安科(kē)瑞 鮑(bào)靜君

　　摘(zhāi)要(yào)：智慧校園的(dí)顯(xiǎn)著(zhù)特征在於對校園(yuán)內各(gè)種(zhǒng)類(lèi)型傳感器的感知，其核(hé)心部(bù)件(jiàn)是(shì)智(zhì)慧校園數(shù)據(jù)網關，使用無綫(xiàn)通(tōng)信技術(shù)進(jìn)行(háng)構建(jiàn)，具有(yǒu)易於布(bù)綫(xiàn)，易於施工(gōng)，易於維(wéi)護等優(yōu)點(diǎn)。然後使(shǐ)用諸如(rú)Zigbee，WIFI，藍牙等傳(chuán)統無綫(xiàn)傳輸技(jì)術，在傳(chuán)輸(shū)距(jù)離，功耗，效率(shuài)等多方(fāng)麵都(dū)表(biǎo)現出(chū)明顯(xiǎn)的(dí)缺陷。論(lùn)文設(shè)計(jì)並實現(xiàn)了(liǎo)一(yī)種(zhǒng)基於(yú)LoRa技術的(dí)智(zhì)慧校(xiào)園物聯(lián)網數據網關(guān)，其(qí)具(jù)有(yǒu)部署(shǔ)簡單(dān)，低(dī)成本，易於維護等(děng)顯(xiǎn)著(zhù)特點，可在智(zhì)慧(huì)校(xiào)園解(jiě)決方(fāng)案中(zhōng)廣泛(fàn)使(shǐ)用。

　　關(guān)鍵(jiàn)詞：LoRa；數據網(wǎng)關；物聯(lián)網；智慧校(xiào)園(yuán)

　　0引言

　　隨(suí)著電(diàn)子(zǐ)技(jì)術和(hé)信(xìn)息(xī)技術(shù)的(dí)發(fā)展與(yǔ)創新，物聯網產業與(yǔ)物(wù)聯(lián)網緊密(mì)結(jié)合並(bìng)快速(sù)發展，其已成為推進全球經濟增長的(dí)主(zhǔ)要支撐(chēng)點(diǎn)。物(wù)聯(lián)網數據(jù)網關設(shè)備(bèi)，作(zuò)為解(jiě)決“物聯網"的(dí)數(shù)據(jù)傳(chuán)感(gǎn)和數據(jù)傳輸(shū)的(dí)關鍵設(shè)備(bèi)，具(jù)有(yǒu)廣(guǎng)泛的用途。物(wù)聯網數(shù)據網關有(yǒu)效解(jiě)決(jué)了“物(wù)聯網(wǎng)"發(fā)展的(dí)數據鏈路(lù)問題，其(qí)市場需求必(bì)將隨(suí)著(zhuó)“物(wù)聯網(wǎng)"的(dí)發(fā)展(zhǎn)而不斷大幅度(dù)增加，其將為國民(mín)經(jīng)濟的各領(lǐng)域(yù)的發展起到(dào)一(yī)定(dìng)的推(tuī)進作(zuò)用。

　　物(wù)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推進了新型智(zhì)慧城(chéng)市以及(jí)智慧校園的快(kuài)速(sù)發展，其是(shì)“互聯(lián)網(wǎng)+"的重要功能擴展，其對構建城(chéng)市以及校(xiào)園的(dí)基(jī)礎設施，信(xìn)息(xī)化(huà)管(guǎn)理(lǐ)與服(fú)務起到了(liǎo)關鍵性(xìng)的(dí)作用。物聯網(wǎng)需要(yào)將(jiāng)種類繁多，格式各異，不同協(xié)議的(dí)數據(jù)進行分布(bù)式(shì)采集，存儲和(hé)處(chǔ)理，而(ér)物聯網數據網(wǎng)關能夠對多(duō)類(lèi)型的(dí)數(shù)據進行(háng)整合和(hé)處理(lǐ)，實現(xiàn)數據(jù)之間的轉(zhuǎn)換與互聯(lián)。

