SX1278 LoRa模块在无线抄表上的应用

前言

LoRaSemtech公司采用并且推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。该方案不再受限于功耗与传输距离的折衷考虑,为广大用户提供了一种能够实现远距离、长电池寿命、多节点的系统,进而拓展成网络。目前,LoRa运行的频段包括433、868、915MHz等,而SX1278 LoRa模块运行于137~525MHz频段。

LoRa的优势

LoRa在抗阻塞和选择性方面具有明显优势,相对于传统的FSK、GFSK,抗干扰能力比较强,传输距离比较远。目前主要应用于无线抄表、家庭和楼宇自动化、无线告警和安防系统、工业监视与控制、远程灌溉系统等。下文简要介绍SX1278 LoRa模块在无线抄表上的应用。

LoRa无线抄表系统主要包含四部分,无线水、燃气表(内置LoRa模块),远传网关,网络服务器,终端。下文简要介绍LoRa无线抄水表系统,燃气表同样适用。

相关参数

无线水表相当于各个终端节点,内含LoRa模块,我们需要了解它们的基本功能以及相关的一些参数:

1.水量、内置电池电压、温度的采集

这里不详细介绍数据如何采集。采集完的数据主要通过通信接口传递给主MCU,常用的通信接口有TTL、RS232、RS485接口等。SX1278芯片正常工作的电压范围是1.8~3.7V,同时其他芯片也具备一定的工作电压范围。这里就需要设置一个低电压的标准,用于内置电池低电压电量的报警。SX1278芯片正常工作的温度范围是-40~+85℃,同理其他芯片也具备一定的工作温度范围。这里就需要设置高、低温度的标准,用于温度报警。

2.定时上传信息

数据的采集并不涉及无线方面的通信,但这些信息需要通过网关上传给网络服务器(网关相当于基站)。上传的过程就涉及到了LoRa模块的无线通信。这时我们需要知道目前SX1278芯片配置的调制方式(SX1278芯片同时支持FSK调制)、工作频率、发射功率、空中速率等。SX1278芯片可工作在137~525MHz频段,当然这需要不同的硬件电路,当处于休眠模式时,电流小于1uA;处于接收模式时,电流约为15mA;处于发射模式时约为100Ma@20dBm。

3.开关、阀门控制

该功能即下行通信,例如报警时强制关闭阀门等。

4.其他报警

如磁干扰报警,防止无线水表内置模块的损坏,或采集的水量、内置电池电压及温度等数据不准确。

LoRa无线抄水表系统包含的远传网关部分,也可以称作集中器或基站。一般一个小区分布有一个基站,这个基站负责抄收整个小区内的LoRa无线水表。

一个网关可以对应多个节点设备,可以通过轮询的方式实现数据收集,网关通过标准IP与后端服务器相连接。这些通信均可以双向通信。节点设备和网关的通信建立在不同的通信频率和空中传输速率,空中传输速率的选择需要在传输距离以及消息时延之间权衡。

上诉可知,网关不对数据进行处理,网关的功能是接收来自LoRa无线水表的数据,然后通过运营商的3G或4G网络传给后端服务器。同时网关也可以接收来自后端服务器的命令,并将命令传给LoRa无线水表。

LoRa无线抄水表系统包含的服务器部分需要对数据存储并处理,同时还包含了各类系统。服务器主要包含用户管理系统、运营管理系统、业务系统、维护系统等。

用户管理系统的功能有新用户的添加、老用户的删除、修改等;运营管理系统的功能有定时抄表、用水量的统计、表格的导出以及用户查询等;业务系统的功能有缴费的录入以及明细统计、低水量提醒等;维护系统的功能有LoRa无线水表运行状态收集以及故障的检测等。

LoRa无线抄水表系统最后还包含了用户终端,可以是PC端,也可以是移动端APP。终端的功能,主要用于用户的登录,用户用水量的查询以及用户网上缴费等。

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结语

随着物联网的发展,近年来SX1278 LoRa模块的应用也越来越广泛,技术也越来越成熟。致力于开发射频模块的公司也热衷于SX1278 LoRa模块的专研。例如,成都亿佰特电子科技有限公司的SX1278LoRa串口模块,在软件上加上了纠错算法,大大加强了抗干扰能力;更甚的是在硬件上加上了PA以及LNA,对传输距离进一步提升。总的来说,SX1278 LoRa模块的发展一直没停下脚步,而应用也不仅仅在无线抄表上。