本实用新型涉及一种物联网数据采集传输器，属于物联网技术领域。
背景技术：
随着物联网技术的飞速发展，人们对物联网的无线通信距离也提出了更高的要求。现有的物联网无线通信标准，例如Bluetooth、ZigBee和WiFi等，其无线传输距离十分有限。当采用这些无线通信标准来构建大覆盖的物联网时，需要构建大量的数据采集传输节点以及复杂的组网协议，这是十分不便的。
为了解决以上问题，一种功耗低、传输距离远的无线调制技术—LoRa(Long Range)应运而生。LoRa主要采用扩频和FEC前向纠错技术来实现超远距离的无线传输。虽然LoRa的接收灵敏度能够达到-148dBm，但是其发射功率却很小，这大大延长了物联网传感器节点的电池使用寿命。
目前，LoRa已经被广泛地应用于物联网领域，例如水表和电表等计量表的数据采集和无线传输、智能路灯、智能停车场以及井盖监测等。然而，现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块却存在以下两个主要问题：
一、现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块无法进行全双工通信，其数据传输的效率较低，这导致物联网的响应实时性较差。
二、现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块的数据传输通常为明文传输或者先采用软件算法对待传输的数据进行加密，再将其无线传输。前者就导致物联网的安全性较差，而后者虽然对待传输的数据进行了加密处理，但是，其依赖软件对数据进行加密处理，这导致数据加密的速度较慢，占用硬件资源过多，同时也存在密钥存储不安全的问题。
技术实现要素：
本实用新型为解决现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块无法实现全双工通信的问题，提出了一种基于LoRa的物联网数据采集传输器。
本实用新型所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器包括主控单元1、加密单元2、无线发送单元3、无线接收单元4、参数设置单元5和供电单元6；
无线发送单元3和无线接收单元4均基于LoRa射频芯片实现；
无线接收单元4用于接收终端设备发来的设置指令或采集指令，并将其发送至主控单元1；
主控单元1用于根据接收到的设置指令对物联网传感器进行相应的设置，根据接收到的采集指令对物联网传感器的传感数据进行采集；
加密单元2用于对主控单元1采集到的传感数据进行加密处理；
无线发送单元3用于将加密处理后的传感数据无线发送至终端设备；
参数设置单元5用于通过主控单元1对无线发送单元3和无线接收单元4进行参数设置；
供电单元6用于同时为主控单元1、加密单元2、无线发送单元3、无线接收单元4和参数设置单元5供电。
作为优选的是，主控单元1采用MCU芯片实现。
作为优选的是，加密单元2采用DX8系列芯片实现。
作为优选的是，LoRa射频芯片选用SX1276芯片实现。
作为优选的是，主控单元1与参数设置单元5采用SWD接口相连。
作为优选的是，供电单元6通过USB接口与外接电源相连。
本实用新型所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器，设置有两个基于LoRa射频芯片的无线单元，一个无线单元用于将加密处理后的传感数据无线发送至终端设备，另一个无线单元用于接收终端设备发来的设置指令或采集指令，进而解决了现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块无法实现全双工通信的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器进行更详细的描述，其中：
图1为实施例所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器的原理框图；
图2为实施例提及的加密单元的电路原理图；
图3为实施例提及的电压转换子单元的电路原理图；
图4为实施例提及的TTL转USB子单元的电路原理图；
图5为实施例提及的SWD接口电路的原理图；
图6为实施例提及的无线发送单元的电路原理图；
图7为实施例提及的无线接收单元的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实施例所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器作进一步说明。
实施例：下面结合图1～图7详细地说明本实施例。
