一种软件定义的多协议融合LoRa网关装置及实现方法与流程

一种软件定义的多协议融合lora网关装置及实现方法
技术领域
1.本发明属于物联网传输控制领域，尤其涉及一种软件定义的多协议融合lora网关装置及实现方法。


背景技术：

2.近年来随着物联网应用的不断升温，lora技术已经成为主流的物联网技术之一。现在的大多数lora网关只负责接收并转发lora终端节点的数据，没有边缘处理和控制功能。对于一些小型用户，数据上传到云端再处理的过程非常复杂，既要云服务器资源又要搭建数据应用平台，成本非常高，见图1，遇到网络中断的情况下，数据得不到及时处理，可能会造成巨大的损失。现有技术的目前大部分的lora网关操作复杂，功能单一，不能灵活配置，且成本高等技术问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种软件定义的多协议融合lora网关装置及实现方法，以解决现有技术存在的lora网关操作复杂，功能单一，不能灵活配置，且成本高；lora网关不具备边缘处理和控制功能等技术问题。
4.本发明的技术方案是：一种软件定义的多协议融合lora网关装置，它包括mcu，存储模块与mcu通过spi1接口连接，用于存储数据和程序；lora模块与mcu通过spi2接口连接，lora模块负责接收和发送lora数据；网口与mcu通过eth接口连接；rs485与mcu通过uart2接口连接；rs232与mcu通过uart3接口连接；所述usb与mcu通过uart1接口连接；主板为网关的电路板载体；指示灯与mcu通过i/o连接，用于指示网关工作状态；网关电源为网关提供电源。
5.复位键与mcu通过i/o连接。
6.所述mcu为32位mcu主控芯片，嵌入freertos系统，为网口、rs485、rs232、usb、lora等创建子任务模块，完成数据传输处理和协议转换。
7.mcu主控芯片内置了tcp、udp、mqtt和modbus协议，用户根据需要使能这些协议及对应的接口。
8.所述的一种软件定义的多协议融合lora网关装置的实现方法，其特征在于：它包括：步骤s401：在开发网关程序时，将存储模块按页划分为一个以上的存储单元，给每个存储单元分配一个唯一的编号；步骤s402：用户使用时，用usb连接pc和网关，打开上位机并连接，选取可用的内存单元，并记录编号；步骤s403：用户根据传感器数据格式，根据上位机信息提示，填入对应数据；在上位机查看返回信息是否正确；步骤s404：网关收到传感器数据，判断数据长度、传感器类型、对比实际数据和数
据阈值，超过阈值发出控制指令，通过lora或rs485或rs232控制对应设备动作。
9.步骤s401所述每个存储单元的前4个字节存储传感器类型；之后的256个字节存储传感器协议数据；再之后的四个字节存储传感器数据阈值。
10.步骤s402所述查询内存模块中的内存单元的方法为：根据上位机的选项，查询内存模块中的内存单元，选取可用的内存单元，并通过上位机信息窗口查看网关执行结果，返回ok，表示选取成功；返回error，则表示选取失败，需重新选取。
11.步骤s403所述根据传感器数据格式，根据上位机信息提示，填入对应数据；在上位机查看返回信息是否正确的具体实现方法为：数据必须为十六进制，对数据进行拆解，在上位机信息窗口，根据信息提示，窗口提示输入传感器类型时，输入定义的传感器类型并回车；提示帧头时，输入帧头并回车，接着提示帧头长度，输入长度并回车；输入id、id长度、命令字、命令字长度、应用数据、应用数据长度、流水号、流水号长度、crc、crc长度、帧尾、帧尾长度和数据阈值；网关收到上述数据后，根据分配的内存空间，对每一段数据进行顺序存储，并记录该传感器类型的总数据长度及分段数据长度；储存成功后返回ok，失败返回error；若不设置数据阈值，则默认为网关收到该传感器数据后，不做相应动作并直接将信息发送给云平台。
12.本发明有益效果：本发明支持多种通信协议，如tcp、udp、mqtt、modbus及自定义协议，配备上位机，既能实现数据传输，又能实现灵活配置和就近控制。
13.本发明体现了其配置的灵活性，降低了操作难度，增加了可控度。用户根据自己的需求，用usb或rs232连接网关，通过上位机软件，就能配置想要的功能和协议。
