一种LoRa数据采集器、其通信方法以及升级方法与流程

本发明属于物联网通信领域，具体涉及一种lora数据采集器、其通信方法以及升级方法。

背景技术：

lora通信是升特semtech公司提出的一种低功耗、远距离的物联网技术，被广泛应用于无线抄表等领域。lorawan是采用lora技术构建的低功耗、远距离的无线互联广域网。lorawan得益于扩频调制和前向纠错码的增益，lora取得大约2倍蜂窝技术的通信距离。

现阶段lora技术广泛应用于物联网感知层，传感器数据通过lora通信芯片的传输，具有传输距离远、穿透性强、易覆盖等优点。市场上目前已出现的基于lora的数据采集器，广泛应用于表具、环境监测、智能家居等领域。但普遍具有如下缺点：

(1)传输方式单一：市面上的lora采集器要么是基于lorawan，要么是基于lora点对点的，不能一机多用，在智慧社区、智慧商业等传感器数量大的场合不能灵活适配。

(2)接口方式单一：市面上的lora采集器外置接口不能满足多路传感器同时接入，仅能少量对接，且传感器通讯方式不同，不能统一部署。

(3)升级方式复杂：市面上的lora采集器绝大部分不带远程升级，带远程升级的效率低，无法大量高效率升级。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种lora数据采集器、其通信方法以及升级方法，以解决背景技术中所指出lora数据采集器所存在的问题。

本发明提供的一种lora数据采集器，包括微控制单元、lora通信模块、rs485串口模块、rs232串口模块、看门狗模块和供电单元；

lora通信模块、rs485串口模块、rs232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。

进一步的，微控制单元采用stm32f205rc型号芯片；lora通信模块采用sx1268射频芯片；rs485串口模块采用rsm485pht型号芯片；rs232串口模块采用ft232rl型号芯片；看门狗模块采用imp706r型号看门狗芯片。

本发明lora数据采集器还包括电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯，电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯均连接微控制单元。

本发明提供的采用上述lora数据采集器的通信方法为：

lora数据采集器包括两种工作模式：lorawan采集模式和lorawan中继模式

在lorawan采集模式下，lora数据采集器读取终端传感器的数据，将数据通过lorawan方式发送给lora网关，经由云服务器上传；

在lorawan中继模式下，作为终端的lora数据采集器读取终端传感器的数据，将通过lora点对点p2p方式发送给作为中继采集器的lora数据采集器，中继采集器将数据通过lorawan方式发送给lora网关，经由云服务器上传。

本发明提供的上述lora数据采集器的升级方法，包括：

(1)利用pc升级一lora数据采集器a，记为升级节点；

(2)lora数据采集器a上电入网后，以lora点对点方式周期性广播新版本号；

(3)在lora数据采集器a信号范围内的其他lora数据采集器，接收到广播后，向lora数据采集器a发送升级请求；将向lora数据采集器a发送升级请求书的lora数据采集器记为lora数据采集器b；

(4)lora数据采集器a根据优先原则，向后台依次发送携带发送数据包，该数据包携带lora数据采集器b的id，同时向lora数据采集器b回复升级确认数据；

(5)收到升级确认数据后，lora数据采集器b向lora数据采集器a请求新版本升级程序包；

(6)lora数据采集器a向lora数据采集器b发送所新版本升级程序包；

(7)lora数据采集器a和b重启，重启后lora数据采集器b运行升级程序包；

(8)lora数据采集器b完成升级后，lora数据采集器b作为升级节点，以lora点对点方式周期性广播新版本号，然后重复执行步骤(3)～(7)。

本发明具有如下特点和有益效果：

(1)本发明采集器集中继和终端采集器功能为一体，通过后台下发指令配置，方便快捷。

(2)本发明采集器多接口，可适配市面上绝大部分传感器，并可以提供传感器供电。

(3)本发明采集器组网简单，部署方便。

(4)本发明采集器数据传输距离远，穿透性强，在网关覆盖不到的地方可以采用本发明中继进行补盲。

(5)本发明采集器一机多用，病毒式远程升级提升升级效率，降低维护成本。

附图说明

图1为具体实施方式中lora数据采集器的结构框图；

图2为具体实施方式中lora数据采集器的外路接口定义示意图；

图3为具体实施方式中lora数据采集器的外路接口示意图；

图4为lora数据采集器在lorawan采集模式下的网络数据交互示意图；

图5为lora数据采集器在lora终端采集模式和中继采集模式下的网络数据交互示意图；

图6为采集器病毒式升级方案示意图；

图7为采集器病毒式升级流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明技术原理、技术方案及技术效果，下面将对本发明技术方案的具体实施方式做进一步描述。

