LoRa技術(shù)是Semtech公司采用并且推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)傳輸方案。lora方案不再受限于功耗與傳輸距離的折衷考慮，為廣大用戶(hù)提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、多節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，進(jìn)而拓展成網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa模塊運(yùn)行的頻段包括433、868、915MHz等，而SX1278射頻芯片LoRa模塊運(yùn)行于137~525MHz頻段。
LoRa模塊在抗阻塞和選擇性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于傳統(tǒng)的FSK、GFSK，抗干擾能力比較強(qiáng)，傳輸距離比較遠(yuǎn)。目前主要應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)抄表、家庭和樓宇自動(dòng)化、無(wú)線(xiàn)告警和安防系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視與控制、遠(yuǎn)程灌溉系統(tǒng)等。下文簡(jiǎn)要介紹SX1278芯片LoRa模塊在無(wú)線(xiàn)抄表上的應(yīng)用。
LoRa無(wú)線(xiàn)抄表系統(tǒng)主要包含四部分，無(wú)線(xiàn)水、燃?xì)獗恚▋?nèi)置LoRa模塊），遠(yuǎn)傳網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，終端。下文簡(jiǎn)要介紹LoRa無(wú)線(xiàn)抄水表系統(tǒng)，燃?xì)獗硗瑯舆m用。
無(wú)線(xiàn)水表相當(dāng)于各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，內(nèi)含LoRa模塊，我們需要了解它們的基本功能以及相關(guān)的一些參數(shù)：
1.無(wú)線(xiàn)抄表應(yīng)用案例水量、內(nèi)置電池電壓、溫度的采集
這里不詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)如何采集。采集完的數(shù)據(jù)主要通過(guò)通信接口傳遞給主MCU，常用的通信接口有TTL、RS232、RS485接口等。SX1278芯片正常工作的電壓范圍是1.8~3.7V，同時(shí)其他芯片也具備一定的工作電壓范圍。這里就需要設(shè)置一個(gè)低電壓的標(biāo)準(zhǔn)，用于內(nèi)置電池低電壓電量的報(bào)警。SX1278芯片正常工作的溫度范圍是-40~+85℃，同理其他芯片也具備一定的工作溫度范圍。這里就需要設(shè)置高、低溫度的標(biāo)準(zhǔn)，用于溫度報(bào)警。
2.無(wú)線(xiàn)抄表應(yīng)用案例定時(shí)上傳信息
數(shù)據(jù)的采集并不涉及無(wú)線(xiàn)方面的通信，但這些信息需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（網(wǎng)關(guān)相當(dāng)于基站）。上傳的過(guò)程就涉及到了LoRa模塊的無(wú)線(xiàn)通信。這時(shí)我們需要知道目前SX1278芯片配置的調(diào)制方式（SX1278芯片同時(shí)支持FSK調(diào)制）、工作頻率、發(fā)射功率、空中速率等。SX1278芯片可工作在137~525MHz頻段，當(dāng)然這需要不同的硬件電路，當(dāng)處于休眠模式時(shí)，電流小于1uA；處于接收模式時(shí)，電流約為15mA；處于發(fā)射模式時(shí)約為100Ma@20dBm。
3.無(wú)線(xiàn)抄表應(yīng)用案例開(kāi)關(guān)、閥門(mén)控制
該功能即下行通信，例如報(bào)警時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉閥門(mén)等。
4.無(wú)線(xiàn)抄表應(yīng)用案例其他報(bào)警
如磁干擾報(bào)警，防止無(wú)線(xiàn)水表內(nèi)置模塊的損壞，或采集的水量、內(nèi)置電池電壓及溫度等數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
LoRa無(wú)線(xiàn)抄水表系統(tǒng)包含的遠(yuǎn)傳網(wǎng)關(guān)部分，也可以稱(chēng)作集中器或基站。一般一個(gè)小區(qū)分布有一個(gè)基站，這個(gè)基站負(fù)責(zé)抄收整個(gè)小區(qū)內(nèi)的LoRa無(wú)線(xiàn)水表。
一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以對(duì)應(yīng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，可以通過(guò)輪詢(xún)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，網(wǎng)關(guān)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IP與后端服務(wù)器相連接。這些通信均可以雙向通信。節(jié)點(diǎn)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)的通信建立在不同的通信頻率和空中傳輸速率，空中傳輸速率的選擇需要在傳輸距離以及消息時(shí)延之間權(quán)衡。
上述可知，網(wǎng)關(guān)不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，網(wǎng)關(guān)的功能是接收來(lái)自LoRa無(wú)線(xiàn)水表的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的3G或4G網(wǎng)絡(luò)傳給后端服務(wù)器。同時(shí)網(wǎng)關(guān)也可以接收來(lái)自后端服務(wù)器的命令，并將命令傳給LoRa無(wú)線(xiàn)水表。
LoRa無(wú)線(xiàn)抄水表系統(tǒng)包含的服務(wù)器部分需要對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并處理，同時(shí)還包含了各類(lèi)系統(tǒng)。服務(wù)器主要包含用戶(hù)管理系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)等。
用戶(hù)管理系統(tǒng)的功能有新用戶(hù)的添加、老用戶(hù)的刪除、修改等；運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的功能有定時(shí)抄表、用水量的統(tǒng)計(jì)、表格的導(dǎo)出以及用戶(hù)查詢(xún)等；業(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能有繳費(fèi)的錄入以及明細(xì)統(tǒng)計(jì)、低水量提醒等；維護(hù)系統(tǒng)的功能有LoRa無(wú)線(xiàn)水表運(yùn)行狀態(tài)收集以及故障的檢測(cè)等。
LoRa無(wú)線(xiàn)抄水表系統(tǒng)最后還包含了用戶(hù)終端，可以是PC端，也可以是移動(dòng)端APP。終端的功能，主要用于用戶(hù)的登錄，用戶(hù)用水量的查詢(xún)以及用戶(hù)網(wǎng)上繳費(fèi)等。
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，近年來(lái)SX1278 LoRa模塊的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，技術(shù)也越來(lái)越成熟。致力于開(kāi)發(fā)射頻模塊的公司也熱衷于SX1278芯片LoRa模塊的專(zhuān)研。例如，成都億佰特電子科技有限公司的SX1278LoRa串口模塊，在軟件上加上了糾錯(cuò)算法，大大加強(qiáng)了抗干擾能力；更甚的是在硬件上加上了PA以及LNA，對(duì)傳輸距離進(jìn)一步提升。總的來(lái)說(shuō)，SX1278 LoRa模塊的發(fā)展一直沒(méi)停下腳步，而應(yīng)用也不僅僅在無(wú)線(xiàn)抄表上。
相關(guān)閱讀：
