安(ān)科瑞 陳聰(cōng)

摘要(yào)：智(zhì)慧(huì)校園(yuán)的顯著特(tè)征在於(yú)對(duì)校(xiào)園內(nèi)各(gè)種(zhǒng)類型傳(chuán)感(gǎn)器的感(gǎn)知，其(qí)核(hé)心(xīn)部件是(shì)智慧校園(yuán)數據網(wǎng)關，使(shǐ)用無綫(xiàn)通(tōng)信技術進行(háng)構建，具(jù)有易於(yú)布綫，易於施(shī)工，易(yì)於(yú)維(wéi)護(hù)等優點(diǎn)。然(rán)後(hòu)使用諸(zhū)如Zigbee，WIFI，藍牙(yá)等(děng)傳統無(wú)綫傳輸(shū)技(jì)術，在傳輸距(jù)離，功耗(hào)，效率(shuài)等(děng)多(duō)方麵(miàn)都表(biǎo)現(xiàn)出明(míng)顯的(dí)缺(quē)陷。論文設計並實現了一種(zhǒng)基於LoRa技(jì)術的(dí)智(zhì)慧校園物聯網(wǎng)數據網(wǎng)關(guān)，其具(jù)有部(bù)署簡單(dān)，低成本，易於(yú)維護(hù)等顯著(zhù)特點，可在智慧校園(yuán)解(jiě)決方(fāng)案中廣(guǎng)泛使(shǐ)用。

關鍵詞：LoRa；數據網關(guān)；物(wù)聯網(wǎng)；智(zhì)慧(huì)校園(yuán)

0引(yǐn)言

隨著(zhuó)電子(zǐ)技術和信息技術(shù)的(dí)發展(zhǎn)與(yǔ)創(chuàng)新，物聯(lián)網產業與(yǔ)物(wù)聯(lián)網緊(jǐn)密結(jié)合並快(kuài)速(sù)發展，其(qí)已成(chéng)為(wéi)推(tuī)進全(quán)球(qiú)經(jīng)濟(jì)增(zēng)長的(dí)主要支撐點(diǎn)。物聯(lián)網數(shù)據網關設備(bèi)，作為(wéi)解(jiě)決“物(wù)聯網(wǎng)"的(dí)數據傳感(gǎn)和數(shù)據傳(chuán)輸(shū)的(dí)關(guān)鍵設(shè)備(bèi)，具有廣泛的(dí)用途(tú)。物(wù)聯網數(shù)據網(wǎng)關(guān)有效(xiào)解(jiě)決了“物(wù)聯(lián)網"發展的(dí)數據鏈路問題(tí)，其(qí)市(shì)場(cháng)需(xū)求必將隨著(zhuó)“物(wù)聯(lián)網"的發展而不斷大幅度增(zēng)加(jiā)，其(qí)將為國民(mín)經(jīng)濟(jì)的(dí)各領域的發展起(qǐ)到(dào)一定的推(tuī)進作(zuò)用(yòng)。

物(wù)聯網(wǎng)的(dí)發展推(tuī)進了新型(xíng)智(zhì)慧城市以及智慧(huì)校(xiào)園的快(kuài)速(sù)發展(zhǎn)，其(qí)是(shì)“互聯網+"的重要(yào)功能擴(kuò)展(zhǎn)，其對構建(jiàn)城(chéng)市以(yǐ)及(jí)校(xiào)園的基(jī)礎設(shè)施(shī)，信息化管理與(yǔ)服(fú)務(wù)起到了關鍵性的作(zuò)用。物(wù)聯(lián)網需要將(jiāng)種(zhǒng)類繁(fán)多(duō)，格式(shì)各(gè)異，不同(tóng)協議的(dí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布(bù)式采集，存(cún)儲和處理(lǐ)，而(ér)物(wù)聯網(wǎng)數(shù)據網關能夠(gòu)對(duì)多類型的(dí)數(shù)據(jù)進(jìn)行(háng)整(zhěng)合和(hé)處理(lǐ)，實現數據之間(jiān)的轉換與互聯。

