本發(fā)明涉及鐵路車輛停車防溜領(lǐng)域，尤其是適用于實現(xiàn)對鐵路現(xiàn)場停車及防溜實時數(shù)據(jù)采集及管理，具體地說是一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)：

目前，傳統(tǒng)防溜裝置存在以下問題：防溜裝置是否放置到位難以監(jiān)控；發(fā)車時防溜裝置是否已經(jīng)取出同樣難以監(jiān)控；防溜裝置發(fā)生被盜無法及時報警；防溜裝置的領(lǐng)取、放置、取出和還回，均由人工操作完成，值班員無法及時判明防溜裝置是否處于規(guī)范的安全狀態(tài)；基于簡單的點對點lora通信方法，存在通信丟數(shù)據(jù)包、無法確認是否通過最穩(wěn)定通道通信及通信距離需進一步拓展等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法。本發(fā)明是一套基于高效、易操作、可靠性高的一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)，若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點自動組網(wǎng)，智能鐵鞋與協(xié)調(diào)器節(jié)點直接通信或通過信號最強的中繼器節(jié)點間接通信，最終實現(xiàn)對防溜裝置狀態(tài)的實時監(jiān)控，對保障鐵路安全運行具有非常重要的意義和實用價值。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)，它包括若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和一個智能防溜監(jiān)控主機，所述的智能鐵鞋均包括傳感器模塊、鐵鞋cpu和鐵鞋lora通信模塊；所述的中繼器節(jié)點均包括中繼器cpu和中繼器lora通信模塊；所述的協(xié)調(diào)器節(jié)點包括協(xié)調(diào)器lora通信模塊、協(xié)調(diào)器cpu及以太網(wǎng)模塊；若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點基于lora通信協(xié)議進行無線組網(wǎng)、通信，先將若干智能鐵鞋采集到的防溜數(shù)據(jù)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點，然后協(xié)調(diào)器節(jié)點通過其以太網(wǎng)模塊與所述智能防溜監(jiān)控主機相連接，完成數(shù)據(jù)傳輸。

本發(fā)明還公開了一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法，該方法實現(xiàn)了智能鐵鞋與協(xié)調(diào)器節(jié)點直接通信或通過信號最強的中繼器節(jié)點間接通信，具體包括三個環(huán)節(jié)：智能鐵鞋組網(wǎng)通信過程、中繼器節(jié)點組網(wǎng)通信過程及協(xié)調(diào)器組網(wǎng)通信過程。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第一個環(huán)節(jié)智能鐵鞋組網(wǎng)通信過程具體步驟如下：

(1)智能鐵鞋廣播信號強度檢測數(shù)據(jù)幀；

(2)智能鐵鞋收取協(xié)調(diào)器節(jié)點與中繼器節(jié)點返回的信號強度數(shù)據(jù)，智能鐵鞋記錄n個節(jié)點信號強度rssi值及其對應的節(jié)點自身地址；

(3)智能鐵鞋對n個rssi值逐一進行比較，得到最大的rssi值max＝rssi(k)；

(4)判斷第k個節(jié)點對應的max對應的節(jié)點自身地址是否為協(xié)調(diào)器節(jié)點自身地址，如果是，則智能鐵鞋將目的地址設為協(xié)調(diào)器節(jié)點自身地址，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點；如果不是，則鐵鞋根據(jù)第k個節(jié)點對應的中繼器節(jié)點的自身地址，將目的地址設為中繼器的自身地址，將數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼器。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第二個環(huán)節(jié)中繼器節(jié)點組網(wǎng)通信過程具體步驟如下：

(1)中繼器節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)幀后，先判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否為廣播的信號強度檢測數(shù)據(jù)幀，如果是，則讀取自身rssi值并返回給智能鐵鞋；如果不是，則進行下一步判斷；

(2)中繼器節(jié)點比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的目的地址是否相同，如果相同，則中繼器節(jié)點的中繼器cpu接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過中繼器lora模塊發(fā)送出去；如果不相同，則進行下一步判斷；

(3)中繼器節(jié)點繼續(xù)比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的中繼地址是否相同，如果相同，則中繼器節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如果不同，則繼續(xù)等待下一個數(shù)據(jù)幀。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第三個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)器節(jié)點組網(wǎng)通信過程具體步驟如下：

