基于LoRa技术的无线数据采集系统设计

基于LoRa技术的无线数据采集系统设计

史伟龙

(中车石家庄车辆有限公司河北石家庄050000)

[摘要]数据采集是信息系统建设的一个关键环节，应用LoRa技术，将分布在大范围内的串口设备组成通信网络，可实现分散终端的数据集中采集与处理，并提供通用的端口供各种软件调，无需布设大量通信线路，无需周期性续费，大大降低了系统建设和使用成本，一种拓展性与通用性极强的无线数据采集系统应运而生。

关键字LoRa，串口设备，无线，数据采集

0引言

随着信息化技术发展，数据采集成为信息化系统建设的一个关键环节，尤其是在采集点分散、施工难度大、后期升级改造等工业环境中，急需一种布设难度低、建设成本低、改造难度低、使用费用低的信息采集系统，并具有较高的稳定性与可靠性，以实现复杂环境下系统数据采集。对于常见的控制器或者终端设备，均配备RS232、RS422或者RS485串口通信接口，支持标准的串行通信协议，可提供数据传送服务，由此，采集网络的设计成为系统设计的关键部分[1]。LoRa是LPWAN通信技术中的一种[2]，一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性，其主要在433MHz、868MHz等全球免费频段运行，以LoRa设备为基础进行采集网络的设计，具有相当大的可行性。

1系统设计与开发

1.1设计原理

LoRa设备分为采集节点与接收节点，采集节点配备有一个或者多个串口，可通过串行方式连接多个不同类型的终端设备，如PLC、变频器、仪表等。接收节点可配备WiFi、以太网等接口，实现采集设备与计算机、平板电脑、智能手机等设备连接。采集节点与接收节点配对成功后，可实现多个串行设备组成通信网络，覆盖范围根据现场环境最多可达到5KM甚至更远。通信网络组建成功后，可通过互联网方式访问各个终端设备的数据，也可通过接收节点映射虚拟串口的方式实现本地化数据采集与处理。如图1所示：

图1设计原理图图2系统组建图

1.2系统组建

1.2.1设备选型

按照设计原理，选择相应类型的设备进行系统整体搭建，设备型号如表1所示：

表1设备选型表

1.2.2系统组建

按照设计原理与设备型号，进行整个采集系统组建，如图2所示：

1.2.3系统测试

按照LoRa设备手册，对LoRa采集节点与接收节点进行配置与配对，将PLC、变频器、仪表串口通讯线分别接入一台LoRa采集节点并对设备通信方式进行配置，将LoRa接收节点通过WiFi方式与笔记本相连，笔记本安装虚拟串口软件，并创建虚拟串口COM4，将测试设备与采集节点分别布置在距离采集节点1KM、2KM、3KM的位置，分别对PLC、变频器、仪表进行通讯测试，通讯状态稳定，通信稳定可靠，达到了预想的效果，部分测试报文如图3所示：

图3系统测试部分报文

2系统特点

该系统的构建与实施，相对常见数据采集系统，具有以下特点；

（1）安装简单：该系统的LoRa采集节点配置完成后，在信号覆盖范围内可实现任意布置，无需考虑布线等问题；

（2）成本低廉：对于分散在大范围内的终端设备，LoRa设备的安装无需大量的通讯线缆，施工周期可大大缩短，材料与人工成本大量降低；

（3）无需续费：LoRa设备可通过映射端口方式实现数据采集，相对于常用的基于GPRS通信的采集设备，无需定期缴纳流量费用，属于一次性投入；

（4）扩展性强：每个LoRa集中采集器可匹配多个采集节点，每个采集节点又可连接多个同类型数据终端，可实现多台设备的数据采集，具有良好的拓展性能；

（5）通用性强：通过映射计算机端口方式，能够与各种软件配合工作，具有良好的兼容性与极强的通用性。

3结束语

该系统围绕数据采集这一核心问题，将串行设备与LoRa设备相结合，在计算机端形成通用的串口，能实现各种软件与终端设备的数据交互，并改变了以往无线采集设备需要定期续费的现状，形成了一个简单、高效、通用的数据采集系统，进一步提升了采集系统灵活性，大大缩短了系统建设周期，具有良好的推广价值和应用空间。

参考文献：

[1]周云波.互联网串口通信[M].北京：电子工业出版社,2017.

[2]PetajajarviJ,MikhaylovK,RoivainenA,etal.OnthecoverageofLPWANs:rangeevaluationandchannelattenuationmodelforLoRatechnology[C]:201514thInternationalConferenceonITSTelecommunications(ITST).IEEE,2016.