智(zhì)慧(huì)校園(yuán)的顯(xiǎn)著特(tè)征(zhēng)在(zài)於對校園(yuán)內(nèi)各種(zhǒng)類型傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的(dí)感(gǎn)知，例(lì)如(rú)溫度，濕度(dù)，PM2.5，煙霧(wù)，門(mén)禁(jīn)，漏(lòu)水(shuǐ)，門(mén)窗，電壓，電流(liú)，功率(shuài)，用電(diàn)量(liáng)，用水量等。由(yóu)於這(zhè)些(xiē)傳感(gǎn)器在校園內廣泛分布(bù)，為了(liǎo)避免(miǎn)布綫(xiàn)的(dí)困(kùn)難，其與中心服務器的(dí)傳(chuán)輸一(yī)般(bān)采用(yòng)無綫方(fāng)式。利(lì)用(yòng)傳(chuán)統的(dí)短(duǎn)距(jù)離無(wú)綫傳(chuán)輸(shū)技(jì)術（例(lì)如Zigbee，WIFI，藍牙等(děng)）實現(xiàn)智慧校(xiào)園的感(gǎn)知具有(yǒu)不可克(kè)服的(dí)困難，主要表(biǎo)現為：

（1）傳輸距(jù)離(lí)有限(xiàn)，不(bù)能將(jiāng)數據(jù)直接或少量(liáng)中(zhōng)繼(jì)跳(tiào)轉傳遞給(gěi)中心(xīn)服務(wù)器；

（2）采用(yòng)傳(chuán)統的自組網(wǎng)技(jì)術（例(lì)如(rú)Zigbee）技術進行遠(yuǎn)距(jù)離傳輸，由(yóu)於(yú)傳輸距離(lí)遠(yuǎn)，導(dǎo)致(zhì)網絡內(nèi)節點(diǎn)數目較多，網絡(luò)管理復(fù)雜，傳輸(shū)效率(shuài)低(dī)下；

（3）功耗普(pǔ)遍較高(gāo)，在(zài)一(yī)些隻能采用電池(chí)供(gōng)電的特定應用場合(hé)，難以實現(xiàn)。

為(wéi)了解(jiě)決(jué)上述(shù)問(wèn)題，論文設計並(bìng)實(shí)現(xiàn)了一種基於(yú)LoRa技術(shù)的(dí)智慧(huì)校園(yuán)物(wù)聯(lián)網數據(jù)網關，其使用LoRa傳輸方式與傳感(gǎn)器進(jìn)行通(tōng)信(xìn)，采(cǎi)集傳感器數據(jù)，並通(tōng)過數(shù)據(jù)網關(guān)傳遞給中(zhōng)心服務器。由於LoRa技術(shù)傳(chuán)輸(shū)距離遠，在園內(nèi)，傳感器數據可(kě)以直(zhí)接或僅通(tōng)過1-2個中繼便可傳遞到(dào)中心(xīn)服(fú)務器；由(yóu)於LoRa技術自身(shēn)功耗(hào)低，可在電池供電的(dí)情(qíng)況下(xià)長時(shí)間工作(zuò)（與電(diàn)池容(róng)量和(hé)輸(shū)出(chū)頻率(shuài)相關，一(yī)般(bān)設計為(wéi)2-3年），所(suǒ)以(yǐ)傳感器可以安裝(zhuāng)在校園(yuán)內的任何(hé)地點。論(lùn)文設計(jì)的數據(jù)網關(guān)具(jù)有(yǒu)部署簡單，低(dī)成本(běn)，易於維護等顯(xiǎn)著特點，可(kě)在(zài)智慧(huì)校(xiào)園解決(jué)方案中廣泛使用。

1 LoRa技術

1.1 簡介

LoRa是(shì)LPWAN（Low Power Wide Area Net work，低(dī)功耗廣域(yù)網(wǎng)）通信技(jì)術中(zhōng)的一種(zhǒng)，是(shì)美(měi)國(guó)Semtech公司(sī)研(yán)發的(dí)一種基(jī)於擴(kuò)頻(pín)技術的超(chāo)遠距(jù)離(lí)無綫傳(chuán)輸技術。LoRa技術(shù)更改了過(guò)去(qù)通信技術領(lǐng)域中有關(guān)遠(yuǎn)距離與(yǔ)低(dī)功耗(hào)的傳統認(rèn)知(zhī)。設(shè)計(jì)者(zhě)采(cǎi)用LoRa技(jì)術完成(chéng)數據(jù)通(tōng)信(xìn)可以兼顧遠距(jù)離與(yǔ)低功耗的各自優點，並由於LoRa技(jì)術傳輸距(jù)離(lí)遠，其可以(yǐ)大大(dà)節省額外(wài)的(dí)中(zhōng)繼開銷(xiāo)，使得係(xì)統(tǒng)部署簡單(dān)，傳(chuán)輸效率(shuài)較(jiào)高(gāo)。目前(qián)，LoRa技術(shù)主(zhǔ)要在ISM（Industrial Scientific Medical，工業(yè)科(kē)學(xué)醫療）頻段運行，主(zhǔ)要包(bāo)括433，868，915MHz等。

