一、系統(tǒng)背景

人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境問題，為此北京創(chuàng)羿興晟科技發(fā)展有限公司研發(fā)了多款LoRa產(chǎn)品，例LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa檢測(cè)終端CY-LRB-101、LoRa控制終端CY-LRW-102、LoRa檢測(cè)終端CY-LRW-101等產(chǎn)品型號(hào)，還有多款產(chǎn)品正在研發(fā)中，通過LoRa窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)所內(nèi)環(huán)境，包括pm2.5、CO2含量、光照、粉塵顆粒物濃度、環(huán)境溫度氣壓等的監(jiān)測(cè)，打造LoRa環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境狀態(tài)的提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)承受到主動(dòng)防御的轉(zhuǎn)變。

一臺(tái)LoRa控制終端可連接16-32個(gè)環(huán)境傳感器。LoRa遠(yuǎn)距離通信，大大減少了中繼的成本。本系統(tǒng)可應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)、居民區(qū)、學(xué)校等各種需要監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)環(huán)境狀態(tài)的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控和提前預(yù)警。

二、系統(tǒng)組成及總體設(shè)計(jì)

LoRa環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由各種環(huán)境傳感器、LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa檢測(cè)終端CY-LRB-101、DDC設(shè)備及云數(shù)據(jù)管理平臺(tái)等幾個(gè)部分組成。

系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心、LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101以及DDC設(shè)備，該系統(tǒng)LoRa控制終端CY-LRB-102與各類傳感器以有線一對(duì)多方式相連，采集傳感器的模擬量數(shù)據(jù);LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101采用LoRa無線一對(duì)一的通信方式，傳輸傳感器的模擬量數(shù)據(jù);LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101與DDC設(shè)備以有線多對(duì)一方式相連，將環(huán)境信息發(fā)送給DDC設(shè)備，并將數(shù)據(jù)上傳到環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心。

LoRa控制終端CY-LRB-102向下與傳感器根據(jù)modbus通信規(guī)約通過RS485方式連接，向上借助LoRa網(wǎng)絡(luò)的超長(zhǎng)距離無線通信能力與LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101通信;LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101向上與DDC設(shè)備根據(jù)bacnet通信規(guī)約通過RS485方式連接，將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)通過DDC設(shè)備傳回環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心。LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101內(nèi)都有modbus/bacnet通信規(guī)約機(jī)制，可根據(jù)需要轉(zhuǎn)換通信機(jī)制。若遇障礙物嚴(yán)重遮擋，導(dǎo)致LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101不能正常通信時(shí)，可增加中繼節(jié)點(diǎn)以使采集的數(shù)據(jù)傳輸至LoRa監(jiān)測(cè)終端CY-LRB-101。

環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析處理，智能分析每個(gè)接入傳感器的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)換成有價(jià)值的信息，供授權(quán)用戶訪問使用。由此可見，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上電即用、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下發(fā)、抗干擾等功能，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與管理。該系統(tǒng)不僅為環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心提供查詢和管理的便捷，還能提供智能決策，幫助管理中心提高服務(wù)水平。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 數(shù)據(jù)詳細(xì)傳輸圖

三、系統(tǒng)主要功能

3.1 數(shù)據(jù)采集

環(huán)境煙霧、pm2.5、CO2、溫濕度等數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給云中心進(jìn)行智能分析和處理;

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),形成知識(shí)庫,以備隨時(shí)進(jìn)行處理和查詢;

3.3 數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)將采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時(shí)間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場(chǎng)圖),提供日?qǐng)?bào),月報(bào)等歷史報(bào)表;

3.4 遠(yuǎn)程控制

用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)通過任意能上網(wǎng)終端均可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境煙霧、pm2.5、CO2、溫濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程查看;

3.5 手機(jī)監(jiān)控

4G手機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)與電腦終端同樣功能，實(shí)時(shí)查看各種由傳感器傳來的數(shù)據(jù)。

圖4 系統(tǒng)界面

四、系統(tǒng)特性

系統(tǒng)采用4G+LoRa的全無線架構(gòu)，無需布線施工，維護(hù)成本低。

綠色、環(huán)保、無輻射傳感網(wǎng)具有全網(wǎng)同步的超低功耗特性，無線采集終端使用兩節(jié)堿性電池可工作3年以上;網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有無線節(jié)點(diǎn)功耗可評(píng)估，且功耗相仿自動(dòng)組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運(yùn)行無需人工干涉管理方式多樣，可通過直接訪問網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)所有的監(jiān)控進(jìn)行管理;管理軟件界面良好，功能強(qiáng)大，保證數(shù)據(jù)的記錄、分析及時(shí)準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠無線傳感網(wǎng)獨(dú)立工作，無需繳納任何費(fèi)用，多采集器數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)送，節(jié)省4G流量費(fèi)。