　　智慧校園(yuán)的(dí)顯著特征在於對(duì)校園(yuán)內(nèi)各種類型(xíng)傳(chuán)感器(qì)的感知(zhī)，例如溫度，濕(shī)度(dù)，PM2.5，煙霧(wù)，門(mén)禁(jīn)，漏(lòu)水(shuǐ)，門窗(chuāng)，電壓，電(diàn)流(liú)，功率(shuài)，用(yòng)電(diàn)量，用水量等。由於這(zhè)些傳感器(qì)在(zài)校園內廣(guǎng)泛(fàn)分(fēn)布(bù)，為了避免布綫(xiàn)的(dí)困難，其與中心服務器的傳輸一般采用無(wú)綫方式。利用(yòng)傳(chuán)統的短距(jù)離無(wú)綫傳輸(shū)技術(shù)（例如(rú)Zigbee，WIFI，藍(lán)牙等(děng)）實(shí)現智慧(huì)校園(yuán)的感(gǎn)知具有不(bù)可克(kè)服(fú)的(dí)困(kùn)難，主(zhǔ)要(yào)表(biǎo)現(xiàn)為(wéi)：

　　（1）傳輸距離有限，不(bù)能將數(shù)據(jù)直接或(huò)少(shǎo)量中(zhōng)繼跳(tiào)轉傳遞給(gěi)中(zhōng)心服務(wù)器(qì)；

　　（2）采(cǎi)用傳(chuán)統的自(zì)組(zǔ)網技術(shù)（例如Zigbee）技(jì)術進行(háng)遠(yuǎn)距離傳輸(shū)，由(yóu)於(yú)傳(chuán)輸距(jù)離遠，導(dǎo)致(zhì)網絡(luò)內(nèi)節點數目(mù)較(jiào)多，網絡管(guǎn)理復雜(zá)，傳(chuán)輸(shū)效率低下；

　　（3）功耗普遍(biàn)較高，在一(yī)些隻能(néng)采(cǎi)用電池(chí)供(gōng)電(diàn)的特定應(yīng)用(yòng)場(cháng)合，難(nán)以實(shí)現。

　　為了解(jiě)決(jué)上(shàng)述問題(tí)，論(lùn)文設計並實現(xiàn)了一種基(jī)於(yú)LoRa技(jì)術(shù)的(dí)智(zhì)慧校園物(wù)聯網(wǎng)數據(jù)網(wǎng)關，其使用(yòng)LoRa傳輸方(fāng)式(shì)與傳(chuán)感器進(jìn)行(háng)通信，采(cǎi)集傳感(gǎn)器(qì)數據，並(bìng)通(tōng)過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關傳遞給中(zhōng)心服務器。由於LoRa技術傳輸(shū)距離(lí)遠(yuǎn)，在(zài)園(yuán)內，傳感(gǎn)器(qì)數據可(kě)以直接(jiē)或(huò)僅通過1-2個中(zhōng)繼便(biàn)可傳遞到(dào)中(zhōng)心服務器；由(yóu)於LoRa技(jì)術自(zì)身功耗低，可在電(diàn)池(chí)供電的情況(kuàng)下(xià)長(cháng)時間(jiān)工(gōng)作(zuò)（與電池容(róng)量(liáng)和輸出頻率(shuài)相關，一般(bān)設計為2-3年(nián)），所以傳感器(qì)可以安(ān)裝在校(xiào)園(yuán)內(nèi)的任(rèn)何(hé)地(dì)點。論文(wén)設計的(dí)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)具(jù)有部署(shǔ)簡單，低(dī)成本，易(yì)於維護等顯著(zhù)特(tè)點，可在(zài)智慧(huì)校園解(jiě)決(jué)方(fāng)案中廣泛使用(yòng)。

　　1 LoRa技(jì)術(shù)

　　1.1 簡介

　　LoRa是LPWAN（Low Power Wide Area Net work，低(dī)功耗廣域(yù)網）通(tōng)信技術中的一(yī)種，是美(měi)國Semtech公司研發(fā)的一種基於(yú)擴頻技(jì)術的超(chāo)遠(yuǎn)距(jù)離(lí)無綫傳(chuán)輸(shū)技術。LoRa技(jì)術改變了過去(qù)通信(xìn)技術(shù)領(lǐng)域中有關遠距離與(yǔ)低功耗(hào)的(dí)傳(chuán)統認知。設(shè)計者(zhě)采用LoRa技(jì)術完(wán)成數據通信可以兼顧遠距離與(yǔ)低(dī)功耗(hào)的(dí)各(gè)自(zì)優(yōu)點(diǎn)，並由(yóu)於(yú)LoRa技(jì)術(shù)傳輸距離遠(yuǎn)，其可(kě)以大大節省(shěng)額(é)外(wài)的(dí)中繼開(kāi)銷(xiāo)，使得(dé)係(xì)統部(bù)署簡單，傳輸效率(shuài)較(jiào)高(gāo)。目前，LoRa技(jì)術主要(yào)在(zài)ISM（Industrial Scientific Medical，工業(yè)科(kē)學醫療(liáo)）頻(pín)段運(yùn)行，主要(yào)包括(kuò)433，868，915MHz等。