LoRa技術將擴(kuò)頻(pín)調(tiáo)製(zhì)技(jì)術（Spread Spectrum Modulation，SSFM）和循環(huán)冗(rǒng)餘碼(mǎ)校驗技術（Cyclic Redundancy Check，CRC）相(xiāng)結合，實現通(tōng)信(xìn)信號(hào)的(dí)調製解調。相對於頻(pín)移監控技術（Frequency Shift Keying，FSK），LoRa技術在擴大無綫(xiàn)通訊(xùn)鏈(liàn)路覆蓋範(fàn)圍的同(tóng)時，又提高了(liǎo)係統的魯棒(bàng)性(xìng)。所以LoRa技(jì)術具有較(jiào)強的抗幹(gān)擾(rǎo)性(xìng)，設計者(zhě)通(tōng)過(guò)調整擴頻(pín)因子，以(yǐ)及帶(dài)寬(kuān)和(hé)編碼率，就可(kě)以對(duì)LoRa網絡(luò)進行(háng)優化。

1.2特點

（1）靈敏(mǐn)度(dù)可(kě)達-148dBm，發射(shè)功率可達(dá)22dBm；

（2）傳輸距(jù)離上限(xiàn)可達15km，建(jiàn)築(zhù)物密集區可覆蓋2km左右的(dí)通(tōng)信(xìn)範圍，空(kōng)曠地帶(dài)覆(fù)蓋(gài)範圍(wéi)可達10km；

（3）接收(shōu)是功耗低至10mA，睡(shuì)眠電(diàn)流為200nA，可使用(yòng)電池供電，長(cháng)時間工作(zuò)；

（4）數據(jù)傳輸(shū)速率(shuài)的範圍是0.3kbps到50kbps，其(qí)可通(tōng)過(guò)速率自適應技(jì)術動態調整(zhěng)數據(jù)傳輸(shū)速(sù)率，以均衡(héng)功(gōng)耗(hào)和(hé)傳輸(shū)距離(lí)；

（5）使(shǐ)用(yòng)基於信號傳(chuán)輸時(shí)間的測(cè)距(jù)技術進行(háng)定(dìng)位(wèi)，其(qí)精度可達5米。

1.3 LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

LoRa網絡構成如圖(tú)1所示，由傳(chuán)感器(qì)節(jié)點，網(wǎng)關，中心(xīn)服(fú)務(wù)器和移(yí)動服(fú)務(wù)組(zǔ)成(chéng)。傳(chuán)感器節點與網(wǎng)關(guān)之(zhī)間(jiān)通過(guò)LoRa技(jì)術進(jìn)行(háng)通(tōng)信(xìn)，網關與中(zhōng)心(xīn)服務器之間(jiān)可以(yǐ)采用有綫(xiàn)通信(xìn)方式，也(yě)可以采(cǎi)用4G/5G等無綫(xiàn)通信(xìn)方式，移動服務通過Internet訪問中(zhōng)心服務器。

圖1 LoRa網(wǎng)絡(luò)構成

2 數據(jù)網關的(dí)硬件(jiàn)實現

2.1 總(zǒng)體結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)網關硬(yìng)件設計的總體(tǐ)結構如(rú)圖(tú)2所示，由LoRa射頻(pín)電(diàn)路(lù)，微控(kòng)製(zhì)器，以(yǐ)太網控製(zhì)器(qì)和以太網(wǎng)接口(kǒu)電路(lù)組(zǔ)成。LoRa射(shè)頻電(diàn)路主(zhǔ)芯片采(cǎi)用(yòng)Semtech公司的(dí)SX1268IMLTRT，用(yòng)於通(tōng)過無綫(xiàn)方(fāng)式采集遠端的(dí)傳(chuán)感器數據(jù)；微(wēi)控(kòng)製(zhì)器電路采用ST公(gōng)司的(dí)低功耗微控製器(qì)STM32L053R8T6用(yòng)於處(chǔ)理(lǐ)接收到的(dí)傳(chuán)感器(qì)數據，並進行(háng)分析(xī)和存(cún)儲(chǔ)；以太網電(diàn)路采(cǎi)用(yòng)WIZnet公司(sī)的W5500，W5500內部(bù)集(jí)成全硬件TCP/IP協議棧(zhàn)並自(zì)帶(dài)MAC和PHY電(diàn)路(lù)，使用(yòng)便(biàn)捷(jié)，穩(wěn)定(dìng)可靠(kào)；以太(tài)網接(jiē)口電路(lù)采用(yòng)HanRun公司(sī)的HR91105A，其內部集成網絡(luò)變壓器(qì)，並(bìng)具(jù)有很強的EMI表(biǎo)現。

