一种基于LoRa通信的数据采集系统及方法

一种基于lora通信的数据采集系统及方法
技术领域
1.本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种基于lora通信的数据采集系统。


背景技术：

2.近年来随着物联网技术的发展，对无线数据传输的需求变得愈发迫切。处于物联网感知层中的传感器、rfid读写器或其他设备产生大量的数据，需要具有较高可靠性的传输手段将其汇聚到物联网的主干网络中。此外，由于这些设备空间位置分布广泛，难以全部借助有线传输方式承载其数据传输的要求。为了解决这一问题，蓝牙、zigbee、wifi及3g/4g等无线传输技术得到了蓬勃发展。
3.通常情况下，大多数传感器产生的数据量有限，而分布式监测技术又希望节点具有大规模组网能力、较低的功耗、较低的成本和较大的通信距离。虽然蓝牙与zigbee技术都可满足节点低功耗设计的需求，但是蓝牙技术通信距离有限，组网规模小；zigbee虽可进行较大规模的组网，但是其通信所采用的2.4ghz频段对建筑物等障碍物的穿透能力相对较弱。wifi技术常见的通信范围受限在数百米范围内；3g/4g技术虽然有较大的覆盖范围，但是节点组网需要借助移动通信网络。此外wifi与3g/4g技术的能耗特性略差，不适合在一些基于单独电池供电的场合下使用。在大多数低功耗分布式组网的场合中，wifi与3g/4g技术所提供的高通信速率也略显鸡肋。
4.近年来为了适应低功耗、分布式大规模组网的需求，lora无线扩频技术为这一应用场合提供了新的选择。利用lora技术可以组建数万节点规模的无线传输网络，可以高度稳定可靠地以0.3到50kbs的传输速率传输数据。其通信多采用433mhz的ism频段，通信距离比zigbee与蓝牙有较大程度的提高，且对建筑物等障碍物的穿透效果较好。此外其协议采用了先进的编解码方案与扩频调制技术，可在信噪比低于20db时实现解调，这也有助于其在信道条件恶劣的场合中使用。
5.但是，现有的基于lora技术的数据采集系统成本较高且不方便维护。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种成本低且方便维护的基于lora通信的数据采集系统及方法。
7.为实现上述目的，一方面，本发明提出了一种基于lora通信的数据采集系统，包括：数据采集单元，用于采集数据，其包括多个lora从节点和至少一个lora主节点，每个所述lora主节点连接多个并接的所述lora从节点；lora网关，与所述数据采集单元的所述lora主节点相连，用于将所述lora主节点传输过来的信息汇总，并转换数据格式；云平台，与所述lora网关通过无线通信技术相连，用于采用云计算技术将数据可视化。
8.在一优选实施例中，所述lora网关使用4g通信技术，并采用mqtt通信协议将信息上传给所述云平台。
9.在一优选实施例中，所述lora网关将信息的格式转变为供mqtt通信协议使用的json格式。
10.在一优选实施例中，所述数据采集单元还包括多个lora传感器，一个所述lora传感器对应连接一个所述lora从节点，所述lora传感器用于采集信息给所述lora从节点。
11.在一优选实施例中，所述lora网关的通信可视距离为0~5km。
12.另一方面，本发明提出了一种基于lora通信的数据采集方法，包括：s1，多个并接的lora从节点采集数据给对应的lora主节点，所述lora主节点将接收的数据发送给lora网关；s2，所述lora网关将lora主节点传输过来的信息汇总，并转换数据格式给云平台；s3，所述云平台通过无线通信技术与lora网关相连，采用云计算技术将接收到的数据可视化。
13.在一优选实施例中，所述s2中，所述lora网关使用4g通信技术，并采用mqtt通信协议将信息上传给所述云平台。
14.在一优选实施例中，所述s2中，所述lora网关将信息的格式转变为供mqtt通信协议使用的json格式。
15.在一优选实施例中，所述s1中，一个所述lora从节点对应连接一个lora传感器，所述lora传感器采集信息给所述lora从节点。
16.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明采用lora通信技术，结合无线通信技术（具体为4g通信技术），将本地的lora节点采集到的数据发送至lora网关，lora网关使用无线通信技术采用mqtt通信协议进行上云，可使用在任何需要采集数据的较为宽阔的地方，例如大棚中，鸡舍里，同时也可以在学校内使用，进行数据采集。
17.2、本发明使用的是mqtt（message queue telemetry transport，消息队列遥测传输协议）的通信协议，其轻量的数据通信方式能够使得更海量的数据轻松上云，结合云计算技术，实现数据可视化。lora的通信可视距离为0—5km，能够布置多个节点，方便采集各类数据，数据到达网关，网关将各个节点信息汇总，转变成为能够使用mqtt通信协议的json的格式，上传至云平台，即部署方式采用网关+主节点+从节点的模式去部署在想要采集数据的地方，可以在本地实现免费的数据发送。
