上述電源模塊連接的指示燈。

如圖3-4所示，具體使用時，網(wǎng)關(guān)的上述所有模塊集成在一個電路板上，該電路板設(shè)置在殼體10內(nèi)，殼體10上對應(yīng)上述所有模塊設(shè)置有接口。本產(chǎn)品兩個橫截側(cè)面都有接口。定義機型標記面為正面。正面有電源接口11、串口12、串口模式切換按鈕13、網(wǎng)口14、LED燈組15；背面有第一GPS天線SAM接頭16（母頭，可接 GPS SMA 天線，支持頻段 1575MHz）、SIM卡槽17、第二GPRS 天線 SMA 接頭18（母頭，可接 GPRS SMA 天線，支持頻段 GSM 850或者900或者1800或者1900MHz）、RST 針孔按鈕19、LoRa 天線 SMA 接頭20（母頭，可接 LoRa SMA 天線，支持 433MHz 免許可頻段）。

以上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非因此限制本實用新型的實施方式及保護范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運用本實用新型說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。