[实用新型]一种基于LoRa技术的无线数据采集节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于LoRa无线数据传输技术的用于进行无线数据采集的节点。

背景技术

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。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。

近年来为了适应低功耗、分布式大规模组网的需求，Semtech公司所推出的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 20 dB 时实现解调，这也有助于其在信道条件恶劣的场合中使用。基于LoRa技术的通信模块还具有低功耗与低成本的优点，利用LoRa技术，可以方便地构建传输可靠、成本低廉、功耗较低、组网方便的无线数据传输系统。

发明内容

本实用新型的目的是：借助于LoRa无线通信技术，实现对数据的无线采集。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种基于LoRa技术的无线数据采集节点，其特征在于，包括微控制器单元、LoRa数据传输单元、传感器单元、扩展模拟传感器接口单元、扩展数字传感器接口单元及系统供电单元，由系统供电单元为微控制器单元、LoRa数据传输单元及传感器单元提供工作电压，微控制器单元一方面经由LoRa数据传输单元与上位机建立数据通信，另一方面与传感器单元相连，同时，微控制器单元还连接扩展模拟传感器接口单元及扩展数字传感器接口单元。

优选地，所述LoRa数据传输单元通过RS232或RS485串行数据总线与所述微控制器单元相连。

优选地，所述LoRa无线通信模块采用全向天线。

优选地，所述传感器单元包括用于采集环境中空气的温湿度的环境温湿度传感器、用于采集土壤温湿度及水分信息的土壤传感器及用于对日照光强的采集的日光辐照传感器。

优选地，所述环境温湿度传感器、所述土壤传感器通过RS-485总线与所述微控制器单元相连。

优选地，所述日光辐照传感器的输出端通过由运算放大器组成的输入跟随器与所述微控制器单元内部的A/D转换器相连。

优选地，所述扩展模拟传感器接口单元由一组由运算放大器构成的输入跟随器及接线端子组成多路输入，将外部模拟量输出的传感器接在接线端子上，传感器输出的信号通过接线端子与输入电压跟随器被微控制器单元的A/D转换器采集。

优选地，所述扩展数字传感器接口单元由一组接线端子组成，支持单总线、I²C及SPI输出的数字传感器经由对应的接线端子接入到所述微控制器单元的各对应接口管脚上。

优选地，所述系统供电单元采用市电供电或12V直流供电，使用12V直流供电时，通过DC-DC隔离型电源模块转换为5V，进而通过线性稳压器得到3.3V与3V电压；当市电供电时，220V市电通过隔离型多路输出电源模块将电压转换为12V及5.0V，之后利用与12V直流供电相同的方式由5V得到3.3V与3V电压。