CN107360539A - 一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，包括若干移动端、若干LoRa终端组件和至少一LoRa集中器组件；每一移动端与一LoRa终端组件蓝牙连接，所述一LoRa终端组件将从一移动端接收的数据发送给LoRa集中器组件，所述LoRa集中器组件根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给另一LoRa终端组件，所述另一LoRa终端组件将数据传输给另一移动端，系统还包括若干LoRa中继组件，用于扩展LoRa终端组件与LoRa集中器组件之间的传输距离。本发明通过lora远程通讯技术独立组网，搭建即时通讯网络，在应急情况下无需借助蜂窝网络基站即可进行远距离低功耗通讯。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统。
背景技术
Lora是一种远距离低功耗的无线通信技术，是LPWAN通信技术中的一种。其调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离，可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域。Lora技术属于使用非授权频段的通讯技术，即不适用运营商蜂窝网络而进行独立建网，目前主要应用于物联网领域，Lora通讯技术与其他非授权LPWAN技术相比的优势在于，其分辨频率较高，网络可靠性强，功耗极低，一节5号锂电池可为一台lora终端设备供电5年以上。Lora网络构架是星形拓扑网络，即每个终端节点和网关可以直接进行信息互通，不但减少了网络运行的复杂程度，而且有效的降低了功耗。Lora网络架构由终端、中继器、集中器和其他服务器组成。
目前普遍使用的通讯技术均需借助已有的通讯基站进行通讯，而蜂窝网络通讯基站覆盖率有限，且通讯基站建设成本较高，需要稳定供电和大量投资进行运营。在某些紧急情况下，电力供应被切断，基站无法正常工作，将会导致通讯受阻，信息无法及时传递。Lora技术的低功耗远距离传输特性为紧急情况下的应急通讯提供了较好的解决方案。
经对现有的文献检索发现，中国专利授权公告号CN206237396U“基于Lora短距离无线通信的智能手环”对lora技术在通讯方面的应用进行了相关描述，在lora通讯领域取得了一定成果，但仍存在一下不足之处：使用lora技术解决了短程通讯的问题，但未给出较长距离的通讯解决方案，缺乏对中继器扩频系统的使用，在进行较长距离通讯时将受到限制；在供电条件受到限制的情况下，其较高的功耗将导致设备不能长时间持续工作，缺乏对功耗问题的良好解决方案。
发明内容
本发明的目的是解决无电力供应状态下的应急通讯问题，本发明通过LoRa中继组件扩展LoRa终端组件与LoRa集中器组件之间的传输距离，通过lora远程通讯技术独立组网实现远距离低功耗通讯。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，包括：若干移动端、若干LoRa终端组件和至少一LoRa集中器组件；每一移动端与一LoRa终端组件蓝牙连接，所述一LoRa终端组件将从一移动端接收的数据发送给LoRa集中器组件，所述LoRa集中器组件根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给另一LoRa终端组件，所述另一LoRa终端组件将数据传输给另一移动端。
进一步地，所述LoRa终端组件包括蓝牙模块、第一单片机模块、LoRa终端模块、第一电源模块和第一电量检测模块；所述蓝牙模块用于与移动端传输数据，所述蓝牙模块与第一单片机模块的数据传输接口连接；所述LoRa终端模块与第一单片机模块的软串口连接，用于将经过第一单片机转换的数据发送给LoRa集中器组件；所述第一电源模块与第一单片机模块的电源接口连接；所述第一电量检测模块与第一单片机模块的软串口连接。
进一步地，所述LoRa集中器组件包括LoRa集中器模块、第二单片机模块和第二电源模块，所述第二电源模块与所述第二单片机模块的电源接口连接；所述LoRa集中器模块与第二单片机模块的数据传输接口连接；所述LoRa集中器模块接收一LoRa终端组件发送的数据，根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给另一LoRa终端组件。
进一步地，所述系统还包括若干LoRa中继组件，所述LoRa中继组件分别与所述LoRa终端组件、LoRa集中器组件连接。
进一步地，所述LoRa中继组件包括LoRa中继器模块、第三单片机模块、第三电源模块和第二电量检测模块，所述第三电源模块与所述第三单片机模块的电源接口连接，所述第二电量检测模块与第三单片机模块的软串口连接；所述LoRa中继器模块用于接收所述一LoRa终端组件传输的数据并将数据发送给LoRa集中器组件，也用于接收所述LoRa集中器组件传输的数据并将数据发送给另一LoRa终端组件；所述LoRa中继组件用于扩展所述LoRa终端组件与所述LoRa集中器组件之间的传输距离。
进一步地，所述蓝牙模块的型号为HC-05。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在应急情况下无需借助基站即可进行远距离低功耗通讯，可通过LoRa中继组件进行多跳级联，扩大原有通讯范围，实现远距离通讯；通过LoRa集中器组件对移动端反馈信息进行整理，保证一个移动端同时可与多个移动端进行信息互通；在无电力供应状态下通过lora远程通讯技术搭建即时通讯网络，解决无电力供应状态下的应急通讯问题。
附图说明
图1是本发明一实施例系统组成结构示意图；
图2是LoRa终端组件的内部连接电路图；
图3是LoRa中继组件的内部连接电路图；
图4是LoRa集中器组件的内部连接电路图；
图5是本发明数据传输流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，包括若干移动端、若干LoRa终端组件和至少一LoRa集中器组件；每一移动端与一LoRa终端组件蓝牙连接，所述一LoRa终端组件将从一移动端接收的数据发送给LoRa集中器组件，所述LoRa集中器组件根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给另一个或多个LoRa终端组件，所述另一个或多个LoRa终端组件将数据传输给对应移动端。