18.3、本发明采用多节点单网关的方式，使用一个4g模块实现较大面积数据上云，这样可以减少成本，方便维护。
附图说明
19.图1为本发明系统的结构框图示意图；图2为本发明一具体实施例的结构框图示意图；图3为本发明一实施例中lora模块电路的电路结构示意图；图4为本发明一实施例中4g通信模块的电路结构示意图；图5为本发明一实施例中mcu主控电路的电路结构示意图；
图6为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
20.下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
21.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
22.如图1所示，本发明实施例所揭示的一种基于lora通信的数据采集系统，包括数据采集单元、lora网关和云平台，其中，数据采集单元将本地信息采集给lora网关，由lora网关采用lora通信技术并结合无线通信技术将本地信息上传给云平台，由云平台实现数据的可视化。
23.具体地，本实施例中，如图2所示，数据采集单元具体包括至少一个lora主节点、多个lora从节点和多个lora传感器，将数据采集单元部署在想要采集数据的地方，如大棚中，鸡舍里，同时也可以在学校内使用等，适用于多种应用场景。其中，每个lora传感器对应连接一个lora从节点，多个lora从节点相并接，一个lora主节点对应多个lora从节点，也就是说，多个并接的lora从节点与一个lora主节点相连。一个lora网关对应连接至少一个lora主节点，lora主节点若为多个，则多个lora主节点相并接，且均与lora网关相连。具体地，每个lora传感器将采集到的本地信息发送给与其对应的lora从节点，多个lora从节点将本地信息均传送给对应连接的lora主节点，再由lora主节点将本地信息发送给lora网关。也就是说，数据采集单元将采集的本地数据最终传送给lora网关。本发明采用网关+主节点+从节点的模式去部署在想要采集数据的地方，可以在本地实现免费的数据发送。其中，lora从节点、lora主节点和lora网关上均设置有lora模块电路，这些lora模块电路之间是使用lora wan协议进行无线通信的，图3为本实施例具体采用的lora模块电路，该模块可采用型号为sx1268的lora模块电路。
24.lora网关的输入端与数据采集单元相连，具体与数据采集单元的lora主节点相连，输出端与云平台相连，用于将lora主节点传输过来的信息汇总，并转换数据格式后传输给云平台。本实施例中，lora网关使用无线通信技术，具体可采用4g通信技术或5g通信技术或wifi或者其他网络，其中图4为本实施例具体采用的4g模块芯片，具体可采用型号为lm302的4g模块芯片。lora网关中的lora模块电路和4g通信模块之间通过中间的mcu主控电路连接，图5为本实施例具体采用的mcu主控电路。另外，本实施例中，lora网关具体将信息经过mcu主控电路解码，然后将格式转变为供mqtt通信协议使用的json格式上传至云平台。且优选地，lora网关采用433mhz，通信范围可以达到可视距离0~5km。
25.云平台与上述lora网关通过无线通信技术相连，本实施例中，具体通过4g无线通信技术相连，用于采用云计算技术将数据可视化。
26.与上述系统相对应的，如图6所示，本发明实施例还揭示了一种基于lora通信的数据采集方法，包括以下步骤：s1，多个并接的lora从节点采集数据给对应的lora主节点，所述lora主节点将接收的数据发送给lora网关。
27.s2，所述lora网关将lora主节点传输过来的信息汇总，并转换数据格式给云平台。
28.s3，所述云平台通过无线通信技术与lora网关相连，采用云计算技术将接收到的数据可视化。
29.其中，每个步骤的结构及原理可参照上述装置中的对应单元描述，这里不做赘述。
30.本发明的优点在于：1、本发明采用lora通信技术，结合无线通信技术（具体为4g通信技术），将本地的lora节点采集到的数据发送至lora网关，lora网关使用无线通信技术采用mqtt通信协议进行上云，可使用在任何需要采集数据的较为宽阔的地方，例如大棚中，鸡舍里，同时也可以在学校内使用，进行数据采集；2、本发明使用的是mqtt（message queue telemetry transport，消息队列遥测传输协议）的通信协议，其轻量的数据通信方式能够使得更海量的数据轻松上云，结合云计算技术，实现数据可视化。lora的通信可视距离为0—5km，能够布置多个节点，方便采集各类数据，数据到达网关，网关将各个节点信息汇总，转变成为能够使用mqtt通信协议的json的格式，上传至云平台，即部署方式采用网关+主节点+从节点的模式去部署在想要采集数据的地方，可以在本地实现免费的数据发送；3、本发明采用多节点单网关的方式，使用一个4g模块实现较大面积数据上云，这样可以减少成本，方便维护。
31.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。