CN109862068A - 一种基于tdma的lora数据采集控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，包括本地服务器、网关和多个采集终端；所述网关与所述本地服务器通过无线GPRS连接用于将接收数据发送给本地服务器以及响应本地服务器下发的命令；所述网关与所述多个采集终端通过LORA无线通信连接用于接收采集的相关数据；所述采集终端与外部设备通过RS485或者RS232接口连接用于相关设备的数据采集及控制。本发明基于LORA通信技术，工作在470～510M免授权频段，无须额外费用，同时具有超长的通信距离及极强的抗干扰能力；独有自组网方式，降低系统复杂度；运用TDMA技术，最大限度利用带宽，减少成本，降低系统功耗。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信设备技术领域，尤其涉及一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统。
背景技术
目前，随着物联网的快速发展，催生了智慧城市、智慧农业、智慧工业和智慧健康等市场应用，已深入我们生活的多个领域。万物互联的需求也被进一步带动，不计其数的“物”将会连接入网，对其进行数据采集及控制，让“物”发声成为基本需求。
现有利用2G/3G/4G网络进行数据采集控制的系统，虽然不受传输距离的限制，但是接入点功耗偏高，且每个接入点需配一张sim卡，通信成本和后期维护成本较高，同时在一些区域也存在信号覆盖问题。另外类似WIFI/BT/ZIGBEE等短距离室内通信，应用需单独布线，抗干扰较差，同时传输距离受限，无法形成广域的覆盖。
发明内容
针对上述的诸多问题，为了满足用户的需求，本发明提出了一种功耗低、通信距离远、成本低、抗干扰性强的基于TDMA和LORA的采集控制系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，包括：本地服务器、网关和多个采集终端；所述网关与所述本地服务器通过无线GPRS连接用于将接收数据发送给本地服务器以及响应本地服务器下发的命令；所述网关与所述多个采集终端通过LORA无线通信连接用于接收采集的相关数据；所述采集终端与外部设备通过RS485或者RS232接口连接用于相关设备的数据采集及控制。
进一步的方案为，所述采集终端包括：①采集模块，通过RS485或RS23接口与外部设备连接，采集相关的数据及控制设备；②管理控制模块，配置射频参数、申请入网、对时以及依托TDMA算法定时唤醒终端；③LORA模块，与网关通信，主动上传数据或者接收及响应网关唤醒命令。
进一步的方案为，所述网关包括：①管理控制模块，配置网络参数和射频参数、管理终端入网、广播对时、单播/广播唤醒终端；②LORA模块，与终端通信，接收及回应上传的数据和下发唤醒命令；③GPRS模块，与本地服务器通信，上传采集数据或者接收下发的命令。
进一步的方案为，所述采集终端初次入网的管理控制流程如下：
(1)设置LORA模块射频参数：根据网关端参数配置，设置终端参数如发射功率、传输频率和空中速率等，与之匹配；
(2)申请入网：首先CAD侦听信道空闲，若忙，则随机延时退避一段时间，重复几次仍未空闲，则退出等待一会，再继续侦听，直到信道空闲；发送入网申请数据帧，接收到网关回应帧，解析及存储分配的网络地址、当前时间和网络参数，入网成功；
(3)主动上报及响应命令：①根据上报间隔，定时采集设备的数据；②通常终端处于休眠状态，依据TDMA机制定时唤醒，唤醒为上报时刻，则上传数据，几次上传不成功，则重新入网；⑧唤醒为响应命令流程，具体分广播和单播两种，其中单播若唤醒地址为自己，则作出回应，若不是则忽略，广播对时则更新终端时间、广播参数则更新参数；④根据系统参数计算下一次唤醒时刻，继续休眠，等待唤醒，如此反复。
进一步的方案为，所述网关管理控制流程如下：①管理网络参数，如终端个数、上传字节数、上报间隔、上传周期、唤醒间隔、唤醒字节数等；②管理终端入网，分配及管理网络地址；⑧定时对时，保证网关和终端时序一致；④转发上报的数据到本地服务器，同时响应服务器命令。
进一步的方案为，网关和多个采集终端间通信基于TDMA，通信无碰撞，在上传周期内，每个终端分配固定的时隙，用于主动上报数据和可能的命令处理，周期内空闲的时间，用于命令处理。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，基于LORA通信技术，工作在470～510M免授权频段，无须额外费用，同时具有超长的通信距离及极强的抗干扰能力；独有自组网方式，降低系统复杂度；运用TDMA技术，最大限度利用带宽，减少成本，降低系统功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采集控制系统结构示意图。
图2为本发明终端第一次上电流程图。
图3为本发明TDMA算法时间分配原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其包括本地服务器、网关和多个采集终端。所述采集终端与外部设备(诸如水、电、气表，空调和环境传感器等)通过RS485或者RS232接口连接用于相关设备的数据采集及控制；所述网关与所述多个采集终端通过LORA无线通信连接用于接收采集的相关数据；所述网关与所述本地服务器通过无线GPRS连接用于将接收数据发送给本地服务器以及响应本地服务器下发的命令。
