LoRa環境監測物聯網系統
解
決
方
案
北京創羿興晟科技發展有限公司
一、系統背景
人們越來越重視環境問題，為此北京創羿興晟科技發展有限公司研發了多款LoRa產品，例LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa檢測終端CY-LRB-101、LoRa控制終端CY-LRW-102、LoRa檢測終端CY-LRW-101等產品型號，還有多款產品正在研發中，通過LoRa窄帶物聯網技術實現對場所內環境，包括pm2.5、CO2含量、光照、粉塵顆粒物濃度、環境溫度氣壓等的監測，打造LoRa環境監測物聯網系統，通過對環境的監測實現對環境狀態的提前預警，實現從被動承受到主動防御的轉變。
一臺LoRa控制終端可連接16-32個環境傳感器。LoRa遠距離通信，大大減少了中繼的成本。本系統可應用于工業園區、居民區、學校等各種需要監測實時環境狀態的場景，實現對環境的實時監控和提前預警。
二、系統組成及總體設計
LoRa環境監測物聯網系統由各種環境傳感器、LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa檢測終端CY-LRB-101、DDC設備及云數據管理平臺等幾個部分組成。
系統總體網絡拓撲結構如圖1所示，主要包括環境數據管理中心、LoRa控制終端CY-LRB-102、LoRa監測終端CY-LRB-101以及DDC設備，該系統LoRa控制終端CY-LRB-102與各類傳感器以有線一對多方式相連，采集傳感器的模擬量數據；LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監測終端CY-LRB-101采用LoRa無線一對一的通信方式，傳輸傳感器的模擬量數據；LoRa監測終端CY-LRB-101與DDC設備以有線多對一方式相連，將環境信息發送給DDC設備，并將數據上傳到環境數據管理中心。
LoRa控制終端CY-LRB-102向下與傳感器根據modbus通信規約通過RS485方式連接，向上借助LoRa網絡的超長距離無線通信能力與LoRa監測終端CY-LRB-101通信；LoRa監測終端CY-LRB-101向上與DDC設備根據bacnet通信規約通過RS485方式連接，將采集的環境數據通過DDC設備傳回環境數據管理中心。LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監測終端CY-LRB-101內都有modbus/bacnet通信規約機制，可根據需要轉換通信機制。若遇障礙物嚴重遮擋，導致LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監測終端CY-LRB-101不能正常通信時，可增加中繼節點以使采集的數據傳輸至LoRa監測終端CY-LRB-101。
環境數據管理中心通過對采集數據的分析處理，智能分析每個接入傳感器的狀態，并轉換成有價值的信息，供授權用戶訪問使用。由此可見，該系統可實現上電即用、網絡簡單、數據上傳、數據下發、抗干擾等功能，實現環境數據的采集與管理。該系統不僅為環境數據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水平。
圖1 系統拓撲圖
圖2 數據詳細傳輸圖
三、系統主要功能
3.1 數據采集
環境煙霧、pm2.5、CO2、溫濕度等數據通過無線網絡傳遞給云中心進行智能分析和處理；
3.2 數據存儲
系統可對歷史數據進行存儲,形成知識庫,以備隨時進行處理和查詢；
3.3 數據分析
系統將采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場圖）,提供日報,月報等歷史報表；
3.4 遠程控制
用戶在任何時間、任何地點通過任意能上網終端均可實現對環境煙霧、pm2.5、CO2、溫濕度等數據進行遠程查看；
3.5 手機監控
4G手機上可以實現與電腦終端同樣功能，實時查看各種由傳感器傳來的數據。
圖3 系統界面
四、系統特性
系統采用4G+LoRa的全無線架構，無需布線施工，維護成本低。
綠色、環保、無輻射傳感網具有全網同步的超低功耗特性，無線采集終端使用兩節堿性電池可工作3年以上；網絡自動負載均衡，網絡內所有無線節點功耗可評估，且功耗相仿自動組網、自維護、網絡連接可視，全天候穩定運行無需人工干涉管理方式多樣，可通過直接訪問網關或網絡服務器對所有的監控進行管理；管理軟件界面良好，功能強大，保證數據的記錄、分析及時準確，穩定可靠無線傳感網獨立工作，無需繳納任何費用，多采集器數據統一通過一個網關發送，節省4G流量費。
五、產品介紹
5.1 LoRa控制終端CY-LRB-102
產品圖片
圖4 CY-LRB-102
DO1~DO8：開關控制接口，可控制繼電器終端1~8繼電器的開關狀態。
DI1~DI5：為檢測到的開關，會將終端檢測到的開關狀態映射過來。
電源指示燈：為電源指示燈。
信號控制反饋燈：每次控制端的改變會伴隨一次信號反饋，燈會閃爍一次。
產品規格
5.2 LoRa監測終端CY-LRB-101
產品圖片
圖5 CY-LRB-101
產品規格