(1)協(xié)調(diào)器節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)幀后，先判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否為廣播的信號強度檢測數(shù)據(jù)幀，如果是，則讀取自身rssi值并返回給智能鐵鞋；如果不是，則進行下一步判斷；

(2)協(xié)調(diào)器節(jié)點繼續(xù)比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的目的地址是否相同，如果相同，則協(xié)調(diào)器cpu通過協(xié)調(diào)器lora模塊接收數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)傳輸至智能防溜監(jiān)控主機，如果不同，則繼續(xù)等待下一個數(shù)據(jù)幀。

基于lora通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法，其特征是智能鐵鞋、中繼器節(jié)點及協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)幀中包括自身地址、目的地址及中繼地址，所述自身地址指lora通信節(jié)點自身地址，所述目的地址指lora通信最終目的節(jié)點地址，所述中繼地址指指lora通信需通過該節(jié)點進行中繼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼節(jié)點地址。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的一種基于lora通信的智能防溜系統(tǒng)，是一套基于高效、易操作、可靠性高的一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)，若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點自動組網(wǎng)，智能鐵鞋與協(xié)調(diào)器節(jié)點直接通信或通過信號最強的中繼器節(jié)點間接通信，最終實現(xiàn)對防溜裝置狀態(tài)的實時監(jiān)控，對保障鐵路安全運行具有非常重要的意義和實用價值。

與傳統(tǒng)的wifi或zigbee通信方式相比，lora通信特征有：lora組網(wǎng)容量大，組網(wǎng)靈活，擴展性好，可靈活增加網(wǎng)絡節(jié)點。采用星型網(wǎng)絡架構(gòu)，與網(wǎng)狀網(wǎng)絡架構(gòu)相比，它是具有最低延遲的最簡單的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。lora技術(shù)本身擁有超高的信號強度rssi值和超強信噪比snr，基于lora的擴頻芯片，可以實現(xiàn)終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點的直接或間接(通過路由節(jié)點)組網(wǎng)連接，構(gòu)成大范圍、遠距離星形網(wǎng)絡。

與諸如zigbee等自組織網(wǎng)絡相比，lora通信也有需要人為制定組網(wǎng)策略的困難，本發(fā)明正是提出了一種基于接收到的信號強度rssi值，自動選擇最穩(wěn)定通道通信、自動制定、加載組網(wǎng)策略的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法，實現(xiàn)作為終端節(jié)點的智能鐵鞋與協(xié)調(diào)器節(jié)點的直接或間接低功耗、遠距離通信。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組成及組網(wǎng)方法。

圖2是本發(fā)明的基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)中智能鐵鞋工作流程圖。

圖3是本發(fā)明的基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)中中繼器節(jié)點工作流程圖。

圖4是本發(fā)明的基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器節(jié)點工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)，包括若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和一個智能防溜監(jiān)控主機，所述的智能鐵鞋均包括傳感器模塊、鐵鞋cpu(優(yōu)先選用型號stm32l15x)和鐵鞋lora通信模塊(型號為f8l10d)；所述的中繼器節(jié)點均包括中繼器cpu(優(yōu)先選用型號stm32l15x)和中繼器lora通信模塊(型號為f8l10d)；所述的協(xié)調(diào)器節(jié)點包括協(xié)調(diào)器lora通信模塊(型號為f8l10d)、協(xié)調(diào)器cpu(優(yōu)先選用型號stm32l15x)及以太網(wǎng)模塊(型號為w5100)；若干智能鐵鞋、若干中繼器節(jié)點、一個協(xié)調(diào)器節(jié)點基于lora通信協(xié)議進行無線組網(wǎng)、通信，先將若干智能鐵鞋采集到的防溜數(shù)據(jù)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點，然后協(xié)調(diào)器節(jié)點通過其以太網(wǎng)模塊與所述智能防溜監(jiān)控主機相連接，完成數(shù)據(jù)傳輸。

如圖1所示，一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)，具體由若干智能鐵鞋、中繼器節(jié)點1、中繼器節(jié)點2、中繼器節(jié)點3、中繼器節(jié)點4、協(xié)調(diào)器節(jié)點及智能防溜監(jiān)控主機組成，具體組網(wǎng)過程如下：