　　LoRa技術(shù)將(jiāng)擴(kuò)頻(pín)調製技(jì)術（Spread Spectrum Modulation，SSFM）和(hé)循環(huán)冗餘(yú)碼校驗技術（Cyclic Redundancy Check，CRC）相(xiāng)結合，實(shí)現(xiàn)通信信(xìn)號的(dí)調(tiáo)製(zhì)解(jiě)調(tiáo)。相(xiāng)對於頻(pín)移監控技術(shù)（Frequency Shift Keying，FSK），LoRa技(jì)術在(zài)擴大無綫通訊鏈(liàn)路(lù)覆蓋範圍的(dí)同時，又(yòu)提高(gāo)了(liǎo)係(xì)統(tǒng)的魯棒性。所以(yǐ)LoRa技術(shù)具有(yǒu)較(jiào)強(qiáng)的抗幹擾性，設計者通過調整擴頻因子，以(yǐ)及帶(dài)寬和(hé)編碼率(shuài)，就(jiù)可以對LoRa網(wǎng)絡進(jìn)行優(yōu)化。

　　1.2特(tè)點(diǎn)

　　（1）靈敏(mǐn)度(dù)可(kě)達-148dBm，發射功(gōng)率可(kě)達22dBm；

　　（2）傳輸(shū)距離(lí)上限可達15km，建(jiàn)築物密集(jí)區可覆(fù)蓋(gài)2km左(zuǒ)右(yòu)的(dí)通信範(fàn)圍，空曠地帶(dài)覆蓋(gài)範圍(wéi)可(kě)達(dá)10km；

　　（3）接(jiē)收是功耗(hào)低至(zhì)10mA，睡眠電流為200nA，可使用(yòng)電(diàn)池供(gōng)電，長(cháng)時間工(gōng)作；

　　（4）數據(jù)傳(chuán)輸(shū)速(sù)率(shuài)的(dí)範圍是(shì)0.3kbps到50kbps，其可(kě)通過速率自(zì)適應技術(shù)動(dòng)態(tài)調整(zhěng)數(shù)據(jù)傳輸速(sù)率(shuài)，以(yǐ)均衡功耗和傳輸(shū)距離；

　　（5）使(shǐ)用基於信(xìn)號(hào)傳(chuán)輸(shū)時(shí)間的(dí)測(cè)距技術進行(háng)定位(wèi)，其精(jīng)度可(kě)達(dá)5米。

　　1.3 LoRa網絡(luò)構成(chéng)

　　LoRa網絡(luò)構成(chéng)如圖(tú)1所(suǒ)示(shì)，由(yóu)傳感器節點，網關(guān)，中心服(fú)務器(qì)和(hé)移(yí)動(dòng)服務組成。傳(chuán)感(gǎn)器(qì)節點與網關(guān)之(zhī)間通過(guò)LoRa技(jì)術(shù)進(jìn)行通信(xìn)，網關與(yǔ)中心服(fú)務(wù)器之間(jiān)可以采用有綫通信(xìn)方式，也可以(yǐ)采用4G/5G等無綫(xiàn)通(tōng)信(xìn)方(fāng)式，移動服務(wù)通(tōng)過(guò)Internet訪問中(zhōng)心服務(wù)器。

圖(tú)1 LoRa網絡(luò)構(gòu)成

　　2 數據網(wǎng)關(guān)的硬件(jiàn)實(shí)現(xiàn)

