RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN：工業(yè)應(yīng)用場景無線組網(wǎng)的正確打開方式

一、現(xiàn)有技術(shù)的缺陷

傳統(tǒng)串口設(shè)備，如RS485/RS232設(shè)備及接口已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于企業(yè)日常生產(chǎn)中。然而，典型的工業(yè)自動化領(lǐng)域，經(jīng)常需要實現(xiàn)幾百米到幾公里的遠(yuǎn)距離的監(jiān)測，如果要實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制信號的無線化，就會面臨這樣的問題：距離太遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)太分散，其信息傳輸及組網(wǎng)由于受布線限制，經(jīng)常會出現(xiàn)線路損壞、布線困難不易實施等問題。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)之前，工業(yè)應(yīng)用場景的信息傳輸及組網(wǎng)暫無有效的組網(wǎng)方法，雖有無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法的提出，但并無相對應(yīng)的設(shè)備及方法以解決問題。

但是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)之后，LoRa技術(shù)由于其屬于長距離通信技術(shù)，提供了一個解決上述問題的方案。用無線的LoRa進行通信，是長距離數(shù)據(jù)通信的一個重要解決方案。對所有設(shè)備制造商和設(shè)備使用者而言，尋求一個經(jīng)濟、快速的解決方案，讓現(xiàn)有的設(shè)備可立即聯(lián)網(wǎng)使用，成為掌握競爭商機的重要課題。

RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN數(shù)據(jù)采集器，給工業(yè)應(yīng)用場景的組網(wǎng)提供了一個完美的解決方案的思路。

二、什么是RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器？

RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器是一種上行無線接口采用標(biāo)準(zhǔn)的LoRaWAN協(xié)議、下行接口采用RS485接口的數(shù)據(jù)采集器，其可以將MODBUS協(xié)議通過LoRaWAN無線網(wǎng)絡(luò)透傳給服務(wù)器，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制信號的無線。

比如瑞科慧聯(lián)RAK7421是一款為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的RS485到LoRaWAN轉(zhuǎn)換器，其上行無線接口采用標(biāo)準(zhǔn)的LoRaWAN協(xié)議，支持CN470 LoRa頻段。LoRa信號具有穿透能力強，傳輸距離遠(yuǎn)的特點，在空曠環(huán)境下可以傳輸超過20KM，在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下也可以提供較強的覆蓋能力。

RAK7421支持一個RS485接口，可以向下連接16個RS485終端節(jié)點，RAK7421將LoRa數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS485總線數(shù)據(jù)，訪問和控制RS485終端節(jié)點。

RAK7421配合RAK瑞科慧聯(lián)公司的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，及LoRa server等產(chǎn)品，可以方便快速地搭建無線化工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)。

以下是RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器RAK7421的主要特性：

支持LoRaWAN 1.0.3協(xié)議

支持RS485 到 LoRaWAN雙向轉(zhuǎn)換

支持LoRaWAN Class A和Class C模式

支持低功耗模式，定時喚醒輪詢RS485節(jié)點

支持輪詢模式，最大可支持32條輪詢指令

支持主動查詢功能，可通過遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送查詢指令讀取RS485總線數(shù)據(jù)

支持遠(yuǎn)程管理功能，可通過遠(yuǎn)端服務(wù)器讀取/增加/刪除定時輪詢指令，修改總線參數(shù)

支持LoRa報文分組傳輸協(xié)議，最大可傳輸1024字節(jié)RS485數(shù)據(jù)

LoRa發(fā)射功率最大支持20dBm

支持外置LoRa天線

支持IP31防護等級

設(shè)備尺寸93.6*100.3*24mm

支持壁掛、DIN導(dǎo)軌和磁吸安裝

其中，值得注意的是，瑞科慧聯(lián)的數(shù)據(jù)采集器RAK7421能夠存儲指令，從而，即使在LoRaWAN網(wǎng)關(guān)沒有下發(fā)指令的時候，數(shù)據(jù)采集器RAK7421也可以給傳感器定時下發(fā)指令，還可以輪詢，以達(dá)到傳感器仍然可以定時上傳數(shù)據(jù)的目的。從而，可以減少LoRaWAN網(wǎng)關(guān)下發(fā)指令的次數(shù)，節(jié)省帶寬，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞。

