[发明专利]基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置及其采集方法

权利要求书

1.一种基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置的采集方法，其特征在于，所述的采集装置包括管理控制模块和外围功能模块，所述管理控制模块包括ContikiOS平台和与所述ContikiOS平台连接的时间管理单元、配置管理单元、数据管理单元以及通信管理单元，所述外围功能模块包括与所述配置管理单元连接的调试/配置模组、与所述数据管理单元连接的RS485模组以及与所述通信管理单元连接的LoRa模组；其中：

调试/配置模组用于提供配置LoRa采集装置基本工作参数的接口；

RS485模组用于提供采集仪器、仪表、传感器数据的通道；

LoRa模组用于提供LoRa采集装置与网关通信的通道；

Contiki OS平台用于为各软件逻辑和机制提供运行平台，简化开发逻辑；

时间管理单元用于控制LoRa采集装置的工作时隙，管理采集时间、上传时间及唤醒时间；

配置管理单元用于根据来自系统配置接口的命令配置系统参数、根据基本工作参数确定运行时参数以及网关下发新配置后同步刷新系统参数；

数据管理单元用于根据对采集到的原始数据进行预处理，并将预处理后的数据存储到上传数据缓冲区，当上传进程执行上传数据操作时，会从上传数据缓冲区取走预处理后的数据，并将其上传到网关；

通信管理单元用于在指定的时间完成与网关的通信任务；

所述的采集方法包括以下步骤：

(1)初始化：根据硬件厂商提供的信息，设置相关寄存器让主控芯片和外围功能模块进入工作状态；

(2)设置、计算工作参数：根据对应网关工作参数及实际应用场景设置射频频率、重传次数、数据长度、上传周期、唤醒间隔、射频功率、速率档位基本参数；根据预设前导码参数、带宽、频率和扩频因子计算CAD时长和前导码长度；

(3)装置入网：利用LoRa信道活动检测检查当前信道是否被占用，若信道忙，则延迟一段时间再重复检测信道占用情况，直至检测到信道空闲；若信道空闲，则向网关发送入网请求完成入网；

(4)时间管理：为每个工作节点分配独占的通信时隙，并实现本地RTC时间与网关的高度同步，利用状态机模型确定定时类型，配合RTC闹钟功能确保系统在确定的时间正确执行预定的操作，实现定时采集数据、上报数据和唤醒对时操作；

步骤(4)中的时间管理包括时间分配和与网关的时间同步，其中，时间分配根据时间分配算法计算通信时间点和采集装置时隙；与网关的时间同步利用通信时间算法实现与网关时间的精确同步；

所述的时间分配具体包括：

分时独占：将每个系统上报周期分割为时隙区间和自由区间，时隙区间供节点完成固定周期性的工作，在时隙区间为每个节点分配独占的通信时隙，降低通信冲突几率；自由区间作为网络系统的辅助性操作区间；

时隙划分：通信时隙被划分为预设工作区间和唤醒区间，上行区间分为若干个重试区间，通信时隙划分为网络节点数、payload参数、频率、带宽、扩频因子及上报周期的函数；采集时间、上传时间、唤醒时间为系统时间的函数；

与网关的时间同步具体包括：

时间校正：在节点与网关同步时间过程中，根据payload参数、带宽、扩频因子及编码率计算数据包空中传输时间，结合设备特性系数对数据包中的时间进行校正，提高同步准确度；

定时同步：每次上报和唤醒操作都会进行一次时间同步操作；系统会定时进行同步对时。

2.根据权利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置的采集方法，其特征在于，所述管理控制模块还包括看门狗单元，所述看门狗单元用于提供看门狗复位功能，防止意外情况导致不可自动恢复的异常。

3.根据权利要求2所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置的采集方法，其特征在于，所述外围功能模块还包括供电模块，所述供电模块用于为LoRa采集装置供电。

4.根据权利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置的采集方法，其特征在于，在步骤(1)中，初始化具体包括初始化MCU的时钟、串口内部外设及GPIO口；初始化LoRa模组引脚和工作状态；初始化RS485模组、电源模组、启动Contiki操作系统。

5.根据权利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集装置的采集方法，其特征在于，在步骤(3)中向网关发送入网请求完成入网具体包括：将设备信息发送到网关，完成登记；接收入网回应数据包，将网关下发的参数及RTC时间同步到本地。