CN207380507U - 基于LoRa技术的无线modbus集中器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa技术的无线modbus集中器。本实用新型中的RS485通信模块和RS232通信模块通过串口与MCU处理模块连接，保证用户主机或者测试***与集中器信息进行双向交互；Lora射频模块通过SPI接口与MCU处理模块互连，实时收取终端从设备采集到的环境信息，并把数据反馈给MCU处理模块；或通过Lora射频模块远距离下发指令给终端从设备；本实用新型集中器可与多个无线从设备无线通信，使得用户能够集中管理多个无线从设备；不但免除了传统通过485总线电缆布线复杂的难题，而且还大大提高了通信效率。

Description

基于LoRa技术的无线modbus集中器

技术领域

本实用新型属于工业物联网技术领域，涉及了一种利用Lora技术来替代传统的RS485总线，并通过Modbus协议实现与用户主机之间数据交互的集中器设备。

背景技术

随着整个物联网生态环境的成熟，工业物联网的应用需求开始逐渐强烈，比如：生产、物流的高效需求；实时生产数据和设备数据的监控需求；更加准确的的生产跟踪需求；智能预测和预警需求等等，我国工业物联网的发展由过去的政府主导逐渐向应用需求转变。

在大多数工业现场，需要实时监控现场的工作环境和设备的运行情况，这就需要中央控制器通过有线方式连接大量的终端从设备，比如水表，电表，传感器节点等信息采集设备。这类终端从设备一般都具备Modbus协议通信功能，但由于种类繁多，数量较大，布线错综复杂，这就会使中央控制器的编程和设置变得尤为困难。而且中央控制器的接口资源有限，所有终端从设备需要连接到一个通讯接口，如果一个终端设备接口出现故障，可能会造成整个网络瘫痪。目前，市场上也已出现支持Modbus协议的集中器，但是很多集中器没有实现中央控制器与终端从设备的无线通信，布线依然还是错综复杂，给整个工程实施，带来了极大的挑战。

发明内容

本实用新型的目的针对现有集中器产品的不足，提出了一种基于LoRa技术的无线modbus集中器，实现中央控制器可以与多个无线从设备进行远距离通信，并且实时性高，通信距离远，使用方便。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括MCU处理模块、RS485通信模块、RS232通信模块、Lora射频模块、按键复位模块、LED模块和电源模块。

所述的RS485通信模块和RS232通信模块通过串口与MCU处理模块连接，保证用户主机或者测试***与集中器信息进行双向交互。

所述的Lora射频模块通过SPI接口与MCU处理模块互连，实时收取终端从设备采集到的环境信息，并把数据反馈给MCU处理模块；或通过Lora射频模块远距离下发指令给终端从设备。

所述的按键复位模块通过IO口与MCU模块连接，用于快速恢复出场设置。

所述的LED模块包括电源指示灯和集中器通信状态指示灯，与MCU模块连接。

所述的电源模块主要为各模块提供稳定的电源电压。

所述的MCU处理模块处理接口汇总过来的数据并且转发给所需要的其他接口模块。

进一步，还包括USB转串口模块，USB转串口模块通过串口与MCU模块连接，用于对集中器进行参数配置。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用Lora技术远距离、低功耗、低成本的特性，可以实现集中器与多个无线从设备的无线通信，使得用户主机能够集中管理多个无线从设备；不但免除了传统通过485总线电缆布线复杂的难题，而且还大大提高了通信效率。而且该集中器具有很好的通用性，接口灵活方便，易于控制，还具有良好的可维护性和扩展性，较好的经济性，制造方便，成本低。

附图说明

图1是Modbus集中器的具体应用结构图；

图2是Modbus集中器的内部框图；

图3是MCU处理模块电路原理图；

图4是RS485模块的电路原理图；

图5是RS232模块的电路原理图；

图6是射频模块的电路原理图；

图7是USB转串口模块的原理图；

图8是按键复位模块的原理图；

图9是LED模块的原理图；

图10是电源模块的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和实例对本实用新型进行进一步的详细说明。

下面先详细介绍该基于Lora技术的Modbus集中器的具体应用结构图。具体应用结构框架图如图1所示，当用户主机通过RS232或者RS485下发读取采集信息的指令给集中器AP，集中器中的中央控制器会通过SPI通信将指令给Lora射频模块，射频模块通过无线私有协议会将指令发给终端从设备ED1、ED2、ED3的Lora射频模块，终端从设备的中央控制器接受指令后，通过RS232或者RS485将指令下发到个个信息采集设备。然后通过反向链路把数据反馈给测试***或用户主机。以此保证主机或测试***实时可以得到下面各个信息采集设备的相关信息，也可以下发控制命令给各个信息采集设备。