而且，由于瑞科慧聯(lián)的數(shù)據(jù)采集器RAK7421支持LoRa報文分組傳輸協(xié)議，最大可傳輸1024字節(jié)RS485數(shù)據(jù)，因此，即使在一些特殊的工業(yè)場景，比如涉及到測樓體傾斜的傳感器，還有測重量的傳感器等，這些場景往往需要傳送較大的數(shù)據(jù)，如果不支持分包的話，那么，單純的LoRa技術(shù)將導(dǎo)致只能傳輸53字節(jié)以內(nèi)的數(shù)據(jù)，這將嚴(yán)重限制RS485轉(zhuǎn)LoRa的數(shù)據(jù)采集器在工業(yè)場景上的應(yīng)用范圍，從而導(dǎo)致無法在眾多工業(yè)應(yīng)用場景里利用到RS485轉(zhuǎn)LoRa的數(shù)據(jù)采集器的優(yōu)勢。因此，瑞科慧聯(lián)特意對此做出了改進，創(chuàng)新數(shù)據(jù)傳輸方式，支持LoRa報文分組傳輸協(xié)議，最大可傳輸?shù)腞S485數(shù)據(jù)從53字節(jié)增加到1024字節(jié)。

三、RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器的典型應(yīng)用舉例

1、與已有的4G網(wǎng)絡(luò)相配合，節(jié)省組網(wǎng)成本。

應(yīng)用場景假設(shè)：

一個私人的4G子網(wǎng)-IP4，在前端，有一個服務(wù)器通過TCPIP請求Modbus。

假設(shè)你希望能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，并且將這些數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫。

并且，其中大部分Modbus設(shè)備不是共同定位，因此你希望能夠使用一個網(wǎng)關(guān)關(guān)聯(lián)到Modbus設(shè)備，而且這種關(guān)聯(lián)最好是無線連接的方式。

這時候，我們需要這樣的起中間溝通作用的設(shè)備：可以與4G溝通，也可以與Modbus Slave設(shè)備溝通，并且還希望每個Modbus Slave設(shè)備都能夠注冊并能夠單獨識別。

解決方案示例：

如圖1所示，可以采用一個能讀取Modbus設(shè)備的數(shù)據(jù)、另一端還能夠上傳數(shù)據(jù)到LoRaWAN網(wǎng)關(guān)的中間設(shè)備，比如RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器RAK7421，配合LoRaWAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將信號傳輸?shù)絺€人的4G網(wǎng)絡(luò)并最終傳輸?shù)椒?wù)器上。

至于我們需要為這些數(shù)據(jù)采集器節(jié)點配置多少個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)，則可以參考文章：一個LoRaWAN網(wǎng)關(guān)能支持多少個節(jié)點。如何擴大LoRa網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，則可以參考文章：如何提高LoRa網(wǎng)絡(luò)覆蓋率？。

圖1 ??RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN數(shù)據(jù)采集器典型組網(wǎng)應(yīng)用示意圖

2、收集各式RS485接口的傳感器的數(shù)據(jù)并上傳到云端服務(wù)器

如圖2所示，對于各式RS485接口的傳感器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，都可以采用RAK7421作為中間的數(shù)據(jù)采集器（如果是模擬輸入，則可以采用RAK7422）。RAK7421可以將RS485協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為LoRaWAN無線報文，并通過LoRa Gateway將數(shù)據(jù)送到云端服務(wù)器。LoRaWAN網(wǎng)關(guān)如何連接到云端服務(wù)器，則可以參考文章：兩步走，讓你的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)連上阿里云。

圖2 ?瑞科慧聯(lián)RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN數(shù)據(jù)采集器RAK7421/RAK7422典型組網(wǎng)應(yīng)用

由于RAK7421支持雙向數(shù)據(jù)透傳，因此，也可以云端服務(wù)器也可以主動將數(shù)據(jù)下發(fā)至RS485終端。

使用RAK7241可以將原有的RS485有線數(shù)據(jù)傳輸改造成無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省布線成本。

搭配RAK7249室外型網(wǎng)關(guān)及WisDM云管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)端到端的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，RAK公司的LoRa網(wǎng)關(guān)內(nèi)置有l(wèi)ora server服務(wù)器，可以通過MQTT協(xié)議將解密后的LoRa數(shù)據(jù)送至客戶應(yīng)用服務(wù)器，對終端用戶實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。

而且，當(dāng)配套使用LoRaWAN網(wǎng)關(guān)的時候，組網(wǎng)的解決方案還可以實現(xiàn)比較低的功耗（可參見文章：室外型LoRa網(wǎng)關(guān)RAK7249僅工作于LTE和LoRa（8通道和16通道）時的平均功耗是多少？)

四、RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器RAK7421是否方便安裝？

RAK7421很適合工業(yè)場景安裝。

RAK7421支持三種安裝方式：墻面安裝，DIN導(dǎo)軌安裝和磁吸安裝。

墻面安裝為標(biāo)配安裝方式，DIN導(dǎo)軌和磁吸安裝所需配件為選配件。

結(jié)語

在工業(yè)應(yīng)用場景中，在組網(wǎng)解決方案中引入RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN數(shù)據(jù)采集器，可以帶來以下優(yōu)勢：（1）無線組網(wǎng)，降低布線成本；（2）即使在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下，LoRa信號也可以提供較強的覆蓋能力；（3）可以方便快速地搭建無線化工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)；（4）實現(xiàn)低功耗組網(wǎng)。lw