一种基于低功耗的LoRa透传控制系统及控制方法与流程

本发明涉及控制，具体涉及一种基于低功耗的lora透传控制系统及控制方法。

背景技术：

1、水利监测系统通常需要安装在户外环境中，对于有些区域来说，可供使用的电源资源并不充足，此外，监测设备也需要长时间运行，因此需要低功耗的监测设备。

2、首先，低功耗的监测设备可以减少电池更换或维护的频率，提高运行效率，并降低维护成本。另外，水利监测行业需要长期运行，监测设备大多不能停电，也需要在恶劣环境下进行长时间的监测，如果设备功耗过高，就需要频繁更换电池或者设备，增加了运维成本和人力成本。此外，水利监测场景通常需要采集气象、水文、土壤、地质等多种类型的数据，同时，这些数据也需要进行实时传输，低功耗的传输设备可以节约电能，延长电池寿命，提高稳定性。因此，低功耗的监测设备可以减少运维成本并提高系统的稳定性，也符合环保理念，是水利监测行业普遍趋势。

3、随着物联网技术普及，传感器和终端设备数量不断增加，这些设备需要实时通信和远程监测。传统的通讯技术，如wi-fi、蓝牙、zigbee等，存在一些问题，包括传输距离短、频谱资源紧张、功耗高等。因此，需要一种适合物联网应用场景的低功耗、远距离传输的通信技术。

4、lora(long range)技术是一种基于lpwan(低功耗广域网)的通信技术，具有传输距离远、穿透力强、功耗低等优势。lora技术可以实现数公里甚至十几公里的传输距离，适合于物联网中终端设备的低功耗、长距离数据传输和远程监测。

5、lora技术配合透传模块来实现通信，透传模块通过串口与mcu相连，在mcu端实现逻辑控制，从而实现对lora模块的控制和数据传输。因此，一种基于低功耗的lora透传控制系统和方法，就可以很好的解决野外多数据链路节点的通讯传输问题.

技术实现思路

1、本发明提出的一种基于低功耗的lora透传控制系统，可至少解决上述技术问题之一。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种基于低功耗的lora透传控制系统，包括其电路包含stm32主控模块,其特征在于，还包括分别与stm32主控模块通信连接的lora模块,wifi模块,rs485模块及供电模块,stm32主控模块是中枢系统,通过串口uart和gpio口来控制外部各种通讯和供电，并处理各种输入信号和逻辑处理,达到智能化控制功能；

4、lora控制器在节点设备里面，用于采集多种类型的传感器的数据；采集到的数据通过网关集中接收后通过有线/4g/北斗的方式上传到服务器。

5、进一步地，还包括可控电源模块，可控电源模块与stm32主控模块通讯连接，stm32主控模块根据时序或者设置,通过gpio口来控制可控电源模块的输出,给外部的传感器或者设备进行供电。

6、进一步地，所述可控电源模块包括，

7、切换功能:+in和-in为外部接入电源，vbat为内部外接电池接口，该部分电路可以保证优先使用外部供电，当无外部供电时，可以无缝切换为内部的电池输出，保障电路无断电风险q1的栅极1为高电平时，q1为截止状态，vbat不输出，+in通过ds2输出供电；当+in无输入时，q1的栅极1通过r7拉低，q1的源极和漏极导通，vbat实现无压降导通供电。

8、进一步地，所述可控电源模块还设置防雷和反反接保护功能：

9、gdt1和gdt2为陶瓷空气放电保护管，起泄放雷电瞬间电流和限制过压作用，保护后级电路；tvs2为单向瞬态二极管，可以起动电源输入反接的保护功能。

10、进一步地，所述可控电源模块还包括dc-dc降压电路，dc-dc降压电路采用mp4462集成了内部高侧高压功率mosfet的高频降压开关调节器，采用电流控制模式，可通过补偿设计提供3.5a电流输出并提供快速环路响应，100μa的工作静态电流，实现低功耗的持续供电。

11、进一步地，所述可控电源模块采用程序控制式使每一级用电设备均采用程序控制上电时间和顺序，保证在需要工作时进行供电，检测完成任务后及时断电，降低设备功耗。

12、进一步地，所述lora模块前面同样采用可控电源设置。

13、进一步地，所述lora模块包括ra-01s模组用于超长距离扩频通信，其射频芯片llcc68采用lora远程调制解调器，用于超长距离扩频通信，抗干扰性强，功耗低。

14、另一方面，本发明还公开一种基于低功耗的lora透传控制方法，基于上述的基于低功耗的lora透传控制系统，包括以下步骤，

15、系统启动后，先由串口接收设备发送的数据，若两秒内系统没有接收到任何数据，就会判定作为所连的设备为传感设备，则lora模块处于接收模式，只有在接收到数据后才会将发送数据，发送完成后继续处于接收状态，若接收到进入休眠的指令或者连续五次没有收到另一个设备发送的设备就进入低功耗状态；

16、若两秒内系统接收到数据，就会判定所连的设备为终端设备，则lora模块处于发送模式；lora模块就会将串口接收到的数据发送出去，然后lora模块就会处于接收状态；当lora模块接收到数据，就会继续监听串口是否接收到终端设备参数的数据，监听到则将其发送出去；若收到休眠指令会将该指令发送出去再进入低功耗模式。

17、再一方面，本发明还公开一种基于低功耗的lora透传控制方法，包括以下步骤，

18、假设一个lora控制器连接终端设备和另一个lora控制器连接传感器；

19、终端设备通过串口向连接的lora控制器发送当前时间、采集周期和预热时间等参数的特殊指令；

20、连接终端设备的lora控制器将这些参数存储并通过lora发送出去；连接传感器的lora控制器接收到这些参数，并保存下来；根据这些参数可以计算出下一次的采集时间；

21、当连接传感器的lora控制器收到另一台采集结束的指令或者长时间没有接收到其他lora控制器发送的数据时，如果现在的时间小于下一次的采集时间同时从启动的时间到现在的时间大于预热时间，则可以进入低功耗状态，进入低功耗前会计算下次的采集时间，并在那时间前几秒唤醒；

22、如果现在的时间减去下一次采集时间小于等于预热时间，则不允许进入低功耗状态，并根据现在的时间、采集周期和预热时间再次计算下一次的采集时间。

23、由上述技术方案可知，本发明的基于低功耗的lora透传控制系统，采用lora技术可解决现场布线难，方便施工，降低施工成本；而低功耗设置，降低了对电池和太阳能的容量需求，大大降低运维成本。

24、本发明的低功耗的控制算法，对于是否达到采集时间会有判断，防止异常情况导致达到采集时间时却休眠了。可根据设置的采集周期和预热时间提前唤醒设备。同时lora控制器设定了预热指令，收到预热指令会关闭lora电源，等待预热时间之后再开启lora电源，这样子可以更省电同时防止预热时间收到错误数据的干扰。没收到预热指令前，lora接收超时的时间为预热时间+30s，接收到预热指令后接收超时时间为30s即接收超时即lora长时间没有接收到数据就会进行是否可以进入低功耗的判断。并且在系统刚刚上电后，连接传感器设备的lora控制器一定要接收到连接终端设备的lora控制器所发送的当前时间、采集周期和预热时间等指令才会进入低功耗，否则永远不会进入低功耗。这样子可以便于现场判断链路是否调通，保证lora控制器接收到了自己所需的采集时间和预热时间等参数。