本实施例所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器包括主控单元1、加密单元2、无线发送单元3、无线接收单元4、参数设置单元5和供电单元6；
无线发送单元3和无线接收单元4均基于LoRa射频芯片实现；
无线接收单元4用于接收终端设备发来的设置指令或采集指令，并将其发送至主控单元1；
主控单元1用于根据接收到的设置指令对物联网传感器进行相应的设置，根据接收到的采集指令对物联网传感器的传感数据进行采集；
加密单元2用于对主控单元1采集到的传感数据进行加密处理；
无线发送单元3用于将加密处理后的传感数据无线发送至终端设备；
参数设置单元5用于通过主控单元1对无线发送单元3和无线接收单元4进行参数设置；供电单元6用于同时为主控单元1、加密单元2、无线发送单元3、无线接收单元4和参数设置单元5供电。
下面详细地说明本实施例所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器的电路原理：
1、本实施例的主控单元1采用MCU芯片实现，其具体型号为STM32L051K8U6，STM32L051K8U6芯片因具有功耗低、性能高和成本低等诸多优点而适用于物联网传感节点。MCU芯片通过IIC总线与物联网传感器芯片进行数据交换。
2、本实施例的加密单元2采用DX8系列芯片实现，具体型号为DX8-12C。DX8-12C芯片内部通过集成电路来实现3DES算法和SHA-1算法，并且采用动态密钥数据传输和HMAC消息鉴别算法，动态密钥即每次数据加密所采用的密钥都不同，充分地保证了数据的安全性。HMAC算法可以进行身份认证，鉴别此消息是否是事先所设定的传感器节点所发送的信息。而且该芯片算法密钥不可读更增加了安全性，算法完全由硬件实现，加解密速度快，安全性高。如图2所示，DX8-12C芯片通过IIC总线与MCU芯片进行数据交换，SDA为IIC串行数据线，SCL为IIC串行时钟线。MCU芯片向DX8-12C芯片发送标识码和明文，DX8-12C芯片输出Seed随机数功解密端生成密钥和密文，以及在密文后附带的HMAC身份鉴别码。
本实施例的加密单元2采用的算法均为现有技术，本实施例是为了达到既定的目的而利用上述现有技术实现，至于算法本身并不是本实施例要保护的对象。
本实施例的加密单元2因选用DX8-12C芯片而解决了现有基于LoRa的物联网数据采集传输模块导致物联网的网络安全性差，或者数据加密的速度慢，占用硬件资源过多以及存在密钥存储不安全的问题。
3、本实施例的供电单元6包括电压转换子单元和TTL转USB子单元。
电压转换子单元的电路原理如图3所示。电压转换子单元与外接5V直流电压源相连，并通过TPS73601DBVR芯片将输入的5V直流电压信号转换为3.3V直流电压信号。
TTL转USB子单元的电路原理如图4所示。TTL转USB子单元通过PL2303TA芯片实现TTL转USB。PL2303TA芯片的TXD引脚和RXD引脚分别与MCU芯片的UART2_RX引脚和UART2_TX引脚相连，以实现PL2303TA芯片与MCU芯片之间的串口通信。
4、本实施例的参数设置单元5通过SWD接口与MCU芯片进行数据通信。SWD接口电路的原理如图5所示。相比于JTAG接口，SWD接口在高速模式下更加可靠。除此之外，SWD接口因占用引脚数少而更加节省芯片资源，并且具有占用PCB空间小和便于布局布线的优点。图5中的SWCLK引脚和SWDIO引脚分别为数据IO口和时钟引脚。
5、本实施例的无线发送单元3和无线接收单元4均基于LoRa射频芯片实现，其具体型号为LSD4RF-2F717N20。LSD4RF-2F717N20芯片无法进行全双工通信，因此，本实施例设置有两个基于LSD4RF-2F717N20芯片的无线单元。一个无线单元用于将加密处理后的传感数据无线发送至终端设备，即无线发送单元3。另一个无线单元用于接收终端设备发来的设置指令或采集指令，即无线接收单元4。如此设置，使得本实施例所述的基于LoRa的物联网数据采集传输器能够进行全双工通信。无线发送单元3和无线接收单元4工作在不同频点上，扩频因子SF和CR编码速度可以相等。无线发送单元3和无线接收单元4的电路原理分别如图6和图7所示。当LSD4RF-2F717N20芯片的发射功率达到20dBm、扩频因子SF设置为12时，该芯片的无线传输距离能够达到15km，进而能够符合数据远距离无线传输的要求。LSD4RF-2F717N20芯片通过SPI接口与MCU芯片进行数据交换。LoRa DIO0引脚～LoRa DIO3引脚分别与MCU芯片的外部中断引脚相连，GPIO外部中断引脚能够实现LoRa数据发送完毕、数据接收中断和CAD信道活动性检测中断等功能。天线采用棒状天线与SMA接头相连接。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。