[發(fā)明專利]基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置及其采集方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910677151.3
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110363980B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳云龍;王小兵
• 申請（專利權(quán)）人: 四川長虹電器股份有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G08C19/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專利事務(wù)所 51213
• 代理人: 楊剛

1.一種基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置的采集方法，其特征在于，所述的采集裝置包括管理控制模塊和外圍功能模塊，所述管理控制模塊包括ContikiOS平臺和與所述ContikiOS平臺連接的時間管理單元、配置管理單元、數(shù)據(jù)管理單元以及通信管理單元，所述外圍功能模塊包括與所述配置管理單元連接的調(diào)試/配置模組、與所述數(shù)據(jù)管理單元連接的RS485模組以及與所述通信管理單元連接的LoRa模組；其中：

調(diào)試/配置模組用于提供配置LoRa采集裝置基本工作參數(shù)的接口；

RS485模組用于提供采集儀器、儀表、傳感器數(shù)據(jù)的通道；

LoRa模組用于提供LoRa采集裝置與網(wǎng)關(guān)通信的通道；

Contiki OS平臺用于為各軟件邏輯和機制提供運行平臺，簡化開發(fā)邏輯；

時間管理單元用于控制LoRa采集裝置的工作時隙，管理采集時間、上傳時間及喚醒時間；

配置管理單元用于根據(jù)來自系統(tǒng)配置接口的命令配置系統(tǒng)參數(shù)、根據(jù)基本工作參數(shù)確定運行時參數(shù)以及網(wǎng)關(guān)下發(fā)新配置后同步刷新系統(tǒng)參數(shù)；

數(shù)據(jù)管理單元用于根據(jù)對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)存儲到上傳數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)上傳進程執(zhí)行上傳數(shù)據(jù)操作時，會從上傳數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取走預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，并將其上傳到網(wǎng)關(guān)；

通信管理單元用于在指定的時間完成與網(wǎng)關(guān)的通信任務(wù)；

所述的采集方法包括以下步驟：

(1)初始化：根據(jù)硬件廠商提供的信息，設(shè)置相關(guān)寄存器讓主控芯片和外圍功能模塊進入工作狀態(tài)；

(2)設(shè)置、計算工作參數(shù)：根據(jù)對應(yīng)網(wǎng)關(guān)工作參數(shù)及實際應(yīng)用場景設(shè)置射頻頻率、重傳次數(shù)、數(shù)據(jù)長度、上傳周期、喚醒間隔、射頻功率、速率檔位基本參數(shù)；根據(jù)預(yù)設(shè)前導(dǎo)碼參數(shù)、帶寬、頻率和擴頻因子計算CAD時長和前導(dǎo)碼長度；

(3)裝置入網(wǎng)：利用LoRa信道活動檢測檢查當(dāng)前信道是否被占用，若信道忙，則延遲一段時間再重復(fù)檢測信道占用情況，直至檢測到信道空閑；若信道空閑，則向網(wǎng)關(guān)發(fā)送入網(wǎng)請求完成入網(wǎng)；

(4)時間管理：為每個工作節(jié)點分配獨占的通信時隙，并實現(xiàn)本地RTC時間與網(wǎng)關(guān)的高度同步，利用狀態(tài)機模型確定定時類型，配合RTC鬧鐘功能確保系統(tǒng)在確定的時間正確執(zhí)行預(yù)定的操作，實現(xiàn)定時采集數(shù)據(jù)、上報數(shù)據(jù)和喚醒對時操作；

步驟(4)中的時間管理包括時間分配和與網(wǎng)關(guān)的時間同步，其中，時間分配根據(jù)時間分配算法計算通信時間點和采集裝置時隙；與網(wǎng)關(guān)的時間同步利用通信時間算法實現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)時間的精確同步；

所述的時間分配具體包括：

分時獨占：將每個系統(tǒng)上報周期分割為時隙區(qū)間和自由區(qū)間，時隙區(qū)間供節(jié)點完成固定周期性的工作，在時隙區(qū)間為每個節(jié)點分配獨占的通信時隙，降低通信沖突幾率；自由區(qū)間作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輔助性操作區(qū)間；

時隙劃分：通信時隙被劃分為預(yù)設(shè)工作區(qū)間和喚醒區(qū)間，上行區(qū)間分為若干個重試區(qū)間，通信時隙劃分為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、payload參數(shù)、頻率、帶寬、擴頻因子及上報周期的函數(shù)；采集時間、上傳時間、喚醒時間為系統(tǒng)時間的函數(shù)；

與網(wǎng)關(guān)的時間同步具體包括：

時間校正：在節(jié)點與網(wǎng)關(guān)同步時間過程中，根據(jù)payload參數(shù)、帶寬、擴頻因子及編碼率計算數(shù)據(jù)包空中傳輸時間，結(jié)合設(shè)備特性系數(shù)對數(shù)據(jù)包中的時間進行校正，提高同步準(zhǔn)確度；

定時同步：每次上報和喚醒操作都會進行一次時間同步操作；系統(tǒng)會定時進行同步對時。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置的采集方法，其特征在于，所述管理控制模塊還包括看門狗單元，所述看門狗單元用于提供看門狗復(fù)位功能，防止意外情況導(dǎo)致不可自動恢復(fù)的異常。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置的采集方法，其特征在于，所述外圍功能模塊還包括供電模塊，所述供電模塊用于為LoRa采集裝置供電。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置的采集方法，其特征在于，在步驟(1)中，初始化具體包括初始化MCU的時鐘、串口內(nèi)部外設(shè)及GPIO口；初始化LoRa模組引腳和工作狀態(tài)；初始化RS485模組、電源模組、啟動Contiki操作系統(tǒng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TDMA和Contiki的LoRa采集裝置的采集方法，其特征在于，在步驟(3)中向網(wǎng)關(guān)發(fā)送入網(wǎng)請求完成入網(wǎng)具體包括：將設(shè)備信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，完成登記；接收入網(wǎng)回應(yīng)數(shù)據(jù)包，將網(wǎng)關(guān)下發(fā)的參數(shù)及RTC時間同步到本地。