圖2 數據網關(guān)硬件(jiàn)設(shè)計的總(zǒng)體結構

2.2 LoRa射(shè)頻電路

LoRa射(shè)頻電路主芯片(piàn)采(cǎi)用Semtech公司的(dí)LoRa收(shōu)發(fā)芯片SX1268，其內(nèi)部結構圖如圖(tú)3所示(shì)。其(qí)內(nèi)部集(jí)成了低噪放大器（LNA），在LoRa調(tiáo)製下(xià)，接(jiē)收靈敏(mǐn)度上(shàng)限可達(dá)-148dBm；同時(shí)集(jí)成(chéng)了功率(shuài)放(fàng)大器（PA），其發(fā)射(shè)功率(shuài)上(shàng)限可達+22dBm。SX1268具(jù)有(yǒu)2種調(tiáo)製方(fāng)式(shì)，分別(bié)為(wéi)FSK和LoRa；2種供電方(fāng)式，分(fēn)別為低壓差(chà)現行(háng)穩壓(yā)器(qì)（LDO）和(hé)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器，當其(qí)工(gōng)作(zuò)在DC-DC方式下(xià)，其接(jiē)收低(dī)電流信號(hào)可(kě)達(dá)4.2mA，可以(yǐ)實現(xiàn)實際(jì)意(yì)義(yì)的低(dī)功耗(hào)。SX1268通(tōng)過(guò)SPI接口與微控(kòng)製器(qì)進行數據(jù)交(jiāo)換。

圖(tú)3 SX1268內(nèi)部(bù)結構圖

LoRa射(shè)頻(pín)電路如(rú)圖4所(suǒ)示(shì)，SX1268工(gōng)作在(zài)內(nèi)部DC-DC供電方(fāng)式(shì)下，由於SX1268為半雙(shuāng)工工作(zuò)方(fāng)式，所以電(diàn)路中(zhōng)采用視頻(pín)模(mó)擬開關(guān)PE4259進行射(shè)頻(pín)電路(lù)的(dí)切(qiē)換(huàn)。PE4259有(yǒu)2種工作方(fāng)式，1是單(dān)引腳控製(zhì)，其(qí)實(shí)現方(fāng)法是第(dì)6腳接(jiē)電源，如第4腳(jiǎo)接高電平，則將RFC切換給(gěi)RF1；如第4腳接電(diàn)平(píng)，則(zé)將RFC切(qiē)換(huàn)給RF2。PE4259的第(dì)2種(zhǒng)工(gōng)作方(fāng)式(shì)是(shì)第6腳給(gěi)低電(diàn)平，第(dì)4腳給高電平(píng)，則(zé)將RFC切換給RF1；第(dì)6腳給高電平，第4腳給低(dī)電平(píng)，則(zé)將(jiāng)RFC切換給RF2。SX1268的(dí)DIO2引(yǐn)腳為多功能引(yǐn)腳(jiǎo)，可將(jiāng)其(qí)功能配置為收發(fā)控(kòng)製(zhì)，這(zhè)樣DIO2直接(jiē)與PE4259的第4腳相連即可。微(wēi)控製器(qì)控(kòng)製PE4259的(dí)第(dì)6腳(jiǎo)，其功能是天綫(xiàn)開(kāi)關(guān)（ATN_SW），當第6腳給高電平(píng)，打開(kāi)天(tiān)綫，此(cǐ)時SX1268可通(tōng)過DIO2直(zhí)接(jiē)控製(zhì)射(shè)頻(pín)收(shōu)發；當第6腳(jiǎo)給低(dī)電(diàn)平時，關(guān)閉天(tiān)綫(xiàn)，以達到降低功(gōng)耗(hào)的目的。

圖4 LoRa射(shè)頻(pín)電路(lù)