在本实施例中，手机1，手机2和手机3分别通过蓝牙与LoRa终端组件1，LoRa终端组件2和LoRa终端组件3相连；通讯可分为两种：A.借助中继器进行远距离传输;B.直接由终端与集中器进行连接。手机1与手机2之间的通讯通过中继器进行数据传输实现，手机1和手机3之间的通讯直接通过终端组件和集中器组件进行数据传递实现。
A:手机1将所要传输的数据通过已编程的手机app传输至LoRa终端组件1，LoRa终端组件1中的ArduinoUNO 单片机将从手机接收到的信息进行16进制转换，通过终端组件1中的终端模块将信息传递给LoRa中继组件1中的中继器模块，中继器模块将接收到的数据远距离传输给lora集中器组件中的集中器模块，集中器模块根据数据发送的来源和请求接收的对象将接收的数据发送给lora中继组件2，中继组件2根据数据来源和请求接收的对象将数据通过中继器模块发送至lora终端组件2中的终端模块，lora终端组件2中的ArduinoUNO 单片机将接收的数据进行16进制-字符串的转换，并通过蓝牙模块将数据发送至手机2，手机2接收到数据，通过手机上的app实现数据可视化。手机1和手机2之间的通信流程可逆，因此可以实现手机1与手机2之间的双向通信。
B:手机1将所要传输的数据通过已编程的手机app传输至lora终端组件1，lora终端组件1中的ArduinoUNO 单片机将从手机接收到的信息进行16进制转换，lora终端组件1中的终端模块将数据直接传输至lora集中器组件中的集中器模块，集中器模块根据数据发送的来源和请求接收的对象将接收的数据直接传输给lora终端组件3；lora终端组件3中的ArduinoUNO 单片机将接收的数据进行16进制-字符串的转换，并通过蓝牙模块将数据发送至手机3，手机3接收到数据，通过手机上的app实现数据可视化。手机1和手机3之间的通信流程可逆，因此可以实现手机1与手机3之间的双向通信。
这样便可通过一个以上的终端组件，一个以上的中继器组件和一个集中器组件组成一个基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统。
如图2所示，在本实施例中，LoRa终端组件包括一个用于与手机端传输数据的HC-05蓝牙模块、一个用于接收和传输数据的LoRa终端模块、一个用于给LoRa终端模块供电的电源模块、一块用于进行硬串口与软串口数据转换的Arduino UNO 单片机以及一个检测电量的电量检测模块。
蓝牙模块与Arduino UNO单片机的数据传输接口即TXD和RXD接口连接，电源模块与单片机的电源接口相连，终端模块和电量检测模块分别和单片机的软串口相连，所述软串口为单片机上的数据端口，可通过对单片机的编程进行设置。
如图3所示，在本实施例中，LoRa中继组件包括一个用于数据中转的LoRa中继器模块、一个用于给中继器模块供电的电源模块、一块用于进行硬串口与软串口数据转换的Arduino UNO 单片机以及一个检测电量的电量检测模块。
LoRa中继器模块和Arduino UNO单片机的数据传输接口即TXD和RXD接口连接，电源模块与单片机的电源接口相连接。
如图4所示，在本实施例中，LoRa集中器组件包括一个用于数据收集的LoRa集中器模块、一块用于进行硬串口与软串口数据转换的Arduino UNO 单片机以及一个用于向集中器模块供电的电源模块。
如图5所示，本发明的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，数据传输方式依距离分为20km以上和20km以下两种，传输距离低于20km时LoRa终端组件和LoRa集中器组件之间可直接进行数据传输，高于20km需通过LoRa中继组件作为数据中转站进行数据传输。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，包括：若干移动端、若干LoRa终端组件和至少一LoRa集中器组件；每一移动端与一LoRa终端组件蓝牙连接，所述一LoRa终端组件将从一移动端接收的数据发送给LoRa集中器组件，所述LoRa集中器组件根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给另一个或多个LoRa终端组件，所述另一个或多个LoRa终端组件将数据传输给对应移动端。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述LoRa终端组件包括蓝牙模块、第一单片机模块、LoRa终端模块、第一电源模块和第一电量检测模块；所述蓝牙模块用于与移动端传输数据，所述蓝牙模块与第一单片机模块的数据传输接口连接；所述LoRa终端模块与第一单片机模块的软串口连接，用于将经过第一单片机转换的数据发送给LoRa集中器组件；所述第一电源模块与第一单片机模块的电源接口连接；所述第一电量检测模块与第一单片机模块的软串口连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述LoRa集中器组件包括LoRa集中器模块、第二单片机模块和第二电源模块，所述第二电源模块与所述第二单片机模块的电源接口连接；所述LoRa集中器模块与第二单片机模块的数据传输接口连接；所述LoRa集中器模块接收一LoRa终端组件发送的数据，根据所述一LoRa终端组件请求的对象，将数据转发给其他LoRa终端组件。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述系统还包括若干LoRa中继组件，所述LoRa中继组件分别与所述LoRa终端组件、LoRa集中器组件连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述LoRa中继组件包括LoRa中继器模块、第三单片机模块、第三电源模块和第二电量检测模块，所述第三电源模块与所述第三单片机模块的电源接口连接，所述第二电量检测模块与第三单片机模块的软串口连接；所述LoRa中继器模块用于接收所述一LoRa终端组件传输的数据并将数据发送给LoRa集中器组件，也用于接收所述LoRa集中器组件传输的数据并将数据发送给其他LoRa终端组件；所述LoRa中继组件用于扩展所述LoRa终端组件与所述LoRa集中器组件之间的传输距离。
6.根据权利要求2所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述蓝牙模块的型号为HC-05。
7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低功耗应急通讯网络硬件系统，其特征在于，所述移动端为手机。
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