　　2.1 總體(tǐ)結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據網關硬(yìng)件(jiàn)設計的(dí)總體結構(gòu)如(rú)圖2所示，由LoRa射(shè)頻電路(lù)，微控(kòng)製器，以太(tài)網(wǎng)控(kòng)製(zhì)器和(hé)以(yǐ)太網接(jiē)口電路組成。LoRa射(shè)頻(pín)電(diàn)路主芯(xīn)片采用Semtech公司(sī)的SX1268IMLTRT，用(yòng)於(yú)通過(guò)無(wú)綫(xiàn)方式采(cǎi)集遠端(duān)的(dí)傳(chuán)感器數(shù)據(jù)；微控製器(qì)電(diàn)路采用(yòng)ST公司(sī)的低功耗(hào)微(wēi)控製(zhì)器STM32L053R8T6用於(yú)處理(lǐ)接收到的(dí)傳感(gǎn)器數(shù)據，並(bìng)進行(háng)分(fēn)析和存儲(chǔ)；以(yǐ)太網電路采用WIZnet公司(sī)的W5500，W5500內(nèi)部(bù)集(jí)成(chéng)全(quán)硬(yìng)件TCP/IP協(xié)議(yì)棧(zhàn)並自帶(dài)MAC和PHY電(diàn)路(lù)，使用便(biàn)捷，穩(wěn)定(dìng)可靠(kào)；以太網(wǎng)接口電(diàn)路采(cǎi)用(yòng)HanRun公(gōng)司的(dí)HR91105A，其(qí)內部(bù)集成網絡(luò)變壓器(qì)，並具有很強(qiáng)的(dí)EMI表(biǎo)現(xiàn)。

圖(tú)2 數(shù)據網關硬(yìng)件設計的總(zǒng)體結(jié)構

　　2.2 LoRa射頻電(diàn)路(lù)

　　LoRa射(shè)頻(pín)電(diàn)路(lù)主芯片(piàn)采用Semtech公(gōng)司(sī)的LoRa收(shōu)發(fā)芯片SX1268，其內部結構圖(tú)如圖(tú)3所示(shì)。其(qí)內部(bù)集成(chéng)了低(dī)噪(zào)放大(dà)器（LNA），在(zài)LoRa調製(zhì)下，接(jiē)收(shōu)靈敏(mǐn)度上限(xiàn)可(kě)達-148dBm；同(tóng)時(shí)集(jí)成(chéng)了(liǎo)功率放大器(qì)（PA），其發(fā)射(shè)功率上限可達+22dBm。SX1268具(jù)有2種調製方式，分(fēn)別(bié)為FSK和LoRa；2種供電(diàn)方(fāng)式，分別(bié)為(wéi)低壓差(chà)現行(háng)穩(wěn)壓(yā)器(qì)（LDO）和(hé)DC-DC電(diàn)壓(yā)轉換器(qì)，當(dāng)其(qí)工作(zuò)在DC-DC方(fāng)式下，其(qí)接收低(dī)電(diàn)流(liú)信號(hào)可達4.2mA，可以實(shí)現(xiàn)實際(jì)意義的(dí)低功耗(hào)。SX1268通(tōng)過(guò)SPI接口與微控製器進行(háng)數(shù)據交(jiāo)換。

圖3 SX1268內(nèi)部(bù)結構(gòu)圖(tú)

　　LoRa射頻電(diàn)路如圖4所示，SX1268工作(zuò)在(zài)內部(bù)DC-DC供電(diàn)方式(shì)下(xià)，由(yóu)於SX1268為半雙工工(gōng)作(zuò)方式，所(suǒ)以(yǐ)電(diàn)路中采用(yòng)視頻(pín)模擬(nǐ)開(kāi)關PE4259進(jìn)行射(shè)頻電(diàn)路的切(qiē)換(huàn)。PE4259有(yǒu)2種(zhǒng)工作方式(shì)，1是(shì)單(dān)引腳控(kòng)製，其實現(xiàn)方(fāng)法是(shì)第6腳接電源，如第4腳(jiǎo)接高電平，則將RFC切換(huàn)給(gěi)RF1；如第4腳(jiǎo)接電平，則將(jiāng)RFC切(qiē)換給RF2。PE4259的(dí)第(dì)2種(zhǒng)工作(zuò)方(fāng)式是(shì)第6腳(jiǎo)給(gěi)低(dī)電(diàn)平(píng)，第4腳(jiǎo)給(gěi)高電平，則將RFC切換給RF1；第(dì)6腳給高(gāo)電平，第4腳(jiǎo)給低電平，則將(jiāng)RFC切(qiē)換給RF2。SX1268的(dí)DIO2引(yǐn)腳(jiǎo)為(wéi)多功能引腳，可將其(qí)功(gōng)能配(pèi)置為收發(fā)控(kòng)製，這(zhè)樣DIO2直(zhí)接(jiē)與PE4259的第4腳相(xiāng)連即(jí)可(kě)。微(wēi)控製(zhì)器(qì)控(kòng)製(zhì)PE4259的第6腳，其功(gōng)能(néng)是天綫開(kāi)關（ATN_SW），當第(dì)6腳(jiǎo)給(gěi)高(gāo)電平(píng)，打(dǎ)開天綫(xiàn)，此(cǐ)時SX1268可(kě)通(tōng)過DIO2直(zhí)接控製射頻收(shōu)發(fā)；當(dāng)第(dì)6腳給(gěi)低(dī)電平(píng)時，關閉天綫，以達(dá)到降低功耗(hào)的(dí)目的(dí)。

