LoRa传感器如何发送和接收数据

LoRa（远程）传感器无线技术正在物联网(IoT)行业掀起波澜。这种无线技术可以提供远程的可靠连接，在农村地区最远可达10公里范围，在城市地区可达2公里范围。LoRa凭借穿透室内空间和地下结构的可靠数据传输、长达数年的电池寿命以及较低的运营成本，有望消除阻碍创新物联网用例的许多连接和电源挑战。
鉴于其优势，行业预测LoRa将连接下一个10亿个物联网设备也就不足为奇了。ABIResearch预测，LoRa将占所有非蜂窝LPWA连接的一半以上，到2026年总数可能接近13亿。

什么是LoRa传感器

LoRa传感器是使用LoRa通信技术将传感器数据传输到网关和应用的无线传感器。这些传感器的功耗非常低，并且在需要更换之前可以运行多年。常见的测量包括温度、湿度、空气质量、水流量、土壤湿度、振动等。
这些传感器包含一个用于获取传感器读数的微控制器、用于无线通信的LoRa无线电，以及一个电池电源。来自传感器的数据通过LoRa网络定期传输到中央应用和分析平台。LoRa传感器中集成的一些常见传感器包括：

DHT11–温湿度传感器

超声波–物体检测传感器

光敏—环境光传感器

火焰传感器–检测是否存在火灾

继电器–用于控制设备电源

蜂鸣器–声音警报或警告

LED–视觉指示器

GPS模块–位置定位

这些传感器可以连接到支持LoRa的微控制器板，例如Arduino或RaspberryPi，以收集和传输传感器数据。

LoRa传感器如何通过LoRaWAN传输和接收数据

LoRa传感器在LoRa网络中运行，利用LoRaWAN协议实现高效的数据传输和接收。LoRaWAN是一种基于云的媒体访问控制(MAC)层协议，主要充当网络层协议。我们使用LoRaWAN来管理LoRa网关和LoRa传感器（节点）之间的通信。它充当路由协议，由LoRa联盟维护。LoRaWAN的第一个版本于2015年发布。
在LoRaWAN架构中，LoRa节点，即配备LoRa协议的传感器，在有数据要传输时发起异步通信。这使得LoRa网络能够在数据速率的敏感性与固定通道带宽之间进行权衡。它主要涉及选择所使用的扩频量，可选参数在7到12之间。该扩展因子决定了LoRa节点的灵敏度和数据速率。
LoRa节点传输的数据由多个LoRa网关接收，这些网关将接收到的数据包转发到集中式网络服务器（物联网服务器）。它过滤掉重复的数据包、管理网络并执行安全检查。随后，服务器将处理后的数据发送到应用模块、控制面板或连接的智能设备。这样，LoRaWAN协议在中等负载下具有较高的可靠性和准确性。
此外，LoRaWAN协议还采用前向纠错编码，以增强网络的抗干扰能力。LoRa网络具有约155dB至170dB的高无线链路预算，覆盖范围更广，适合各种应用。

如何构建LoRa传感器网络

LoRa网络中的设备由LoRa节点（传感器设备）、中继消息的LoRa网关和集中式LoRa网络服务器组成。要使用LoRa传感器，全面的LoRa网络设置至关重要。让我们详细探讨一下关键组件：

LoRa节点：嵌入无线连接和LoRa协议的传感器。它收集传感器数据，并将其传输到LoRa网关。

LoRa网关：充当形成LoRa网络的中心点。它通过LoRa无线接收来自LoRa节点的数据，并通过Wi-Fi、以太网或蜂窝网络等基于IP的连接将其转发到云服务器。网关还接收来自云端的命令，并将其发送到LoRa终端节点。通常，多个网关将接收相同的节点传输，提供冗余。

云服务器：从LoRa网关接收和存储数据的云服务器。它提供对多个平台数据的访问，从而实现可扩展性，以及对LoRa传感器的性能和范围的控制。它提供跨各种平台的数据访问，提供扩展和管理LoRa传感器性能和范围的灵活性。云服务器还充当从控制面板（智能设备）向LoRa节点发送命令的管道。在这种情况下，可以调整LoRa网络中LoRa传感器的性能、范围或其他参数。
这就是在LoRa网络中设置LoRa传感器的方式。LoRa网络可以根据需要求容纳任意数量的LoRa传感器。