参见图1，所示为lora数据采集器，主要包括微控制单元、lora通信模块、rs485串口模块、rs232串口模块、看门狗模块和供电单元。lora通信模块、rs485串口模块、rs232串口模块、看门狗模块、供电单元均连接微控制单元。

本具体实施方式中，微控制单元采用一mcu，具体采用stm32f205rc型号芯片，此芯片有6路串口，3路i2c接口，3路spi接口，内部1m的flash大容量存储空间，便于支持更多的通信协议，也可支持远程升级。

本具体实施方式中，lora通信模块采用semtech公司的sx1268射频芯片，发射功率可达22dbm，传输距离远，穿透性强。

本具体实施方式中，rs485串口模块采用rsm485pht型号芯片，用来将微控制单元输出的ttl串口信号转换为rs485信号。rs485串口用来连接外部rs485接口的传感器，本发明lora数据采集器和外部传感器通过rs485线相连，采集器可以采用主动采集模式(采集器主动向外部传感器发送数据然后接收传感器回复的数据，采集器再将回复的数据通过lora通信模块发送给lora中继器或者lora网关)或者被动接收模式(外部rs485传感器通过rs485接口主动向lora数据采集器发送数据，采集器再将通过rs485接口接收到的数据通过lora通信模块发送给lora中继器或者lora网关)两种工作模式。本具体实施方式中，rs485串口模块的a线接外部rs485传感器的b线，rs485串口模块的b线接外部rs485传感器的a线。

本具体实施方式中，rs232串口模块采用ft232rl型号芯片，用来将微控制单元输出的ttl串口信号转换为rs232信号。rs232串口用来连接外部rs232接口的传感器，本发明lora数据采集器和外部传感器通过rs232线相连，采集器可以采用主动采集模式(采集器主动向外部传感器发送数据然后接收传感器回复的数据，采集器再将回复的数据通过lora通信模块发送给lora中继器或者lora网关)或者被动接收模式(外部rs232传感器通过rs232接口主动向lora数据采集器发送数据，采集器再将通过rs232接口接收到的数据通过lora通信模块发送给lora中继器或者lora网关)两种工作模式。本具体实施方式中，rs232串口模块的tx线接外部rs232传感器的rx线，rs232串口模块的rx线接外部rs232传感器的tx线，采集器的地线gnd必须和rs232传感器的gnd相连。

本具体实施方式中，看门狗模块采用imp706r型号看门狗芯片，2.5s喂狗一次，系统卡死，则看门狗重启采集器。

本具体实施方式中，供电单元内置电压转换电路，将供电电压转换为3.3v、5v和12v，提供外置供电。供电单元采用5v适配器供电，可接外接电池盒供电，外接电池盒可供采集器工作5个小时。采集器有适配器并接电池盒供电时，适配器供电断开，采集器上报供电异常报警。适配器供电时，电池盒插入和拔出亦上报状态，后台报警。供电电压低于2.7v时，上报低电报警。

本发明lora数据采集器还包括3组信号指示灯，分别为电源指示灯、网络指示灯、数据交互指示灯。当采集器插电开机，电源指示灯亮；当由电池供电时，电池低电，电源指示灯10s灭一次，持续1s后亮起。采集器和网关或者后台联网成功，网络指示灯亮，断开连接网络则网络指示灯灭。外置接口有数据交互时，数据交互指示灯闪烁。另外，采集器工作在中继模式时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭2次；采集器工作在采集模式时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭4次；采集器在远程升级时，网络指示灯和数据交互指示灯同时亮灭，直到升级完成采集器重启。