2.3 微控(kòng)製器電路

微控(kòng)製器(qì)電路(lù)用於接收(shōu)LoRa射頻電(diàn)路(lù)采(cǎi)集(jí)的傳(chuán)感器數(shù)據，並進行(háng)分(fēn)析，存儲，並將其轉換為專(zhuān)用(yòng)格式(shì)通(tōng)過以太(tài)網(wǎng)電路(lù)傳遞給中(zhōng)心服務器。微控製(zhì)器電路核心芯片選擇ST公司(sī)的超(chāo)低功耗單片(piàn)機STM32L053R8T6，其(qí)有7種低功(gōng)耗模(mó)式(shì)，分(fēn)別(bié)為(wéi)：Sleep mode（睡眠(mián)模式），Low-power run mode（低功耗運(yùn)行模(mó)式(shì)），Low-power sleep mode（低功耗(hào)睡眠(mián)模式），Stop mode with RTC（帶有RTC的停止(zhǐ)模式(shì)），Stop mode without RTC（不(bù)帶RTC的(dí)停(tíng)止(zhǐ)模式），Standby mode with RTC（帶(dài)有(yǒu)RTC的旁路模式），Standby mode without RTC（不帶(dài)RTC的旁路模式），其(qí)具(jù)體(tǐ)功耗數值見表1。

表1 STM32L053R8T6低(dī)功耗模(mó)式電(diàn)流

STM32L053R8T6的Stop模式(shì)分為(wéi)2種，一種是啟(qǐ)動內(nèi)部RTC（實時時鐘）電(diàn)路，另(lìng)一(yī)種是不(bù)啟(qǐ)動(dòng)內部RTC。當(dāng)芯片運行於(yú)Stop模式是，具有(yǒu)喚醒功能的外(wài)設(shè)，會在條件滿足時，啟(qǐ)動(dòng)HISRC時鐘，並且(qiě)任(rèn)何外部(bù)中斷(duàn)都可(kě)以在3.5us的時間內喚(huàn)醒期間(jiān)，處理(lǐ)器可以(yǐ)進入中(zhōng)斷處理(lǐ)程序(xù)，進行相應(yīng)的(dí)處理(lǐ)，所以論(lùn)文(wén)所設計的(dí)網(wǎng)關(guān)微控(kòng)製器(qì)在(zài)低功(gōng)耗時，運(yùn)行於Stop模(mó)式(shì)。

微(wēi)控製(zhì)器(qì)電(diàn)路(lù)如(rú)圖(tú)5所示，主(zhǔ)芯(xīn)片(piàn)STM32L053R8T6的時(shí)鐘(zhōng)，由外部(bù)晶(jīng)振CSTCE12M0G55Z-R0提(tí)供，其頻率為(wéi)12MHz；電(diàn)阻R1下拉，用(yòng)於選(xuǎn)擇啟動(dòng)模(mó)式(shì)為內部(bù)Flash。為(wéi)了增(zēng)強係(xì)統的可靠性，對於(yú)復位(wèi)電路除(chú)采用(yòng)阻容(róng)復位(wèi)外，額(é)外焊(hàn)接外(wài)部(bù)看門狗復位芯(xīn)片TPS3823-33DBVR。STM32L053R8T6通(tōng)過(guò)SPI接口與(yǔ)LoRa射(shè)頻(pín)電路(lù)和(hé)以太(tài)網電路通信(xìn)。

2.4 以太網電(diàn)路

W5500是一(yī)款(kuǎn)全(quán)硬(yìng)件TCP/IP嵌入式(shì)以太網控製器，內(nèi)部(bù)集(jí)成(chéng)硬件TCP/IP協議棧(zhàn)，10/100M自(zì)適應(yīng)的MAC層(céng)和PHY層(céng)，可使電(diàn)路(lù)通(tōng)過單芯(xīn)片擴(kuò)展以(yǐ)太網硬(yìng)件鏈接(jiē)。W5500使(shǐ)用(yòng)SPI接口(kǒu)與微(wēi)控製(zhì)器(qì)進行通信(xìn)，支(zhī)持(chí)TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP和PPPoE協(xié)議，內(nèi)部集(jí)成(chéng)32字節buffer用(yòng)於(yú)處理和(hé)解(jiě)析以太網數據包。W5500使用Socket進行以太(tài)網(wǎng)通訊設計(jì)，內部(bù)可(kě)同(tóng)時(shí)使用(yòng)8個硬(yìng)件(jiàn)Socket進行(háng)通(tōng)訊。

