一种基于LoRa的远距离自组网测距系统

本发明属于物联网，具体涉及一种基于lora的远距离自组网测距系统。

背景技术：

1、随着城市交通的迅猛发展，城市轨道交通常常运行于地下隧道，存在视线情况不佳及传统网络未完全覆盖或信号质量不佳等情况，为防止调度或操作失误造成严重的安全生产事故的发生，车距预警系统在车辆运行阶段为车上人员实时提供车距测量及车距预警，保障车辆安全稳定运行，防止事故发生。

2、现有技术中如专利cn114501344a公开的一种基于无线测距技术的海量lora节点快速自组网通信方法，该方法采用网关-终端分组组网方式组网过程中终端始终需要通过网关与上行网络进行通信，终端超出网关工作范围后需要不断增加网关数量来确保所有的终端节点能够顺利与上行网络通信，使得系统实际运行的成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于lora的远距离自组网测距系统，为用户提供在视线情况不佳且现有网络设备未完全覆盖区域进行安全预警，同时建立了设备管理的用户平台和管理平台，有效提高了系统的稳定性和安全性。

2、一种基于lora的远距离自组网测距系统，包括远距离测距单元、物联网平台、用户平台及管理平台；

3、所述远距离测距单元，用于与物联网平台接收和发送指令及消息服务、提供自组网通信功能及测距功能实现；

4、所述物联网平台，用于数据通信和消息订阅的功能，包括通信链路的上行通信和下行命令；物联网平台通过mqtt协议发送数据到远距离测距单元的物联网模块中；

5、所述用户平台是一种可视化的图形化程序，通过命令下发查看附近设备间相对距离信息，同时查看测距单元状态及电量信息；

6、所述管理平台支持远距离测距单元的设备信息状态、数据信息、用户操作情况进行查询与管理，并根据客户对测距单元实际使用需求，提供远程升级版本的功能。

7、进一步地，远距离测距单元上电后进行硬件初始化，读取当前设备信号强度、星历数以及flash中物联网平台设备三元组；注册并启动mqtt连接和测距信息定时上传；注册订阅回调和消息回调，轮询等待消息队列，根据命令类型执行对应功能。

8、进一步地，物联网模块与物联网平台建立mqtt连接时，物联网平台根据设备名生成指定的设备密钥的加密算法以确保连接的安全性。

9、进一步地，当用户需要查看与附近设备相对距离时，通过测距查询功能，将订阅消息通过物联网平台下发至对应远距离测距单元的物联网模块中，物联网模块解析指令并下发消息给中央处理器；中央处理器接收到指令后将测距信息回传，物联网模块将lora模块发送的信息通过中央处理器处理后上传到物联网平台上，物联网平台将接收到的信息下发到指定的终端设备中，终端设备展示相对距离。

10、进一步地，远距离测距单元开机后lora模块始终在工作范围内发起广播，搜寻附近设备并且与附近设备建立通信，各个设备之间相互平等，每个设备随时加入或离开网络，任何设备的故障不会影响整个网络的运行，完成不依赖任何预设网络设施的自组网行为。

11、进一步地，远距离测距单元包括lora模块、电源模块、中央处理器、交互模块及物联网模块；所述中央处理器用于任务调度分配、数据信息处理；所述物联网模块用于处理与物联网平台的信息交互；所述中央处理器分别与所述电源模块、lora模块、交互模块、物联网模块通信连接；所述电源模块包括聚合物电池及充电芯片，所述lora模块用于自组网建立以及测距通信；所述交互模块包括按键、led灯、蜂鸣器和显示器。

12、进一步地，远距离测距单元在工作时周期性上报状态信息到管理平台和用户平台，设置物联网模块功能为固定时间周期下发消息给中央处理器用于获取当前远距离测距单元测距信息、附近设备信息、电源电量信息。远距离测距单元通过中央处理器将信息处理后经由物联网模块上报至物联网平台，物联网平台将信息分别发送到管理平台和用户平台。

13、进一步地，物联网平台中，上行通信是指远距离测距单元通过mqtt协议与物联网平台建立长连接，上报数据消息到物联网平台中，并通过amqp消费组将设备信息上传到管理平台和用户平台。