14.本发明集成freertos软件系统，各功能模块相互独立，解决了多接口多协议的兼容问题。用户可以根据实际使用环境使能自己需要的功能模块，操作容易，适配性好。网关具有就近控制功能，减少不必要的硬件设备，为用户节省成本。
15.解决了现有技术存在的lora网关操作复杂，功能单一，不能灵活配置，且成本高；lora网关不具备边缘处理和控制功能等技术问题。
附图说明
16.图1为本发明系统结构图；图2为现有lora网关工作模式示意图；图3为本发明lora网关工作模式示意图；图4为本发明配置自定义协议流程图；图5为具体实施方式存储单元存放数据示意图；图6为具体实施方式自定义协议用例。
具体实施方式
17.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
18.一种软件定义的多协议融合lora网关装置，硬件包括32位mcu、存储模块、2个lora
模块、网口、rs485、rs232、usb、主板、指示灯、复位键、网关电源。系统结构图，见图1。所述32位mcu为主控芯片，嵌入freertos系统，为网口、rs485、rs232、usb、lora等创建子任务模块，完成数据传输处理和协议转换；所述存储模块与mcu通过spi1接口连接，用于存储数据和程序；所述lora模块与mcu通过spi2接口连接，lora模块负责接收和发送lora数据；所述网口与mcu通过eth接口连接；所述rs485与mcu通过uart2接口连接；所述rs232与mcu通过uart3接口连接；所述usb与mcu通过uart1接口连接；所述主板为网关的电路板载体；所述指示灯与mcu通过i/o连接，用于指示网关工作状态；所述复位键与mcu通过i/o连接；所述网关电源为网关提供必要的电源。
19.本发明内置了tcp、udp、mqtt、modbus协议，用户通过一个上位机软件选择是否使能这些协议及对应的接口，更重要的是用户可以根据自己的实际需求编写一套自定义协议。见图4，具体方法如下：步骤s401：在开发网关程序时，将存储模块按页划分为数个存储单元，给每个存储单元分配一个唯一的编号。见图5，每个存储单元的前4个字节存储传感器类型；之后的256个字节，存储传感器协议数据；再之后的四个字节存储传感器数据阈值。
20.步骤s402：用户使用时，用usb连接pc和网关，打开上位机并连接。根据上位机的选项，查询内存模块中的内存单元，选取可用的内存单元，并通过上位机信息窗口查看网关执行结果，返回ok，表示选取成功；返回error，则表示选取失败，需重新选取。
21.步骤s403：用户根据传感器数据格式，数据必须为十六进制，传感器数据用例，见图6。对数据进行拆解，在上位机信息窗口，根据信息提示，窗口提示输入传感器类型时，输入定义的传感器类型并回车；提示帧头时，输入帧头并回车，接着提示帧头长度，输入长度并回车。类似地，输入id、id长度、命令字、命令字长度、应用数据、应用数据长度、流水号、流水号长度、crc、crc长度、帧尾、帧尾长度、数据阈值。网关收到上述数据后，会按照步骤s401分配的内存空间，对每一段数据进行顺序存储，并记录该传感器类型的总数据长度及分段数据长度。储存成功后返回ok，失败返回error。若不设置数据阈值，则默认为网关收到该传感器数据后，不做相应动作并直接将信息发送给云平台。
22.步骤s404：网关收到传感器数据，首先判断数据长度，长度和保存的长度相等时，再判断帧头、帧尾及crc，在上述3个参数都正确的情况下，提取传感器的有效数据，并将有效数据和预存的数据阈值进行比对，超过阈值后，基站在上传信息给云平台的同时，自动发送对应的控制指令，通过lora或rs485或rs232控制对应设备动作，而无需等待云平台的回应。
23.例如：在养殖场里，养殖人员设置好二氧化碳传感器数据格式和数据阈值，一旦传感器检测到二氧化碳浓度过高，发送报警信息，网关收到数据并和数据阈值比对，超过阈值，网关立即会发出打开风机的指令，以增加空气对流，处理数据的也会通过物联网推送给养殖人员。还有鱼塘氧气浓度监测，超过阈值，控制增氧机启动；电弧故障器检测到危险电弧，提前控制线路跳闸，等等。
24.本发明的目的就是为了让用户根据自己的实际场景对网关进行配置，让物联网真正的实现智慧控制，减少人为干预时间、反应时间，提升管理效率，为用户节省成本。