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CN108882250B - 一种LoRa-mesh双模通讯装置 - Google Patents

一种LoRa-mesh双模通讯装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LoRa‑mesh双模通讯装置，属于无线通信技术领域。其包括外壳和控制单元，控制单元连接有定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa‑mesh双模通讯模块以及电池模块，定位模块、蓝牙模块、FM调频模块和LoRa‑mesh双模通讯模块均连接有相应天线。本发明可以通过蓝牙模块与用户手机实现交互。此外，在信号覆盖不足区域，用户之间可以通过本装置迅速组网，以提供最灵活的方式，实现在移动用户、固定基站、移动基站设备相互之间的通讯。

Description

一种LoRa-mesh双模通讯装置
技术领域
本发明涉及一种LoRa-mesh双模通讯装置，属于无线通信技术领域。
背景技术
LoRa（Long Range，长距离）是由升特公司（Semech）发布的一种LPWAN（Low PowerWide Area Network，低功耗广域网）技术。目前，LoRa通讯网络主要搭载在470～510Mhz、900Mhz等几个Sub-1Ghz的频点上。该技术应用在低功耗工业物联网中，可以实现节点间组网、节点目标数据监控及数据回传同步。该技术具有节点间位置及组网模式相对固定、传输距离较远、传输速率较低、数据量较小等特点。
作为一种重要应用，LoRa技术可以应用在常规通讯信号覆盖不到的区域，比如无人区生态区、海洋、地下矿场、探险地带、大面积灾害发生等通讯需求难以得到保障的区域。
但是，现有技术中基于LoRa的通讯装置还存在通讯方式单一的问题，这限制了基于LoRa的通讯装置在更多场景中的广泛应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种LoRa-mesh双模通讯装置，其基于Lora-mesh双模模块通讯技术，既可以通过蓝牙模块与用户手机实现交互，又能够在信号覆盖不足的区域，实现迅速组网，以提供最灵活的方式，实现在移动用户、固定基站、移动基站设备相互之间的通讯。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LoRa-mesh双模通讯装置，包括外壳和控制单元，所述控制单元连接有定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块，所述定位模块、蓝牙模块、FM调频模块和LoRa-mesh双模通讯模块均连接有相应天线，所述控制单元、定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块均位于外壳内，所述LoRa-mesh双模通讯模块所对应的天线为两根且均伸出于外壳外；其中，LoRa-mesh双模通讯模块用于实现同网设备间的组网、通讯、信号筛选切换以及加密/封装功能；
蓝牙模块用于与用户的智能手机进行通信，实现人机交互，实现本装置的部分设置、通讯对象选择以及性能调较功能；同时，蓝牙模块也为其他智能设备提供接入渠道；FM模块用于接收FM广播信号、接收FM广播及FM应急广播，用户通过蓝牙设置FM频道，用户通过连接耳机连接智能设备收听FM广播；
电池模块用于为系统提供电量续航，同时检测电池电量，反馈给用户及设备管理系统；定位模块用于获取实时定位数据；
控制单元用于实现产品内功能逻辑及模块调用，并发出语音操作提示。
可选的，所述电池模块的输出电路上设有总开关，所述FM调频模块通过音频输出电路连接有耳机接口。
可选的，所述FM调频模块还连接有频道切换电路，所述频道切换电路上设有频道切换按钮，FM的启停及频道切换均通过蓝牙连接手机APP操作完成。
可选的，所述定位模块搭载北斗RNSS/GPS至少一种定位方式，实现实时获取装置具体定位数据的功能。
可选的，所述控制单元连接有3 .5mm音频接口，为装置提供音频输出，并搭载麦克风，实现用户语音信息交互。
可选的，所述控制单元配置有用于实现对讲功能的PTT按钮，PTT语音通过LoRamesh双模通讯模块进行传输，并以语音数据包的形式实现数字化半双工通讯。
可选的，所述控制单元上还设有模式切换按钮和确定按钮。
可选的，所述控制单元还连接有miniusb、typeC和Lightning Dock接口。
从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：
本发明装置基于Lora-mesh双模模块通讯技术，可以通过蓝牙模块与用户手机实现交互。此外，在信号覆盖不足区域，用户之间可以通过本装置迅速组网，以提供最灵活的方式，实现在移动用户、固定基站、移动基站设备相互之间的通讯。本装置的组网独立于常规网络（如目前运营商2G/3G/4G）通讯，可以最大限度地解决无常规通讯信号覆盖区域的通讯问题。同时，本装置可以配置相应的APP（应用程序），从而在有常规网络通讯的地区利用常规通讯网络进行通讯及信息交互，做到通讯资源兼容及利用最大化。
