LoRa技术实现水表抄表远距离无线传输方案的应用

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、470、868、915MHz等。

以上三张图片均是来自成都亿佰特电子科技有限公司的LoRa模块。LoRa模块是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性基于LoRaWAN的网络能够提供安全的数据传输距离远的双向通信，并且用最少的网络基础设施覆盖城市区域，LoRa技术在智慧农业、智慧建筑、智慧物流等多种应用场景中都将得到广泛应用。

本文设计了基于LoRa通信的无线水表抄表系统,其具有较高的精确性,广泛的适应性和实用性。本文设计的无线水表抄表系统根据各个设备实现的不同功能,主要可分为水表、中继器和集中器三部分,水表的主要功能是正转流量统计、倒转流量统计、磁干扰检测、应急关阀和无线传输数据;中继器的主要功能是对较远的水表进行信号的中继收发;集中器的主要功能是接收工作站指令,对水表进行管理、数据的采集和上传。

设计中采用成都亿佰特的LoRa 模块，其嵌入高速低功耗单片机和高性能LoRa扩频芯片SX1278 SX1276，SX1278 SX1276芯片的LoRa通信技术能够解决在现代的大楼中,普通无线通信技术的信号无法穿透楼层抄到位于高楼中水表的问题,并且SX1278 SX1276具有低功耗模式和休眠唤醒技术,结合硬件与软件的设计,使得由电池供电的水表和中继器能够保持超低功耗,解决了无线抄表中待机时间短的问题。设计中的通信协议是在有线抄表协议的基础上结合无线抄表的功能需求加以改进而来。

水表、中继器和集中器之间采用LoRa通信,主要用于集中器抄读水表中数据。集中器在接收工作站指令和上传数据时,采用的是GPRS通信。工作站需要抄表时,通过GPRS发送抄表指令,集中器收到指令后通过LoRa通信发送抄表指令到水表,水表收到指令后返回数据到集中器,集中器再将收到的数据返回到工作站,从而实现无线抄表的流程。

与传统水表相比,采用LoRa技术的智能水表能准确、快速采集记录居民的实时用水数据，提高了工作效率，保证服务质量。在用水高峰期间，用户用水信息系统可对区域用水状况进行全面监控、均衡调度，进而有效地的保障企业生产和居民生活用水。