以(yǐ)太(tài)網(wǎng)電(diàn)路(lù)如(rú)圖(tú)6所示，W5500使(shǐ)用硬件(jiàn)SPI與微控製(zhì)器進行通(tōng)信，由(yóu)CS，SCK，MOSI和MISO4路信(xìn)號構成(chéng)，W5500工(gōng)作於從(cóng)機(jī)模式(shì)。電路使用低(dī)溫漂25M晶(jīng)振為W5500提供時(shí)鐘(zhōng)，使用(yòng)磁珠FBMA-11-201209-601A20T進(jìn)行(háng)數字信(xìn)號(hào)與模(mó)擬(nǐ)信(xìn)號的隔離。W5500使用TXN/TXP和(hé)RXN/RXP2路(lù)差(chà)分信號與以太網接口(kǒu)電(diàn)路通(tōng)信。

2.5 以太網接(jiē)口(kǒu)電(diàn)路(lù)

以太(tài)網接(jiē)口電路如圖7所示(shì)，其接(jiē)口采用內部(bù)自帶(dài)網絡變壓(yā)器的RJ46接(jiē)口(kǒu)HR91105A，TXN/TXP差分(fēn)對與(yǔ)HR91105A的(dí)1腳(jiǎo)和2腳相(xiāng)連接(jiē)，RXN/RXP差分對與HR91105A的3腳和6腳(jiǎo)相連接(jiē)，4腳(jiǎo)和5腳(jiǎo)為網(wǎng)絡變壓器(qì)的中(zhōng)心抽(chōu)頭，9腳和10腳為綠色(sè)指(zhǐ)示燈，11腳和(hé)12腳為綠色指示燈(dēng)。

圖5 微控(kòng)製器電路

圖6 以太(tài)網電(diàn)路(lù)

圖7 以(yǐ)太網(wǎng)接(jiē)口電路(lù)

3 係統軟(ruǎn)件設計

圖8 軟件總體架(jià)構(gòu)

網關(guān)係(xì)統的(dí)軟件設計采用層次化軟件(jiàn)設計(jì)方(fāng)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其總體架構如圖(tú)8所示(shì)。先(xiān)在(zài)網關(guān)硬(yìng)件上(shàng)移植(zhí)Fre-eRTOS操(cāo)作(zuò)係統(tǒng)，已(yǐ)實(shí)現(xiàn)多(duō)任務(wù)調(tiáo)度，然後(hòu)實現(xiàn)SX1268和W5500驅動程序的(dí)移植(zhí)，在此基礎上使用(yòng)Socket通訊庫實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信(xìn)，使(shǐ)用(yòng)文件係統完成(chéng)傳(chuán)感(gǎn)器數據(jù)的(dí)本地(dì)存儲(chǔ)。上(shàng)層(céng)是應用程(chéng)序設計(jì)，實(shí)現邏輯層(céng)與(yǔ)底層(céng)硬(yìng)件的(dí)無關(guān)性(xìng)。采(cǎi)用(yòng)上(shàng)述(shù)層次化軟(ruǎn)件(jiàn)設計方法進(jìn)行(háng)係(xì)統(tǒng)軟件設(shè)計後，使(shǐ)得係統(tǒng)在(zài)軟件(jiàn)設計(jì)上(shàng)具(jù)有如(rú)下特點：

（1）具有較(jiào)強的可讀性：由(yóu)於邏輯(jí)層與驅動程序(xù)分層(céng)設計(jì)，使(shǐ)得係統(tǒng)的軟件代碼(mǎ)具有(yǒu)較(jiào)高(gāo)的可讀性。代碼(mǎ)可讀(dú)性提(tí)高，不僅(jǐn)有利(lì)於(yú)多人之(zhī)間(jiān)相互交流，也(yě)有(yǒu)利於(yú)代碼的維(wéi)護，代碼(mǎ)可(kě)讀性(xìng)強(qiáng)是項(xiàng)目可(kě)持續性發展的必要條件。

（2）具(jù)有較(jiào)強的可(kě)復用性：由(yóu)於邏輯(jí)層與(yǔ)驅動(dòng)程序分層設(shè)計(jì)，在(zài)進(jìn)行項(xiàng)目(mù)升級或者其(qí)它項目設計時，可(kě)以借(jiè)助原(yuán)有項目的程序設(shè)計代碼，使得(dé)程(chéng)序(xù)的(dí)開(kāi)發效率大(dà)幅(fú)度提高(gāo)。