附图说明
为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图。
图1为本发明实施例中LoRa-mesh双模通讯装置的一种模块结构示意图；
图2为本发明实施例中LoRa-mesh双模通讯装置的一种外形结构示意图；
图3为本发明实施例中LoRa-mesh双模通讯装置的一种使用状态参考图；
图4为LoRa-mesh双模通讯装置之间的通讯逻辑示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做进一步的说明。
一种LoRa-mesh双模通讯装置，包括外壳和控制单元，所述控制单元连接有定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块，所述定位模块、蓝牙模块、FM调频模块和LoRa-mesh双模通讯模块均连接有相应天线，所述控制单元、定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块均位于外壳内，所述LoRa-mesh双模通讯模块所对应的天线为两根且均伸出于外壳外；其中，LoRa-mesh双模通讯模块用于实现同网设备间的组网、通讯、信号筛选切换以及加密/封装功能；
蓝牙模块用于与用户的智能手机进行通信，实现人机交互，实现本装置的部分设置、通讯对象选择以及性能调较功能；同时，蓝牙模块也为其他智能设备提供接入渠道；FM模块用于接收FM广播信号、接收FM广播及FM应急广播，用户通过蓝牙设置FM频道，用户通过连接耳机连接智能设备收听FM广播；
电池模块用于为系统提供电量续航，同时检测电池电量，反馈给用户及设备管理系统；
定位模块用于获取实时定位数据；
控制单元用于实现产品内功能逻辑及模块调用，并发出语音操作提示。
可选的，所述电池模块的输出电路上设有总开关，所述FM调频模块通过音频输出电路连接有耳机接口。
可选的，所述FM调频模块还连接有频道切换电路，所述频道切换电路上设有频道切换按钮，FM的启停及频道切换均通过蓝牙连接手机APP操作完成。
可选的，所述定位模块搭载北斗RNSS/GPS至少一种定位方式，实现实时获取装置具体定位数据的功能。
可选的，所述控制单元连接有3 .5mm音频接口，为装置提供音频输出，并搭载麦克风，实现用户语音信息交互。
可选的，所述控制单元还连接有PTT无线对讲模块，该PTT无线对讲模块具有PTT按钮，其对讲功能基于LoRa-mesh双模通讯模块中的2 .4Ghz高速率模块进行传输，以语音数据包的形式实现数字化半双工通讯。
可选的，所述控制单元上还设有模式切换按钮和确定按钮。
可选的，所述控制单元还连接有miniusb、typeC和Lightning Dock接口。
具体来说，如图1所示，该lora-mesh双模通讯装置包括：LoRa-mesh双模通讯模块及天线（射频频点在2 .4Ghz及Sub 1Ghz，通过lora网络传输，通过mesh实现自组网的双模通讯网络模块），该模块承担同网设备间的组网、通讯（发送，接收，跳转）、信号筛选切换以及加密/封装等功能；
蓝牙模块及天线，该模块可与用户的智能手机进行通信，实现人机交互，实现本装置的部分设置、通讯对象选择以及性能调较等功能；同时，蓝牙模块也为其他智能设备提供接入渠道；FM模块及天线，可以实现接收FM广播信号，接收FM广播及FM应急广播，用户通过蓝牙设置FM频道，用户通过连接耳机连接智能设备收听FM广播；电池模块，为系统提供电量续航，同时检测电池电量，反馈给用户及设备管理系统；北斗/GPS定位模块，用于获取实时定位数据；MCU（微控单元）中央处理器，实现产品内功能逻辑及模块调用，可扩展带语音芯片，实现语音操作提示。
图2所示为本装置的外形结构，其包括：天线，包括Lora-mesh天线、FM天线、蓝牙天线和定位天线；
总开关，用于长按开关开机及关机；
选择按钮若干，包扩音量大小按钮，频道切换按钮等；
模式/确认按钮，用于切换模式及确定选项PTT（Push to Talk，一键通）按钮，用于按住按钮实现对讲，松开对讲结束；数据接口，包含目前当前通用手机智能设备接口，如miniusb，typeC，Lightning Dock等；3 .5mm耳机音频接口。
图3为本发明装置（即图中的“智能设备”）的一种使用状态参考图，其中：智能设备通过lora-mesh与同网智能设备、固定基站、移动基站实现自组网及数据传输，在通信距离较远时使用Sub1Ghz低速率，远距离传输系统信息、应急信息、定位信息等必要的数据；当通信距离接近时，两者距离接近时，切换至2 .4Ghz高速率，近距离传输；
智能设备通过蓝牙与用户手机APP连接实现人机交互；
智能设备通过蓝牙与无线耳机等音频设备连接，通过3 .5MM耳机插口，实现语音接入方式。
本发明装置的使用方式如下：