所述采集终端包括：①采集模块，通过RS485或RS23接口与外部设备连接，采集相关的数据及控制设备②管理控制模块，配置射频参数、申请入网、对时以及依托TDMA算法定时唤醒终端⑧LORA模块，与网关通信，主动上传数据或者接收及响应网关唤醒命令。
所述网关包括：①管理控制模块，配置网络参数和射频参数、管理终端入网、广播对时、单播/广播唤醒终端②LORA模块，与终端通信，接收及回应上传的数据和下发唤醒命令③GPRS模块，与本地服务器通信，上传采集数据或者接收下发的命令。
本实施例中，采集终端包括采集模块、管理控制模块和LORA模块。如图2所示，所述采集终端初次入网的管理控制流程如下：
(1)设置LORA模块射频参数：根据网关端参数配置，设置终端参数如发射功率、传输频率和空中速率等，与之匹配。
(2)申请入网：首先CAD侦听信道空闲，若忙，则随机延时退避一段时间，重复几次仍未空闲，则退出等待一会，再继续侦听，直到信道空闲。发送入网申请数据帧，接收到网关回应帧，解析及存储分配的网络地址、当前时间和网络参数，入网成功。
(3)主动上报及响应命令：①根据上报间隔，定时采集设备的数据②通常终端处于休眠状态，依据TDMA机制定时唤醒，唤醒为上报时刻，则上传数据，几次上传不成功，则重新入网⑧唤醒为响应命令流程，具体分广播和单播两种，其中单播若唤醒地址为自己，作出回应，若不是则忽略，广播对时则更新终端时间、广播参数则更新参数④根据系统参数计算下一次唤醒时刻，继续休眠，等待唤醒，如此反复。
本实施例中，网关包括管理控制模块、LORA模块和GPRS模块。所述网关管理控制流程如下：①管理网络参数，如终端个数、上传字节数、上报间隔、上传周期、唤醒间隔、唤醒字节数等。②管理终端入网，分配及管理网络地址③定时对时，保证网关和终端时序一致④转发上报的数据到本地服务器，同时响应服务器命令。
本实施例中，网关和多个采集终端间通信基于TDMA，通信无碰撞，具体时间分配如图3所示。在上传周期内，每个终端分配固定的时隙，用于主动上报数据和可能的命令处理，周期内空闲的时间，用于命令处理。至于时隙内空闲段能否用于唤醒命令，程序内会依据唤醒字节数、射频速率等做进一步计算来判定，以避免冲突。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (6)
1.一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，包括：本地服务器、网关和多个采集终端；所述网关与所述本地服务器通过无线GPRS连接用于将接收数据发送给本地服务器以及响应本地服务器下发的命令；所述网关与所述多个采集终端通过LORA无线通信连接用于接收采集的相关数据；所述采集终端与外部设备通过RS485或者RS232接口连接用于相关设备的数据采集及控制。
2.如权利要求1所述的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，
所述采集终端包括：①采集模块，通过RS485或RS23接口与外部设备连接，采集相关的数据及控制设备；②管理控制模块，配置射频参数、申请入网、对时以及依托TDMA算法定时唤醒终端；⑧LORA模块，与网关通信，主动上传数据或者接收及响应网关唤醒命令。
3.如权利要求1所述的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，
所述网关包括：①管理控制模块，配置网络参数和射频参数、管理终端入网、广播对时、单播/广播唤醒终端；②LORA模块，与终端通信，接收及回应上传的数据和下发唤醒命令；⑧GPRS模块，与本地服务器通信，上传采集数据或者接收下发的命令。
4.如权利要求1所述的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，所述采集终端初次入网的管理控制流程如下：
(1)设置LORA模块射频参数：根据网关端参数配置，设置终端参数如发射功率、传输频率和空中速率等，与之匹配；
(2)申请入网：首先CAD侦听信道空闲，若忙，则随机延时退避一段时间，重复几次仍未空闲，则退出等待一会，再继续侦听，直到信道空闲；发送入网申请数据帧，接收到网关回应帧，解析及存储分配的网络地址、当前时间和网络参数，入网成功；
(3)主动上报及响应命令：①根据上报间隔，定时采集设备的数据；②通常终端处于休眠状态，依据TDMA机制定时唤醒，唤醒为上报时刻，则上传数据，几次上传不成功，则重新入网；③唤醒为响应命令流程，具体分广播和单播两种，其中单播若唤醒地址为自己，则作出回应，若不是则忽略，广播对时则更新终端时间、广播参数则更新参数；④根据系统参数计算下一次唤醒时刻，继续休眠，等待唤醒，如此反复。
5.如权利要求4所述的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，所述网关管理控制流程如下：①管理网络参数，如终端个数、上传字节数、上报间隔、上传周期、唤醒间隔、唤醒字节数等；②管理终端入网，分配及管理网络地址；③定时对时，保证网关和终端时序一致；④转发上报的数据到本地服务器，同时响应服务器命令。
6.如权利要求4所述的一种基于TDMA的LORA数据采集控制系统，其特征在于，网关和多个采集终端间通信基于TDMA，通信无碰撞，在上传周期内，每个终端分配固定的时隙，用于主动上报数据和可能的命令处理，周期内空闲的时间，用于命令处理。
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