一、系統(tǒng)背景

人們越來越重視環(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檢測終端CY-LRB-101、LoRa控制終端CY-LRW-102、LoRa檢測終端CY-LRW-101等產(chǎn)品型號，還有多款產(chǎn)品正在研發(fā)中，通過LoRa窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對場所內(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，打造LoRa環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過對環(huán)境的監(jiān)測實現(xiàn)對環(huán)境狀態(tài)的提前預警，實現(xiàn)從被動承受到主動防御的轉(zhuǎn)變。

一臺LoRa控制終端可連接16-32個環(huán)境傳感器。LoRa遠距離通信，大大減少了中繼的成本。本系統(tǒng)可應用于工業(yè)園區(qū)、居民區(qū)、學校等各種需要監(jiān)測實時環(huán)境狀態(tài)的場景，實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)控和提前預警。

二、系統(tǒng)組成及總體設計

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

系統(tǒng)總體網(wǎng)絡拓撲結(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)測終端CY-LRB-101以及DDC設備，該系統(tǒng)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(shù)據(jù);LoRa控制終端CY-LRB-102與LoRa監(jiān)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(shù)據(jù);LoRa監(jiān)測終端CY-LRB-101與DDC設備以有線多對一方式相連，將環(huán)境信息發(fā)送給DDC設備，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)絡的超長距離無線通信能力與LoRa監(jiān)測終端CY-LRB-101通信;LoRa監(jiān)測終端CY-LRB-101向上與DDC設備根據(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)測終端CY-LRB-101內(nèi)都有modbus/bacnet通信規(guī)約機制，可根據(jù)需要轉(zhuǎn)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(jiān)測終端CY-LRB-101不能正常通信時，可增加中繼節(jié)點以使采集的數(shù)據(jù)傳輸至LoRa監(jiān)測終端CY-LRB-101。

環(huán)境數(shù)據(jù)管理中心通過對采集數(shù)據(jù)的分析處理，智能分析每個接入傳感器的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)換成有價值的信息，供授權用戶訪問使用。由此可見，該系統(tǒng)可實現(xiàn)上電即用、網(wǎng)絡簡單、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下發(fā)、抗干擾等功能，實現(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水平。

圖1 系統(tǒng)拓撲圖

圖2 數(shù)據(jù)詳細傳輸圖

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)絡傳遞給云中心進行智能分析和處理;

3.2 數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)可對歷史數(shù)據(jù)進行存儲,形成知識庫,以備隨時進行處理和查詢;

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(wǎng)終端均可實現(xiàn)對環(huán)境煙霧、pm2.5、CO2、溫濕度等數(shù)據(jù)進行遠程查看;

3.5 手機監(jiān)控

4G手機上可以實現(xiàn)與電腦終端同樣功能，實時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)絡自動負載均衡，網(wǎng)絡內(nèi)所有無線節(jié)點功耗可評估，且功耗相仿自動組網(wǎng)、自維護、網(wǎng)絡連接可視，全天候穩(wěn)定運行無需人工干涉管理方式多樣，可通過直接訪問網(wǎng)關或網(wǎng)絡服務器對所有的監(jiān)控進行管理;管理軟件界面良好，功能強大，保證數(shù)據(jù)的記錄、分析及時準確，穩(wěn)定可靠無線傳感網(wǎng)獨立工作，無需繳納任何費用，多采集器數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過一個網(wǎng)關發(fā)送，節(jié)省4G流量費。