（1）点对点通讯例用户A使用手机APP通过智能设备A的蓝牙模块与智能设备A连接向用户B发起通讯，通讯内容包含语音，文字，图片等信息，智能设备A先接收并分析处理用户A的通讯请求，包括目标用户B的通信地址，AB两个智能设备通讯信号连接情况，A用户发送数据的类型（文本类小数据量类型，多媒体大数据量类型）等，然后模块根据数据类型情况匹配响应的Lora mesh模块向智能设备B发送数据。
智能设备B对应的模块接收数据，确定通讯地址相符，对数据解压，并通过蓝牙模块传输至用户B手机APP ,执行后续显示，如通讯内容为文本，则在APP内以短信形式显示，如内容为图片，则在APP内以图片方式呈现，如内容为语音，则在耳机进行播放。如果用户A持续与用户B执行语音信息传输，则可通过设备PPT按钮执行类似 “对讲”的操作，语音信息同时也缓存在智能设备类备份，同步至手机APP。
（2）组群通讯例
此例为多个智能设备组群通讯，多个智能设备间，可以通过类似组群的方式，同一个信息发送至多个用户地址，实现组群通讯。同时，组群内可以实现权限设定，即智能设备相互已经组网，通过通讯地址设定消息查看权限，则一部分用户只承担维持网络的中继跳转功能。
（3）位置共享例
智能设备能实时获取位置信息，通过自组网通讯模块可以将位置信息相互传递，并在APP里配合地图SDK ,API插件显示具体位置，实现导航，打点，报点及应急求救等功能。
本发明中的LoRa-mesh双模通讯装置可以星型组网方式形成组网，每个通讯装置为一个节点，节点之间根据有效通讯距离互联，每个节点自带通讯地址本，每个节点均具有2 .4Ghz LoRa-imesh模块和Sub 1Ghz-imesh模块；该组网系统的通讯方式为：
节点通过2 .4Ghz LoRa-imesh模块或Sub 1Ghz-imesh模块接收天线传输的数据；
2 .4Ghz LoRa-imesh模块工作时，射频频点搭载在2 .4Ghz上，以mesh形式自主组网，以LoRa/Flrc/FSK网络实现传输；Sub 1Ghz-imesh模块工作时，射频频点搭载在1Ghz以下（如433Mhz，470MHZ-510Mhz，868Mhz，915MHZ等），以mesh形式自主组网，以Lora网络实现传输；
节点判断信号来源的通讯地址本是否为通讯匹对地址，若是，则接收数据并对数据进行数据封装，若否，则跳转数据到其它通讯节点；节点对数据进行加密/解压，再对数据进行分类，多媒体数据用2 .4Ghz LoRa-imesh模块进行处理并传输到用户数据终端，文本信息用Sub 1Ghz-imesh模块进行处理并传输到用户数据终端。
如图4所示，上述系统中，系统中A节点向B节点发送数据的方式为：
A节点端的用户将需要发送的数据发送到A节点的MCU；
MCU对数据进行分析和分类，其中，图像、语音、视频等大数据量文件分一类，文本、地址、系统、应急信息分一类；
对数据进行封装和加密；
选择收发模式，执行发送指令，并配置通讯地址；
根据数据的分类类型，匹配传输模块为2 .4Ghz LoRa-imesh模块或Sub 1Ghz-imesh模块；
通过匹配的模块发送数据。
相应地，上述系统中B节点接收A节点数据的方式为：
B节点的2 .4Ghz LoRa-imesh模块或Sub 1Ghz-imesh模块待机监听所有外来信号；
当有数据接入时，通过对应模块进行接收；
根据数据包的类型定义数据通讯的传输方式标签，所述传输方式标签为2 .4Ghz或Sub 1Ghz；
根据通讯地址，决定执行接收工作；
B节点的MCU执行解压工作；
MCU进一步进行数据分类，并将数据传输给B节点端的用户。
上述系统中，A节点通过B节点向C节点发送数据的方式为：
A节点端的用户将需要发送数据发送到A节点的MCU；
MCU通过数据对数据分析，把数据分类为图像、语音、视频、文本中的一类；
对数据进行封装和加密；
选择收发模式，执行发送指令，并配置通讯地址；
根据数据类型，匹配传输模块为2 .4Ghz LoRa-imesh模块或Sub 1Ghz-imesh模块；
通过匹配的模块发送数据；
B节点为C节点跳转数据，具体来说：
B节点的2 .4Ghz LoRa-imesh模块或Sub 1Ghz-imesh模块待机监听所有外来信号；
当有数据接入时，通过对应的模块进行接收；
根据数据包类型定义数据通讯的传输方式标签，所述传输方式标签为2 .4Ghz或Sub 1Ghz；
根据通讯地址，决定执行跳转工作；
B节点的MCU根据数据通讯类型配置对应的传输模块向C节点转发数据。
该系统中C节点的接收流程与正常数据接收流程无异，此处不再赘述。
总之，本发明装置基于Lora-mesh双模模块通讯技术，可以通过蓝牙模块与用户手机实现交互。此外，在信号覆盖不足区域，用户之间可以通过本装置迅速组网，以提供最灵活的方式，实现在移动用户、固定基站、移动基站设备相互之间的通讯。本装置的组网独立于常规网络（如目前运营商2G/3G/4G）通讯，可以最大限度地解决无常规通讯信号覆盖区域的通讯问题。同时，本装置可以配置相应的APP（应用程序），从而在有常规网络通讯的地区利用常规通讯网络进行通讯及信息交互，做到通讯资源兼容及利用最大化。