使用LoRa传感器的好处

LoRa技术在颠覆性技术中脱颖而出，它不是未来的愿景，而是影响全球的现实。全球范围内的各种物联网实施中已经部署了数十亿个LoRa和LoRaWAN传感器，并且这个数字正在稳步增长。LoRa传感器利用LoRaWAN协议，为智能世界的发展做出了重大贡献。以下是LoRa传感器的一些主要好处：

远程连接

LoRa技术以其低功耗和远程数据通信能力而著称。它为地下和室内传感器提供可靠的无线连接，在农村地区可达10公里，在城市地区可达2公里。这对于农业或水计量用途至关重要。

低功耗运行

通过优化传感器测量频率、睡眠周期和LoRa链路数据速率，LoRa传感器节点可以使用单块电池运行长达10年。低功耗对于远程农业、公用事业基础设施或跟踪用例至关重要。这也减少了维护开销。

抗干扰能力

LoRa使用线性调频扩频调制，可提供抵御无线电噪声和干扰的能力。前向纠错方案提供信号稳健性。

全球生态系统

oRaWAN规范和相关联盟提供了一个可互操作的框架，可供各种公共和专用LoRa网络提供商使用。LoRa联盟拥有500多个成员，其中包括超过58个国家的100家公共网络运营商，其生态系统可确保全球可访问性。凭借遍布100多个国家的网络，可以在全球范围内快速部署LoRa解决方案。

通用应用

LoRa补充了蜂窝、WiFi、Sigfox等技术，适用于成本和功耗敏感的应用。这推动了智慧城市、建筑、农业、物流和工业场景的采用。

LoRa传感器的未来应用
LoRa传感器提供了广泛的可能性，我们可以将其用于多个领域的应用。LoRa传感器的一些潜在应用包括：

智慧农业

LoRa土壤湿度传感器、光传感器、湿度监测器有助于优化用水和生长条件，从而提高作物产量。启用牲畜健康的位置跟踪。

智慧城市

LoRa传感器传递有关停车位可用性、环境监测参数甚至垃圾箱状态的数据。围绕照明、交通监控的城市服务利用了该技术。LoRa还用于泄漏和结构健康监测应用。

智慧医疗

LoRa网络可为医疗资产跟踪、药物/血液样本温度监测、老年患者健康监测提供低成本、可靠的连接。基于LoRa传感器和网关的物联网解决方案可以帮助全天候监控高风险患者。

智能工业监控

LoRa传感器具有连续监测功能，可使工业运营受益。用于温度、振动、压力、功耗的LoRa无线传感器有助于分析工厂设备的健康状况，而无需昂贵的布线。无需GPS的定位服务可利用扩展的范围，以跟踪整个工业园区的高价值资产和集装箱。

智能公用事业

由于仪表通常位于室内、地下或密集的城市环境中。这使得大多数无线技术很难达到这些目标。城市正在推出基于LoRa无线电连接的智能燃气、电力和供水电表，以远程中继消耗数据，而无需人工亲自检查。

智慧供应链与物流

LoRa传感器使物流和供应链能够更经济、更容易地跟踪运输中的高价值资产。LoRa传感器的远程和低功耗，使得车辆和货物的地理定位变得更加容易。装有冲击或温度传感器的托盘，有助于确定处理不当和保险索赔的有效性。

阿尔茨海默病患者追踪

当阿尔茨海默病患者离开指定的安全区域时，LoRa技术可穿戴跟踪设备可以向护理人员发出警报。这将有助于在无人监管的情况下确保全天候安全。与BLE标签相比，电池寿命更长，可降低维护工作量。

智能家居和建筑

LoRa传感器无缝传输有关家庭和建筑动态的信息。其密切关注能源使用情况、暖通空调功能以及智能门窗传感器等安全措施。除此之外，LoRa还延伸到创造智能、互联的生活和工作空间。