本发明lora数据采集器外置多路通信接口，见图2所示，本具体实施方式中，外置有4路串口(包含2路rs485串口、1路rs232串口、1路ttl串口)、以及2路i2c接口、1路spi接口，另外留2路可控制的对外供电接口，4路可配置gpio控制接口。多路通信接口可引出至数据采集器外壳外部，具体参见图3。

本具体实施方式中，外置的2路rs485串口，采用mcu芯片内置ttl串口连接rs485芯片，rs485芯片的a、b线外置方式。

本具体实施方式中，外置的2路rs232串口，采用mcu芯片内置ttl串口连接rs232芯片，rs232芯片的tx、rx线外置方式。

本具体实施方式中，外置的1路spi接口，采用mcu芯片内置spi线外置，包含cs、clk、miso和mosi。

本具体实施方式中，外置的2路i2c接口，采用mcu芯片内置i2c线外置，包含sclk和sda。

本具体实施方式中，外置的1路ttl串口，采用mcu芯片内置ttl串口tx、rx线外置。

本具体实施方式中，外置的4路gpio串口，采用mcu芯片内置gpio口外置。

本具体实施方式中，外置的2路可控制vcc供电，采用mcu芯片gpio口控制vcc输出电压高低，内部gpio拉高则输出电压，gpio拉低则外供0v。vcc电压支持3.3v、5v、12v三种，通过内置gpio控制切换输出电压。

本发明lora数据采集器支持两种工作模式：lorawan采集模式和lorawan中继模式，默认出厂配置lorawan采集模式。本发明lora数据采集器具备lorawan采集器功能，同时兼容lora点对点通信功能，点对点通信应用于中继采集器或lora终端采集器，lora终端采集器部署于网关覆盖不到的地方。

用户在平台上可对采集器进行参数配置，指定id采集器为lorawan采集模式、lora终端采集模式(即点对点p2p模式)或中继采集模式(p2p+lorawan综合模式)，采集器在刚开机或者周期(例如12小时)运行在lorawan环境(lorawan发送一次数据并打开接收)，接收后台的配置信息，然后根据后台配置信息运行相应的模式程序。

参见图4，所示为lora数据采集器在lorawan采集模式下的网络数据交互，图中lorawan采集器即本发明lora数据采集器，其与终端的传感器信号连接。在lorawan采集模式下，终端运行lorawan程序，采集器通过外置接口读取传感器数据，然后打包成固定协议格式，通过lorawan方式将数据发送给lora网关，经由云服务器传输到应用平台(控制台或app)。

参见图5，所示为lora数据采集器在lora终端采集模式和中继采集模式下的网络数据交互。在lora终端采集模式下，采集器运行点对点发送接收程序，采集器通过外置接口读取传感器数据，然后打包成固定协议格式，通过lora点对点p2p方式将数据发送给中继采集器，然后传输给lora网关，经由云服务器传输到应用平台。

在中继采集模式下，采集器运行在lora点对点p2p模式接收lora终端采集器发过来的传感器数据，然后通过lorawan程序把数据传输给lora网关，经由云服务器将数据传输到应用平台。应用平台下行的数据通过lorawan发送给中继采集器，中继采集器再通过lora点对点p2p模式把后台的指令发送给lora终端采集器。

本发明采集器支持远程升级，通过采集器终端之间点对点p2p进行病毒式升级。参见图6～7，首先通过pc升级一台采集器a；然后，此采集器a上电入网后，周期性lora点对点广播一条带版本号的数据。在采集器a信号范围内的其他采集器，接收到a的广播后，向a发送升级请求，按照优先原则，a先收到谁的接收请求先向后台发送一条携带采集器b的id的数据包，表示a要进入升级模式给b升级，并对b回复升级确认数据，b开始请求新版本程序包，直到新程序包发送完成，采集器a和b重启，b重启后运行新版本，并开始周期性广播带版本号的数据，便于其他设备升级。

本发明提供的技术方案，不受上述具体实施方式的限制，凡是利用本发明的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。