14、进一步地，物联网平台中，下行命令是指通过用户平台发送命令，调用api接口向指定的topic发送指令，将数据消息发送到物联网平台。

15、本发明的有益效果：

16、（1）本发明提供的远距离自组网测距系统，可以在不依赖任何预设网络设施的情况下完成自组网，支持多设备同时接入或离开，同时完成多设备间的测距功能；

17、（2）所采用的lora模块支持设备有效组网半径可达5.8km且可工作在复杂的地形环境中；设计中采用的lora模块型号为sx1280—e28-24g4m27sx，该设备支持最大通信距离为8km，实际测试中最大有效组网半径为5.8km±0.1km；

18、（3）针对lora参数带宽、工作频率和扩频因子参数可以进行不断优化调整以获取最佳的测距精度，使得测距精度可控制在1米以内；

19、（4）用户平台通过物联网模块可以直接远程获取设备测距信息，提高了系统的便捷性；

20、（5）管理平台可以根据用户实际需求提供远程版本更新，使得系统功能可定制化。

技术特征：

1.一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：该系统包括远距离测距单元、物联网平台、用户平台及管理平台；

2.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：远距离测距单元上电后进行硬件初始化，读取当前设备信号强度、星历数以及flash中物联网平台设备三元组；注册并启动mqtt连接和测距信息定时上传；注册订阅回调和消息回调，轮询等待消息队列，根据命令类型执行对应功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：物联网模块与物联网平台建立mqtt连接时，物联网平台根据设备名生成指定的设备密钥的加密算法以确保连接的安全性。

4.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：当用户需要查看与附近设备相对距离时，通过测距查询功能，将订阅消息通过物联网平台下发至对应远距离测距单元的物联网模块中，物联网模块解析指令并下发消息给中央处理器；中央处理器接收到指令后将测距信息回传，物联网模块将lora模块发送的信息通过中央处理器处理后上传到物联网平台上，物联网平台将接收到的信息下发到指定的终端设备中，终端设备展示相对距离。

5.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：远距离测距单元开机后lora模块始终在工作范围内发起广播，搜寻附近设备并且与附近设备建立通信，各个设备之间相互平等，每个设备随时加入或离开网络，任何设备的故障不会影响整个网络的运行，完成不依赖任何预设网络设施的自组网行为。

6.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：远距离测距单元包括lora模块、电源模块、中央处理器、交互模块及物联网模块；所述中央处理器用于任务调度分配、数据信息处理；所述物联网模块用于处理与物联网平台的信息交互；所述中央处理器分别与所述电源模块、lora模块、交互模块、物联网模块通信连接；所述电源模块包括聚合物电池及充电芯片，所述lora模块用于自组网建立以及测距通信；所述交互模块包括按键、led灯、蜂鸣器和显示器。

7.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：远距离测距单元在工作时周期性上报状态信息到管理平台和用户平台，设置物联网模块功能为固定时间周期下发消息给中央处理器用于获取当前远距离测距单元测距信息、附近设备信息、电源电量信息；远距离测距单元通过中央处理器将信息处理后经由物联网模块上报至物联网平台，物联网平台将信息分别发送到管理平台和用户平台。

8.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：物联网平台中，上行通信是指远距离测距单元通过mqtt协议与物联网平台建立长连接，上报数据消息到物联网平台中，并通过amqp消费组将设备信息上传到管理平台和用户平台。

9.根据权利要求1所述的一种基于lora的远距离自组网测距系统，其特征在于：物联网平台中，下行命令是指通过用户平台发送命令，调用api接口向指定的topic发送指令，将数据消息发送到物联网平台。

技术总结
一种基于LoRa的远距离自组网测距系统，该系统包括远距离测距单元、物联网平台、用户平台及管理平台；远距离测距单元用于自组网通信和远距离测距与物联网平台下发命令处理。远距离测距单元包括LoRa测距模块、主控模块、电源模块、交互模块及物联网模块。物联网平台主要用于数据通信和消息订阅的功能，包括通信链路的上行通信和下行命令。通过MQTT长连接实现数据通信；用户平台用于测距单元的实时状态和电源电量等信息的查看以及告警信息的处理和配置；管理平台用于对测距单元状态信息、数据信息、用户操作情况进行查询与管理以及远程升级版本的功能，提高了测距单元的安全性和灵活性。

技术研发人员：盛宇波,张泽佳,周澜,钟伟
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13