（3）具(jù)有(yǒu)可多人(rén)協作性：由(yóu)於(yú)邏輯(jí)層與(yǔ)驅動(dòng)程序(xù)分層設(shè)計(jì)，使(shǐ)得不同的設計人員根據(jù)自身的技術特點(diǎn)，僅(jǐn)專注於(yú)某一層(céng)進(jìn)行(háng)程(chéng)序設計，這樣可(kě)以使(shǐ)得程序開發(fā)可以多人(rén)協(xié)作進行(háng)。

（4）具有可(kě)移植(zhí)性：由於(yú)邏(luó)輯(jí)層(céng)與驅(qū)動程(chéng)序分(fēn)層設計，則邏輯(jí)層與(yǔ)硬(yìng)件無(wú)關，這就意味著邏(luó)輯層可以在其(qí)它滿足(zú)邏(luó)輯(jí)層(céng)運(yùn)行(háng)條件(jiàn)的硬件(jiàn)上運行，使(shǐ)得(dé)邏(luó)輯(jí)層可(kě)以(yǐ)跨(kuà)硬件平(píng)台(tái)移(yí)植。

4 係統(tǒng)特點(diǎn)

本文所(suǒ)設計(jì)的(dí)智慧校園數據(jù)網(wǎng)關相對於傳統的(dí)物(wù)聯網(wǎng)數據(jù)網關(guān)，具有(yǒu)如下(xià)顯(xiǎn)著特點(diǎn)：

（1）基(jī)於(yú)LoRa技術實現傳(chuán)感器(qì)數據的(dí)采集(jí)，通信距離(lí)遠(yuǎn)，網絡(luò)簡(jiǎn)單，易(yì)於控製；

（2）采用低(dī)功(gōng)耗技術實現數(shù)據(jù)網關(guān)，可采用(yòng)電池供電(diàn)方(fāng)案，亦可(kě)在(zài)供(gōng)電(diàn)電(diàn)源(yuán)斷電(diàn)工(gōng)作(zuò)較(jiào)長(cháng)時間；

（3）采用(yòng)W5500實現TCP/IP數(shù)據收發，實時(shí)性強；

（4）軟件(jiàn)係(xì)統(tǒng)采用(yòng)層次化軟件(jiàn)設(shè)計方法(fǎ)，使得軟件具備可讀(dú)性強，可(kě)復(fù)用(yòng)，可(kě)多(duō)人(rén)協作(zuò)和可移植(zhí)的(dí)顯著特點。

5 安科(kē)瑞網(wǎng)關介紹

5.1通(tōng)信(xìn)管理機

5.1.1概述

本係(xì)列智能(néng)通(tōng)信管(guǎn)理(lǐ)機(jī)是(shì)一款采(cǎi)用(yòng)嵌(qiàn)入(rù)式硬(yìng)件計算(suàn)機(jī)平台，具(jù)有多(duō)個下(xià)行通(tōng)信接口(kǒu)及一(yī)個(gè)或者多(duō)個(gè)上行(háng)網絡(luò)接口，用於將一個(gè)目標(biāo)區(qū)域內所有(yǒu)的智能(néng)監(jiān)控(kòng)/保(bǎo)護裝(zhuāng)置的(dí)通(tōng)信數(shù)據整理(lǐ)匯(huì)總後，實時上(shàng)傳主站係(xì)統(tǒng)，完(wán)成遙信，遙測(cè)等能源(yuán)數據采(cǎi)集(jí)功能(néng)。

同時，本係列智能(néng)通(tōng)信管(guǎn)理機(jī)支持(chí)接(jiē)收上級主站係統(tǒng)下達的(dí)命(mìng)令(líng)，並(bìng)轉(zhuǎn)發給目(mù)標區域內的智能(néng)係列單元，完成對廠(chǎng)站內各開(kāi)關(guān)設(shè)備(bèi)的(dí)分，合閘遠方控(kòng)製(zhì)或裝置的(dí)參數整定(dìng)，實現遙控和遙調功能，以達(dá)到遠動(dòng)輸出(chū)調度命令(líng)的(dí)目(mù)標(biāo)。

5.1.2產品介紹

5.2數(shù)據(jù)轉換模塊(kuài)

5.2.1概述(shù)

AF-GSM是安(ān)科(kē)瑞電氣推出的新型的(dí)4G遠(yuǎn)程無(wú)綫(xiàn)數(shù)據采集設條，采用(yòng)嵌入(rù)式(shì)設計。內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議(yì)棧(zhàn)，同(tóng)時采(cǎi)用了(liǎo)功(gōng)能(néng)*的(dí)微(wēi)處(chǔ)理芯片，配合內置看門狗(gǒu)，性能可(kě)靠(kào)穩(wěn)定(dìng)。