图2是该实用新型所述的基于Lora技术的Modbus集中器的内部框图，包括MCU处理模块1、RS485通信模块2、RS232通信模块3、Lora射频模块4、USB转串口模块5、按键复位模块6、LED模块7、电源模块8。所述电源模块8分别与MCU处理模块1、RS485通信模块2、RS232通信模块3、Lora射频模块4、USB转串口模块5、按键复位模块6、LED模块7相连；电源模块包括电源接口8a、8～28V-5V电源模块8b和5V-3.3V电源模块8c；所述RS485模块2、RS232模块3、USB转串口模块5分别与MCU模块1通过串口相连；Lora射频模块4通过SPI接口与MCU模块1连接；LED模块7、按键复位模块6分别与MCU模块1的普通IO口相连。所述的MCU处理模块处理接口汇总过来的数据并且转发给所需要的其他接口模块。所述的RS485通信模块和RS232通信模块通过串口与MCU模块连接，保证用户主机或者测试***可以与集中器信息可以双向交互。所述的Lora射频模块通过SPI接口与MCU模块互连，可以实时收取终端从设备采集到的环境信息，并把数据反馈给MCU；也可以通过Lora射频模块远距离下发指令给终端从设备。所述的USB转串口模块通过串口与MCU模块连接，这样可以通过上位机就可以对本集中器进行配置相关参数，比如：RS232波特率设置、RS485波特率设置、SSID设置、密钥设置等等参数。所述的按键复位模块通过普通IO口与MCU模块连接，可以方便客户快速恢复出场设置。所述的LED模块包括电源指示灯和集中器通信状态指示灯。

图3为MCU处理模块1电路原理图，MCU控制模块主要包括主芯片STM32F103RCT6和晶振电路。STM32F103RCT6具有高达72M的处理速度，使得该集中器具有很强的计算能力；以及具备512KB的Flash ROM和64KB的SRAM，为整个***提供更大的程序存储空间和运行空间。另外STM32F103R还提供了5个串行通讯口USART和3个SPI通信口，可访问连接Lora射频模块、RS485模块、RS232模块、USB转串口模块，并对各模块进行读写操作。

图4为所述RS485模块2的电路原理图，其中选用的西伯斯公司的SP485EE作为控制器，主要负责测试主机与集中器之间的通信，也可以直接通过485总线电缆直接挂从机设备，增强其实用性。

图5为所述RS232模块3的电路原理图，主要也是负责测试主机与集中器之间的通信。

图6为所述射频模块4的电路原理图，Lora射频模块直接选用安信可的SX1278Lora扩频无线模块，其采用Lora^TM扩频调制技术，410Mhz～525Mhz的频谱范围，+18dBm的发射功率，低至-148dBm的灵敏度，足以满足远距离通信的要求；而且其自带自动射频信号检测，CAD模式和超高速AFC，这些都为无线射频信号的检测和传输带来了可靠的保证和安全；该射频模块作为集中器和无线从设备的桥梁，负责集中器与无线从设备两者之间的远距离信息传送，也是该实用新型集中器核心部分。

图7为USB转串口模块5的原理图，上位机可以通过这个串口配置集中器中RS232和RS485的相关参数，比如：RS485和RS232的波特率、SSID设置、密钥设置等等。

图8为按键复位模块6的原理图，主要当遇到一些突然情况，可以随时为集中器恢复出厂设置。

图9为LED模块7的原理图，包括电源指示灯，LINK灯，TX灯和RX灯；电源指示灯只要供电正常就常亮，LINK灯当入网是就常亮；串口发送数据的时候TX灯亮，串口接送数据的时候RX灯亮。

图10为电源模块8的原理图，包括电源接口8a、8～28V-5V电源模块8b和5V-3.3V电源模块8c，所述电源接口与外接8～28V的任一适配器相连，8～28V-5V电源模块8b与电源接口8a相连，5V-3.3V电源模块8c与8～28V-5V电源模块8b相连。8～28V-5V电源模块8提供5V的输出电压给RS485模块2和USB转串口模块5供电，剩下的其余模块均由5V-3.3V电源模块8c供电。在电源设计时，用0欧姆电阻对电源输入区和数字电路区进行地隔离，可有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。

至此，实现了一套基于Lora技术的无线私有协议转Modbus协议集中器设计方案。该方案基于Lora射频技术和STM32F103RCT6处理器为核心，利用RS485或者RS232为数据接口，较好地解决了传统RS485通信中，485总线电缆在恶劣环境布置困难的问题。

Claims (2)

1.基于LoRa技术的无线modbus集中器，包括MCU处理模块、RS485通信模块、RS232通信模块、Lora射频模块、按键复位模块、LED模块和电源模块，其特征在于：

所述的RS485通信模块和RS232通信模块通过串口与MCU处理模块连接，保证用户主机或者测试***与集中器信息进行双向交互；

所述的Lora射频模块通过SPI接口与MCU处理模块互连，实时收取终端从设备采集到的环境信息，并把数据反馈给MCU处理模块；或通过Lora射频模块远距离下发指令给终端从设备；

所述的按键复位模块通过IO口与MCU模块连接，用于快速恢复出场设置；

所述的LED模块包括电源指示灯和集中器通信状态指示灯，与MCU模块连接；

所述的电源模块为各模块提供稳定的电源电压；

所述的MCU处理模块处理接口汇总过来的数据并且转发给所需要的模块。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa技术的无线modbus集中器，其特征在于：还包括USB转串口模块，USB转串口模块通过串口与MCU模块连接，用于对集中器进行参数配置。