智能鐵鞋首先廣播信號強度檢測數(shù)據(jù)幀，所有接收到此數(shù)據(jù)幀的中繼器、協(xié)調(diào)器節(jié)點會返回一個信號強度rssi值，智能鐵鞋對這些rssi值進行比較找到一個最大值，如果信號強度最大的是協(xié)調(diào)器節(jié)點，則智能鐵鞋將目的地址設為協(xié)調(diào)器節(jié)點的自身地址，然后將數(shù)據(jù)直接發(fā)送協(xié)調(diào)器節(jié)點；如果信號強度最大的是中繼器節(jié)點2，則智能鐵鞋將目的地址設為中繼器節(jié)點2的自身地址101，中繼器節(jié)點2接收到智能鐵鞋的數(shù)據(jù)后，將目的地址設為協(xié)調(diào)器節(jié)點的自身地址1，中繼地址設為中繼器節(jié)點1的自身地址100，通過中繼器節(jié)點1把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點；如果信號強度最大的是中繼器節(jié)點4，則智能鐵鞋將目的地址設為中繼器節(jié)點4的自身地址103，中繼器節(jié)點4接收到數(shù)據(jù)后，將目的地址設為協(xié)調(diào)器節(jié)點自身地址1，中繼地址設為中繼器節(jié)點3的自身地址102，然后將數(shù)據(jù)通過中繼器節(jié)點3進行轉(zhuǎn)發(fā)，中繼器節(jié)點3將中繼地址設為中繼器節(jié)點1的自身地址100，通過中繼器節(jié)點1將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點最終接收到智能鐵鞋發(fā)送的智能防溜數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能防溜監(jiān)控主機。

本發(fā)明的一種基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法實現(xiàn)了智能鐵鞋與協(xié)調(diào)器節(jié)點直接通信或通過信號最強的中繼器節(jié)點間接通信，具體包括三個環(huán)節(jié)：智能鐵鞋組網(wǎng)通信過程、中繼器節(jié)點組網(wǎng)通信過程及協(xié)調(diào)器組網(wǎng)通信過程。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第一個環(huán)節(jié)智能鐵鞋組網(wǎng)通信過程如圖2所示，具體步驟如下：

(1)智能鐵鞋廣播信號強度檢測數(shù)據(jù)幀；

(2)智能鐵鞋收取協(xié)調(diào)器節(jié)點與中繼器節(jié)點返回的信號強度數(shù)據(jù)，智能鐵鞋記錄n個節(jié)點信號強度rssi值及其對應的節(jié)點自身地址；

(3)智能鐵鞋對n個rssi值逐一進行比較，得到最大的rssi值max＝rssi(k)；

(4)判斷第k個節(jié)點對應的max對應的節(jié)點自身地址是否為協(xié)調(diào)器節(jié)點自身地址，如果是，則智能鐵鞋將目的地址設為協(xié)調(diào)器節(jié)點自身地址，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點；如果不是，則智能鐵鞋根據(jù)第k個節(jié)點對應的中繼器節(jié)點的自身地址，將目的地址設為中繼器的自身地址，將數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼器。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第二個環(huán)節(jié)中繼器節(jié)點組網(wǎng)通信過程如圖3所示，具體步驟如下：

(4)中繼器節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)幀后，先判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否為廣播的信號強度檢測數(shù)據(jù)幀，如果是，則讀取自身rssi值并返回給智能鐵鞋；如果不是，則進行下一步判斷；

(5)中繼器節(jié)點比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的目的地址是否相同，如果相同，則中繼器節(jié)點的中繼器cpu接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過中繼器lora模塊發(fā)送出去；如果不相同，則進行下一步判斷；

(6)中繼器節(jié)點繼續(xù)比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的中繼地址是否相同，如果相同，則中繼器節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如果不同，則繼續(xù)等待下一個數(shù)據(jù)幀。

基于lora通信的數(shù)采系統(tǒng)組網(wǎng)方法第三個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)器節(jié)點組網(wǎng)通信過程如圖4所示，具體步驟如下：

(1)協(xié)調(diào)器節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)幀后，先判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否為廣播的信號強度檢測數(shù)據(jù)幀，如果是，則讀取自身rssi值并返回給智能鐵鞋；如果不是，則進行下一步判斷；

(2)協(xié)調(diào)器節(jié)點繼續(xù)比較自身地址與發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點的目的地址是否相同，如果相同，則協(xié)調(diào)器cpu通過協(xié)調(diào)器lora模塊接收數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)傳輸至智能防溜監(jiān)控主機，如果不同，則繼續(xù)等待下一個數(shù)據(jù)幀。