需要指出的是，以上具体实施方式只是本专利实现方案的具体个例，没有也不可能覆盖本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的限定；凡是与以上案例属于相同构思的实现方案，或是上述若干方案的组合方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：包括外壳和控制单元，所述控制单元连接有定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块，所述定位模块、蓝牙模块、FM调频模块和LoRa-mesh双模通讯模块均连接有相应天线，所述控制单元、定位模块、蓝牙模块、FM调频模块、LoRa-mesh双模通讯模块以及电池模块均位于外壳内，所述LoRa-mesh双模通讯模块所对应的天线为两根且均伸出于外壳外；其中，
LoRa-mesh双模通讯模块用于实现同网LoRa-mesh双模通讯装置间的组网、通讯、信号筛选切换以及加密/封装功能；
蓝牙模块用于与用户的智能手机进行通信，实现人机交互，实现本装置的部分设置、通讯对象选择以及性能调较功能；同时，蓝牙模块也为其他LoRa-mesh双模通讯装置提供接入渠道；
FM模块用于接收FM广播及FM应急广播，使用户通过蓝牙设置FM频道和通过耳机连接LoRa-mesh双模通讯装置收听FM广播；
电池模块用于为装置提供电量续航，同时检测电池电量，反馈给用户及设备管理系统；
定位模块用于获取实时定位数据；
控制单元用于实现产品内功能逻辑及模块调用，并发出语音操作提示；
所述LoRa-mesh双模通讯装置以星型组网方式形成组网，每个装置为一个节点，节点之间根据有效通讯距离互联，每个节点自带通讯地址本，节点判断信号来源的通讯地址本是否为通讯匹对地址，若是，则接收数据并对数据进行数据封装，若否，则跳转数据到其它节点；每个节点均具有 2 .4Ghz LoRa-mesh模块和Sub 1Ghz LoRa-mesh模块；
节点对数据进行加密/解压，再对数据进行分类，多媒体数据用2 .4Ghz LoRa-mesh模块进行处理并传输到用户数据终端，文本信息用Sub 1Ghz LoRa-mesh模块进行处理并传输；
2 .4Ghz LoRa-mesh模块工作时，射频频点搭载在2 .4Ghz上，以mesh形式自主组网，以LoRa、Flrc 、FSK其中一种网络实现传输；
Sub 1Ghz LoRa-mesh模块工作时，射频频点搭载在1Ghz以下，以mesh形式自主组网，以Lora网络实现传输；
2 .4Ghz LoRa-mesh模块和Sub 1Ghz LoRa-mesh模块承担同网装置间的组网、通讯、信号筛选切换以及加密/封装；所述同网装置间的通讯至少包括发送、接收、跳转中的其中一种；
所述LoRa-mesh双模通讯装置用于组群通讯：多个同网LoRa-mesh双模通讯装置间，通过组群的方式，同一个信息发送至多个通讯地址，进行组群通讯；同时，在组群内进行权限设定；当LoRa-mesh双模通讯装置相互已经组网，通过通讯地址设定消息查看权限，则一部分LoRa-mesh双模通讯装置只承担维持网络的中继跳转功能；
定位模块用于获取实时定位数据，以使组群内的LoRa-mesh双模通讯装置通过所述定位模块将位置信息相互传递，并在APP里配合地图SDK 和API插件显示具体位置，进行导航，打点，报点及应急求救。
2.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述电池模块的输出电路上设有总开关，所述FM调频模块通过音频输出电路连接有耳机接口。
3.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述FM调频模块还连接有频道切换电路，所述频道切换电路上设有频道切换按钮，FM的启停及频道切换均通过蓝牙连接手机APP操作完成。
4.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述定位模块搭载北斗RNSS/GPS至少一种定位方式，实现实时获取装置具体定位数据的功能。
5.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述控制单元连接有3.5mm音频接口，为装置提供音频输出，并搭载麦克风，实现用户语音信息交互。
6.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述控制单元配置有用于实现对讲功能的PTT按钮，PTT语音通过LoRa-mesh双模通讯模块进行传输，并以语音数据包的形式实现数字化半双工通讯。
7.根据权利要求1所述的LoRa-mesh双模通讯装置，其特征在于：所述控制单元上还设有模式切换按钮和确定按钮。
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