圖4 LoRa射頻電路

　　2.3 微控製(zhì)器(qì)電(diàn)路

　　微控製器電(diàn)路用(yòng)於(yú)接(jiē)收LoRa射頻電路采集的傳感(gǎn)器數據(jù)，並(bìng)進行(háng)分析(xī)，存(cún)儲(chǔ)，並將其轉(zhuǎn)換(huàn)為專(zhuān)用(yòng)格式(shì)通過(guò)以(yǐ)太(tài)網(wǎng)電路傳遞給(gěi)中(zhōng)心(xīn)服務器。微控製(zhì)器(qì)電路核(hé)心芯(xīn)片選(xuǎn)擇(zé)ST公司的超低(dī)功耗單片機STM32L053R8T6，其有(yǒu)7種(zhǒng)低功(gōng)耗(hào)模式，分別(bié)為：Sleep mode（睡眠模式），Low-power run mode（低功耗運(yùn)行模式），Low-power sleep mode（低功耗睡(shuì)眠(mián)模式），Stop mode with RTC（帶(dài)有RTC的停止(zhǐ)模式(shì)），Stop mode without RTC（不帶RTC的停(tíng)止模式），Standby mode with RTC（帶有(yǒu)RTC的旁路模式），Standby mode without RTC（不帶RTC的(dí)旁路(lù)模(mó)式(shì)），其具體功(gōng)耗數(shù)值見(jiàn)表1。

表(biǎo)1 STM32L053R8T6低(dī)功耗模(mó)式電(diàn)流

　　STM32L053R8T6的Stop模式分(fēn)為2種，一種是啟動(dòng)內部RTC（實時(shí)時(shí)鐘）電(diàn)路(lù)，另(lìng)一種(zhǒng)是(shì)不啟(qǐ)動(dòng)內部RTC。當(dāng)芯片(piàn)運行(háng)於Stop模式是(shì)，具有喚醒(xǐng)功(gōng)能(néng)的(dí)外(wài)設(shè)，會在(zài)條(tiáo)件滿(mǎn)足(zú)時，啟(qǐ)動HISRC時鐘(zhōng)，並且任(rèn)何外部中(zhōng)斷(duàn)都(dū)可以在(zài)3.5us的時(shí)間內(nèi)喚(huàn)醒期(qī)間(jiān)，處理器可以進(jìn)入(rù)中斷處理(lǐ)程(chéng)序(xù)，進(jìn)行相應的(dí)處(chǔ)理(lǐ)，所以論文所設計(jì)的網(wǎng)關微(wēi)控製(zhì)器在低功(gōng)耗(hào)時，運行於Stop模(mó)式。

　　微控製(zhì)器電路(lù)如圖5所示(shì)，主(zhǔ)芯(xīn)片STM32L053R8T6的時鐘(zhōng)，由外(wài)部晶振(zhèn)CSTCE12M0G55Z-R0提(tí)供(gōng)，其頻率為(wéi)12MHz；電(diàn)阻R1下拉(lā)，用於選擇啟動模(mó)式(shì)為內部Flash。為了增強(qiáng)係(xì)統的(dí)可靠性，對(duì)於復位電路除采用阻容(róng)復(fù)位外，額外焊接外部(bù)看門狗復位(wèi)芯(xīn)片(piàn)TPS3823-33DBVR。STM32L053R8T6通過(guò)SPI接口與(yǔ)LoRa射(shè)頻電(diàn)路和以太網電路(lù)通信。

　　2.4 以(yǐ)太網電路

　　W5500是(shì)一款(kuǎn)全硬件(jiàn)TCP/IP嵌(qiàn)入式以太網(wǎng)控(kòng)製器，內部(bù)集(jí)成硬件(jiàn)TCP/IP協議棧，10/100M自(zì)適應的(dí)MAC層(céng)和(hé)PHY層，可使(shǐ)電(diàn)路(lù)通過單(dān)芯片(piàn)擴展以太(tài)網(wǎng)硬件(jiàn)鏈接。W5500使(shǐ)用(yòng)SPI接(jiē)口與微控(kòng)製器進(jìn)行(háng)通信(xìn)，支(zhī)持(chí)TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP和(hé)PPPoE協(xié)議(yì)，內(nèi)部(bù)集(jí)成(chéng)32字(zì)節buffer用(yòng)於(yú)處理(lǐ)和解析以太網(wǎng)數據(jù)包(bāo)。W5500使用(yòng)Socket進行(háng)以太(tài)網(wǎng)通訊設(shè)計(jì)，內(nèi)部(bù)可同(tóng)時使(shǐ)用8個(gè)硬(yìng)件Socket進(jìn)行(háng)通訊(xùn)。