本(běn)產(chǎn)品(pǐn)提(tí)供(gōng)標準RS485數(shù)據接口，可(kě)以方便(biàn)的連接RTU，PLC，工控(kòng)機(jī)等設備，僅(jǐn)需一(yī)次性完(wán)成(chéng)初始化配置。就可以(yǐ)完(wán)成對(duì)MODBUS設備(bèi)的(dí)數(shù)據(jù)采集，並且(qiě)與安科瑞(ruì)服務(wù)器(qì)進行通訊。

5.2.2產(chǎn)品(pǐn)介紹

5.3無綫(xiàn)通(tōng)訊終(zhōng)端(duān)

5.3.1概(gài)述

AWT100數(shù)據轉換模(mó)塊是(shì)安(ān)科瑞電氣(qì)推出(chū)的新型數據轉換(huàn)DTU，通訊數據轉換包(bāo)括(kuò) 2G，4G，NB，LoRa，LoRaWAN，GPS,WiFi,CE,DP 等通訊(xùn)方式，下行接口提(tí)供了標(biāo)準RS485數據(jù)接口，可以(yǐ)方(fāng)便的連接(jiē)電(diàn)力(lì)儀表(biǎo)，RTU，PLC，工(gōng)控機(jī)等設(shè)備，僅(jǐn)需(xū)一次性完(wán)成初始(shǐ)化(huà)配置，就(jiù)可以完(wán)成(chéng)對MODBUS設備(bèi)的(dí)數據(jù)采(cǎi)集(jí)；同時(shí)AWT100係列無(wú)綫通(tōng)訊終(zhōng)端采用(yòng)了(liǎo)功能(néng)*的(dí)微處理(lǐ)芯片，配合內置看門(mén)狗技術(shù)，性(xìng)能(néng)可靠穩定(dìng)。

AWT200數據通訊網關應(yīng)用(yòng)於各種(zhǒng)終端設備(bèi)的(dí)數據采集與數(shù)據分析(xī)。實現設(shè)備(bèi)的監(jiān)測(cè)，控(kòng)製，計算，為係統與設(shè)備之間(jiān)建立通訊紐(niǔ)帶(dài)，實(shí)現雙(shuāng)向(xiàng)的(dí)數(shù)據通訊(xùn)。實(shí)時(shí)監(jiān)測並及(jí)時(shí)發(fā)現(xiàn)異(yì)常(cháng)數(shù)據，同(tóng)時自身根據用戶規則(zé)進(jìn)行邏(luó)輯判斷，大大的節省了人力(lì)和通(tōng)訊(xùn)成本(běn)。

5.4.2產(chǎn)品介(jiè)紹

6 結(jié)語

論文(wén)詳細介(jiè)紹了基(jī)於LoRa技(jì)術的智慧校園數(shù)據(jù)網關的(dí)硬件實(shí)現與軟件架構(gòu)，其(qí)具有傳輸(shū)距離(lí)遠，超(chāo)低(dī)功(gōng)耗(hào)，聯(lián)網簡(jiǎn)單(dān)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等顯(xiǎn)著特(tè)點(diǎn)。論文所(suǒ)設計的(dí)數(shù)據網(wǎng)關已在國內多所(suǒ)高(gāo)校進行了安(ān)裝(zhuāng)，取得了較(jiào)好的(dí)應(yīng)用(yòng)效(xiào)果。

參(cān)考(kǎo)文獻(xiàn)：

[1]NIE Zhou.The impact of communication technologies on social structure-take the example of smart city[J].Journal of Shanxi University of Finance and Economics,2016(s2):137-144.

[2]張(zhāng)皓.計算(suàn)機物聯(lián)網(wǎng)技術應(yīng)用(yòng)及發展(zhǎn)研究[J].電(diàn)子(zǐ)技術(shù)與軟(ruǎn)件工(gōng)程,2016(22):10.

[3]智能(néng)電網(wǎng)用(yòng)戶(hù)端電(diàn)力監(jiān)控/電能(néng)管理(lǐ)/電氣(qì)安(ān)全(quán)（產(chǎn)品(pǐn)報(bào)價(jià)手(shǒu)冊）.2023.01版

[4]企(qǐ)業微電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應(yīng)用手冊.2022.05版.