一种基于LoRa通信技术的实验设备的制作方法

本实用新型涉及一种基于LoRa通信技术的实验设备。

背景技术：

“物联网”概念自问世以来一直受到人们的追捧，但是对于数据的最后一公里传输、电池的高效使用、海量数据的分发处理等仍然是困扰“物联网”普及的关键问题。

现今，物联网设备采用了若干种协议解决方案，但是没有一种方案是理想的解决方法。物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的Wi-Fi，蓝牙、ZigBee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显。

在低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可以做到两者兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。

LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于LoRa通信技术的实验设备。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于LoRa通信技术的实验设备，包括LoRa节点、LoRa网关、射频模块、传感器模块、GPS模块、蜂鸣器模块，LoRa节点包括若干个LoRa终端节点、LoRa开发板，若干个LoRa终端节点与LoRa网关无线连接，LoRa网关与射频模块无线连接，射频模块连接LoRa开发板，传感器模块、GPS模块、蜂鸣器模块都连接LoRa开发板。

传感器模块包括加速度传感器模块、光照传感器模块、超声波传感器模块、磁阻传感器模块、温湿度传感器模块，加速度传感器模块、光照传感器模块、超声波传感器模块、磁阻传感器模块、温湿度传感器模块都与LoRa开发板连接。

LoRa节点、传感器模块、GPS模块、蜂鸣器模块都采用低功耗的设计。

LoRa网关采用了本地化、轻量级的设计。

LoRa开发板包括ARM Cortex M0核的第一MCU、电源模组、LED灯模组、按键模组、扩展端子，电源模组、LED灯模组、按键模组、扩展端子都连接第一ARM Cortex M0核的MCU。

LoRa终端节点包括ARM Cortex M0核的第二MCU、LoRa射频模组、电源模块，LoRa射频模组、电源模块都与ARM Cortex M0核的第二MCU连接。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型将整套LoRaWAN架构的系统本地化，简易化，实现了本地化、轻量级网关的功能，免除构建后端服务系统的繁重工作量，同时保留了相应服务系统的应用接口，使得该套实验设备更适合于LoRa通信技术的实验、实训；

(2)该基于LoRa通信技术的实验设备，根据不同的应用侧重点，把实验设备设计成适合科研开发的终端设备模式和适合实验、实训的开发板模式，既满足了科研的需求，又符合教学的应用需要；

(3)该基于LoRa通信技术的实验设备，LoRa节点、传感器模块、GPS模块、蜂鸣器模块都采用低功耗的设计，因此本实用新型无论是在实验环节，还是在野外科研测试时都具有超长的待机时间。

附图说明

图1为本实用的系统框图；

图2为LoRa开发板的结构示意图；

图3为LoRa终端节点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1到图3所示，一种基于LoRa通信技术的实验设备，包括LoRa节点、LoRa网关2、射频模块3、传感器模块、GPS模块46、蜂鸣器模块47，LoRa节点包括若干个LoRa终端节点11、LoRa开发板12，若干个LoRa终端节点11与LoRa网关2无线连接，LoRa网关2与射频模块3无线连接，射频模块3连接LoRa开发板12的SPI通信接口，传感器模块、GPS模块46、蜂鸣器模块47都连接LoRa开发板12。传感器模块包括加速度传感器模块41、光照传感器模块42、超声波传感器模块43、磁阻传感器模块44、温湿度传感器模块45，加速度传感器模块41、光照传感器模块42、超声波传感器模块43、磁阻传感器模块44、温湿度传感器模块45都与LoRa开发板12连接。通过I²C通信接口与温湿度传感模块和加速度传感器模块连接；通过LoRa开发板12的UART通信接口与超声波传感器模块和GPS模块连接；通过LoRa开发板12的ADC模数采样通道与光照传感器模块连接；通过LoRa开发板12的通用I/O接口与蜂鸣器模块连接，利用高低电平状态控制蜂鸣器的工作状态。传感器模块结合LoRa开发板既可以单独使用，也可以多个一起使用。加速度传感器模块支持±2～±8g的加速度值测量；光照传感器模块支持320～730nm可见光波长的光照强度的测量；超声波传感器模块支持20～4500mm的距离测量；磁阻传感器模块支持±8Gas的磁场强度测量；GPS模块支持位置信息的获取。

LoRa开发板通过各自的通信接口获取到加速度值、磁场强度值、光照强度值、距离测量值、位置信息，开发板的MCU封装好采集数据后，通过射频模块由无线通信模式把数据发送给LoRa网关，完成数据的采集和传输。

LoRa节点、传感器模块、GPS模块46、蜂鸣器模块47都采用低功耗的设计。LoRa网关2采用了本地化、轻量级的设计。LoRa开发板12包括ARM Cortex M0核的第一MCU121、电源模组122、LED灯模组123、按键模组124、扩展端子125，电源模组122、LED灯模组123、按键模组124、扩展端子125都连接第一ARM Cortex M0核的MCU121。LoRa终端节点11包括ARM Cortex M0核的第二MCU111、LoRa射频模组113、电源模块112，LoRa射频模组113、电源模块112都与ARM Cortex M0核的第二MCU111连接。

LoRa终端节点11支持低功耗模式，最低电流消耗2.4微安，LoRa网关2不同于标准的LoRaWAN架构的网关，该网关在数据透明传输的功能上还集成了网络服务模块、应用服务模块、网络控制服务模块、客户服务模块、数据模块、WEB服务模块的功能，使得系统架构轻量级，数据服务本地化。

本实用新型将整套LoRaWAN架构的系统本地化，简易化，实现了本地化、轻量级网关的功能，免除构建后端服务系统的繁重工作量，同时保留了相应服务系统的应用接口，使得该套实验设备更适合于LoRa通信技术的实验、实训；

该基于LoRa通信技术的实验设备，根据不通的应用侧重点，把实验设备设计成适合科研开发的终端设备模式和适合实验、实训的开发板模式，既满足了科研的需求，又符合教学的应用需要；

该基于LoRa通信技术的实验设备，LoRa节点、传感器模块、GPS模块、蜂鸣器模块都采用低功耗的设计，因此本实用新型无论是在实验环节，还是在野外科研测试时都具有超长的待机时间。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。