　　以(yǐ)太網電路(lù)如(rú)圖6所示，W5500使(shǐ)用硬(yìng)件SPI與微(wēi)控製器(qì)進行通信(xìn)，由(yóu)CS，SCK，MOSI和(hé)MISO4路(lù)信號構(gòu)成，W5500工(gōng)作於從(cóng)機(jī)模(mó)式。電路使用低溫漂(piāo)25M晶振(zhèn)為W5500提供時(shí)鐘(zhōng)，使(shǐ)用(yòng)磁珠(zhū)FBMA-11-201209-601A20T進行數(shù)字信號與(yǔ)模(mó)擬信(xìn)號(hào)的隔離。W5500使用(yòng)TXN/TXP和RXN/RXP2路(lù)差(chà)分(fēn)信(xìn)號(hào)與以太網(wǎng)接口電路通信。

　　2.5 以(yǐ)太(tài)網接口(kǒu)電路

　　以(yǐ)太網接(jiē)口電路如圖7所(suǒ)示，其(qí)接口(kǒu)采(cǎi)用(yòng)內部自(zì)帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ46接口HR91105A，TXN/TXP差分對與HR91105A的1腳和2腳(jiǎo)相連接(jiē)，RXN/RXP差(chà)分對與(yǔ)HR91105A的3腳和6腳(jiǎo)相連接，4腳和(hé)5腳(jiǎo)為(wéi)網絡(luò)變(biàn)壓(yā)器的中心抽頭(tóu)，9腳和10腳為(wéi)綠色(sè)指示燈(dēng)，11腳(jiǎo)和12腳為(wéi)綠(lǜ)色指(zhǐ)示燈。

圖5 微控製器電(diàn)路(lù)

圖6 以(yǐ)太(tài)網電路

圖7 以太(tài)網(wǎng)接口(kǒu)電路(lù)

　　3 係統(tǒng)軟件設計

圖8 軟(ruǎn)件總(zǒng)體架構

　　網(wǎng)關係統的軟件設(shè)計采用(yòng)層(céng)次化軟(ruǎn)件設(shè)計(jì)方(fāng)法進行設(shè)計，其總體架(jià)構(gòu)如(rú)圖8所示(shì)。先在網(wǎng)關(guān)硬件上(shàng)移植(zhí)Fre-eRTOS操(cāo)作(zuò)係統，已(yǐ)實(shí)現多任(rèn)務調(tiáo)度，然後(hòu)實(shí)現SX1268和W5500驅動(dòng)程(chéng)序的移植，在(zài)此基礎上使用Socket通訊(xùn)庫(kù)實現(xiàn)TCP/IP通信(xìn)，使(shǐ)用文(wén)件(jiàn)係(xì)統完成(chéng)傳感器數(shù)據的本(běn)地存儲(chǔ)。上層是(shì)應(yīng)用(yòng)程序(xù)設計，實現邏輯(jí)層(céng)與(yǔ)底層硬件(jiàn)的無關(guān)性。采用(yòng)上(shàng)述(shù)層(céng)次化(huà)軟(ruǎn)件設計方法進行係(xì)統軟件設(shè)計(jì)後，使得係(xì)統(tǒng)在(zài)軟件設計(jì)上(shàng)具有如(rú)下特(tè)點：

　　（1）具(jù)有較強(qiáng)的(dí)可(kě)讀性：由於邏輯層與驅(qū)動程序分層設計，使得(dé)係統的(dí)軟(ruǎn)件代碼(mǎ)具有(yǒu)較高的(dí)可(kě)讀(dú)性。代碼可讀性(xìng)提高(gāo)，不(bù)僅有利於(yú)多人之(zhī)間(jiān)相(xiāng)互交(jiāo)流，也(yě)有利於(yú)代碼的(dí)維護(hù)，代碼可讀性(xìng)強(qiáng)是項目(mù)可(kě)持(chí)續性發(fā)展的必要條(tiáo)件。

　　（2）具(jù)有較強的(dí)可復用性(xìng)：由於邏輯(jí)層(céng)與驅(qū)動程序(xù)分(fēn)層(céng)設(shè)計(jì)，在(zài)進(jìn)行項目(mù)升級或(huò)者(zhě)其它(tā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時，可以(yǐ)借(jiè)助原有項(xiàng)目的(dí)程序(xù)設計(jì)代(dài)碼(mǎ)，使得(dé)程(chéng)序的開發效率大(dà)幅度提(tí)高。

　　（3）具有可多(duō)人協(xié)作(zuò)性：由於(yú)邏輯層與(yǔ)驅動程(chéng)序分層設(shè)計，使得(dé)不(bù)同的(dí)設計(jì)人(rén)員(yuán)根據自(zì)身的技術特點(diǎn)，僅專(zhuān)注於(yú)某一(yī)層進行(háng)程(chéng)序設計(jì)，這樣(yàng)可以使得程(chéng)序開(kāi)發(fā)可以多(duō)人(rén)協(xié)作(zuò)進(jìn)行。

　　（4）具有可移植(zhí)性：由於邏(luó)輯層(céng)與(yǔ)驅動程序(xù)分層設計(jì)，則(zé)邏(luó)輯層(céng)與硬件無(wú)關(guān)，這(zhè)就(jiù)意味著邏輯層可以在其(qí)它滿足(zú)邏(luó)輯(jí)層運(yùn)行條(tiáo)件的硬件(jiàn)上運(yùn)行，使得(dé)邏輯層可以跨(kuà)硬件(jiàn)平台移(yí)植。

　　4 係(xì)統(tǒng)特(tè)點

　　本文所設計的智(zhì)慧(huì)校(xiào)園(yuán)數據網(wǎng)關相對(duì)於(yú)傳統(tǒng)的(dí)物聯網(wǎng)數據(jù)網關(guān)，具(jù)有如下顯著(zhù)特點：

　　（1）基於LoRa技(jì)術(shù)實(shí)現傳(chuán)感器(qì)數據(jù)的采集，通(tōng)信距離(lí)遠，網絡(luò)簡單(dān)，易(yì)於控製(zhì)；

　　（2）采用低(dī)功耗技術(shù)實(shí)現數據(jù)網關，可采用電池供(gōng)電方案(àn)，亦可在(zài)供電電(diàn)源斷(duàn)電工(gōng)作較(jiào)長(cháng)時間；

　　（3）采用(yòng)W5500實現TCP/IP數據收(shōu)發，實時性(xìng)強；

　　（4）軟件係統采(cǎi)用(yòng)層次化軟(ruǎn)件設計方法，使(shǐ)得軟(ruǎn)件具備(bèi)可讀性強(qiáng)，可(kě)復用，可(kě)多(duō)人(rén)協作(zuò)和(hé)可移植的(dí)顯(xiǎn)著特(tè)點。

　　5 安科瑞(ruì)網(wǎng)關介(jiè)紹(shào)

　　5.1通信管理機(jī)

　　5.1.1概述

　　本係列(liè)智能通信(xìn)管理(lǐ)機(jī)是一款采用嵌入式(shì)硬(yìng)件計算機(jī)平台(tái)，具(jù)有(yǒu)多個下行通信(xìn)接口及(jí)一個或(huò)者多個上行網絡(luò)接(jiē)口，用於將一(yī)個(gè)目標(biāo)區(qū)域內所有的智能(néng)監(jiān)控/保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)的(dí)通信(xìn)數(shù)據整理匯總後(hòu)，實(shí)時上(shàng)傳(chuán)主(zhǔ)站係統(tǒng)，完成遙信，遙(yáo)測等(děng)能(néng)源數(shù)據采集功能。

　　同(tóng)時(shí)，本係列(liè)智(zhì)能(néng)通(tōng)信(xìn)管(guǎn)理機支(zhī)持(chí)接(jiē)收(shōu)上(shàng)級主站係(xì)統下(xià)達(dá)的命令，並轉發給目標區域內的(dí)智能係列(liè)單(dān)元(yuán)，完(wán)成對廠站(zhàn)內各(gè)開(kāi)關設備(bèi)的分(fēn)，合閘遠方控(kòng)製或(huò)裝置(zhì)的參數(shù)整(zhěng)定，實(shí)現(xiàn)遙控和(hé)遙(yáo)調(tiáo)功能(néng)，以達到遠動(dòng)輸出(chū)調(tiáo)度(dù)命令(líng)的(dí)目標。

　　5.1.2產(chǎn)品(pǐn)介紹(shào)

　　5.2數據(jù)轉換模(mó)塊

　　5.2.1概(gài)述

　　AF-GSM是(shì)安(ān)科瑞電氣推(tuī)出(chū)的(dí)新(xīn)型的(dí)4G遠程(chéng)無(wú)綫(xiàn)數(shù)據采集設條，采用嵌入式(shì)設計。內(nèi)嵌(qiàn)TCP/IP協議棧，同時采用(yòng)了功能(néng)*的(dí)微處(chǔ)理芯片，配(pèi)合內(nèi)置(zhì)看(kàn)門(mén)狗(gǒu)，性能(néng)可靠穩(wěn)定(dìng)。

　　本產品提供標準RS485數據(jù)接口，可以方(fāng)便(biàn)的連接(jiē)RTU，PLC，工控機(jī)等(děng)設(shè)備，僅需一次(cì)性完成初始(shǐ)化配(pèi)置(zhì)。就(jiù)可以完成對MODBUS設(shè)備的數據采(cǎi)集，並(bìng)且與(yǔ)安(ān)科(kē)瑞服務器(qì)進(jìn)行(háng)通訊。

　　5.2.2產品介紹

　　5.3無綫通訊終端

　　5.3.1概述(shù)

　　AWT100數據轉換(huàn)模塊(kuài)是安科(kē)瑞電氣推出(chū)的(dí)新型(xíng)數(shù)據轉(zhuǎn)換(huàn)DTU，通訊(xùn)數(shù)據轉換(huàn)包(bāo)括(kuò) 2G，4G，NB，LoRa，LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等(děng)通訊(xùn)方式(shì)，下(xià)行接(jiē)口(kǒu)提(tí)供了(liǎo)標(biāo)準RS485數據接口，可以(yǐ)方便的(dí)連(lián)接(jiē)電(diàn)力(lì)儀(yí)表，RTU，PLC，工控機等設(shè)備(bèi)，僅需(xū)一次(cì)性完(wán)成初(chū)始化配置，就(jiù)可(kě)以完(wán)成對(duì)MODBUS設(shè)備的(dí)數據采集(jí)；同(tóng)時(shí)AWT100係列(liè)無綫通(tōng)訊終(zhōng)端采(cǎi)用(yòng)了功能*的(dí)微處理芯(xīn)片，配合內置(zhì)看(kàn)門(mén)狗(gǒu)技術(shù)，性(xìng)能可靠穩(wěn)定。

　　AWT200數(shù)據(jù)通訊網關(guān)應(yīng)用(yòng)於各種(zhǒng)終端(duān)設(shè)備的(dí)數據采(cǎi)集與(yǔ)數據(jù)分(fēn)析(xī)。實(shí)現設備的監測(cè)，控(kòng)製，計算(suàn)，為(wéi)係統與(yǔ)設備之間建立通訊紐帶(dài)，實現(xiàn)雙(shuāng)向(xiàng)的數據(jù)通訊。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)並及時(shí)發現(xiàn)異(yì)常數(shù)據(jù)，同時(shí)自身(shēn)根(gēn)據用戶規則(zé)進行邏(luó)輯(jí)判斷，大大(dà)的(dí)節(jié)省了人力和通訊成(chéng)本。

　　5.4.2產品(pǐn)介(jiè)紹

　　6 結(jié)語

　　論(lùn)文(wén)詳(xiáng)細(xì)介紹(shào)了基於LoRa技術(shù)的(dí)智(zhì)慧(huì)校園(yuán)數據網關的硬件實現與軟件(jiàn)架構，其具(jù)有(yǒu)傳輸距(jù)離遠，超(chāo)低(dī)功(gōng)耗，聯(lián)網簡單，實(shí)時(shí)性強等(děng)顯(xiǎn)著特(tè)點(diǎn)。論文所設(shè)計的數據網(wǎng)關已(yǐ)在國(guó)內(nèi)多所(suǒ)高校進行了(liǎo)安(ān)裝，取(qǔ)得了(liǎo)較(jiào)好(hǎo)的應用(yòng)效果(guǒ)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]智能電網用(yòng)戶(hù)端(duān)電力(lì)監控(kòng)/電能(néng)管理/電氣安(ān)全（產(chǎn)品報價手冊）.2023.01版

　　[4]企業(yè)微電(diàn)網設計(jì)與應用(yòng)手冊.2022.05版.