为什么你需要RS485转LoRaWAN的数据采集器?

LoRaWAN 8月 20, 2020

一、现有技术的缺陷

传统串口设备,如RS485/RS232设备及接口已经被广泛应用于企业日常生产中。然而,典型的工业自动化领域,经常需要实现几百米到几公里的远距离的监测,如果要实现工业现场控制信号的无线化,就会面临这样的问题:距离太远,数据太分散,其信息传输及组网由于受布线限制,经常会出现线路损坏、布线困难不易实施等问题

在物联网技术出现之前,工业应用场景的信息传输及组网暂无有效的组网方法,虽有无线网络构建方法的提出,但并无相对应的设备及方法以解决问题。

但是,物联网技术出现之后,LoRa技术由于其属于长距离通信技术,提供了一个解决上述问题的方案。用无线的LoRa进行通信,是长距离数据通信的一个重要解决方案。对所有设备制造商和设备使用者而言,寻求一个经济、快速的解决方案,让现有的设备可立即联网使用,成为掌握竞争商机的重要课题。

RS485转LoRaWAN数据采集器,给工业应用场景的组网提供了一个完美的解决方案的思路。

二、什么是RS485转LoRaWAN的数据采集器?

RS485转LoRaWAN的数据采集器是一种上行无线接口采用标准的LoRaWAN协议、下行接口采用RS485接口的数据采集器,其可以将MODBUS协议通过LoRaWAN无线网络透传给服务器,实现工业现场控制信号的无线

比如瑞科慧联RAK7421是一款为工业应用环境设计的RS485到LoRaWAN转换器,其上行无线接口采用标准的LoRaWAN协议,支持CN470 LoRa频段。LoRa信号具有穿透能力强,传输距离远的特点,在空旷环境下可以传输超过20KM,在工业现场复杂环境下也可以提供较强的覆盖能力

RAK7421支持一个RS485接口,可以向下连接16个RS485终端节点,RAK7421将LoRa数据转换为RS485总线数据,访问和控制RS485终端节点。

RAK7421配合RAK瑞科慧联公司的LoRaWAN网关设备,及LoRa server等产品,可以方便快速地搭建无线化工业现场控制系统。

以下是RS485转LoRaWAN的数据采集器RAK7421的主要特性:

支持LoRaWAN 1.0.3协议

支持RS485 到 LoRaWAN双向转换

支持LoRaWAN Class A和Class C模式

支持低功耗模式,定时唤醒轮询RS485节点

支持轮询模式,最大可支持32条轮询指令

支持主动查询功能,可通过远端服务器发送查询指令读取RS485总线数据

支持远程管理功能,可通过远端服务器读取/增加/删除定时轮询指令,修改总线参数

支持LoRa报文分组传输协议,最大可传输1024字节RS485数据

LoRa发射功率最大支持20dBm

支持外置LoRa天线

支持IP31防护等级

设备尺寸93.6*100.3*24mm

支持壁挂、DIN导轨和磁吸安装

其中,值得注意的是,瑞科慧联的数据采集器RAK7421能够存储指令,从而,即使在LoRaWAN网关没有下发指令的时候,数据采集器RAK7421也可以给传感器定时下发指令,还可以轮询,以达到传感器仍然可以定时上传数据的目的。从而,可以减少LoRaWAN网关下发指令的次数,节省带宽,解决网络拥塞。

而且,由于瑞科慧联的数据采集器RAK7421支持LoRa报文分组传输协议,最大可传输1024字节RS485数据,因此,即使在一些特殊的工业场景,比如涉及到测楼体倾斜的传感器,还有测重量的传感器等,这些场景往往需要传送较大的数据,如果不支持分包的话,那么,单纯的LoRa技术将导致只能传输53字节以内的数据,这将严重限制RS485转LoRa的数据采集器在工业场景上的应用范围,从而导致无法在众多工业应用场景里利用到RS485转LoRa的数据采集器的优势。因此,瑞科慧联特意对此做出了改进,创新数据传输方式,支持LoRa报文分组传输协议,最大可传输的RS485数据从53字节增加到1024字节。

三、RS485转LoRaWAN的数据采集器的典型应用举例

1、与已有的4G网络相配合,节省组网成本。

应用场景假设:

一个私人的4G子网-IP4,在前端,有一个服务器通过TCPIP请求Modbus。

假设你希望能够将数据传输到服务器,并且将这些数据存储在数据库。

并且,其中大部分Modbus设备不是共同定位,因此你希望能够使用一个网关关联到Modbus设备,而且这种关联最好是无线连接的方式。

这时候,我们需要这样的起中间沟通作用的设备:可以与4G沟通,也可以与Modbus Slave设备沟通,并且还希望每个Modbus Slave设备都能够注册并能够单独识别。

解决方案示例:

如图1所示,可以采用一个能读取Modbus设备的数据、另一端还能够上传数据到LoRaWAN网关的中间设备,比如RS485转LoRaWAN的数据采集器RAK7421,配合LoRaWAN网关设备,将信号传输到个人的4G网络并最终传输到服务器上。

用网站自带的“引用”的方式写:至于我们需要为这些数据采集器节点配置多少个LoRaWAN网关,则可以参考文章:如何计算LoRaWAN网关的网络容量。如何扩大LoRa网络传输距离,则可以参考文章:影响LoRa网络传输距离的关键因素是什么

图1 RS485转LoRaWAN数据采集器典型组网应用示意图

2、收集各式RS485接口的传感器的数据并上传到云端服务器

如图2所示,对于各式RS485接口的传感器的数字数据,都可以采用RAK7421作为中间的数据采集器(如果是模拟输入,则可以采用RAK7422)。RAK7421可以将RS485协议的数据转换为LoRaWAN无线报文,并通过LoRa Gateway将数据送到云端服务器。LoRaWAN网关如何连接到云端服务器,则可以参考文章:两步走,让自己的LoRaWAN网关与阿里云连线

图2 瑞科慧联RS485转LoRaWAN数据采集器RAK7421/RAK7422典型组网应用

由于RAK7421支持双向数据透传,因此,也可以云端服务器也可以主动将数据下发至RS485终端。

使用RAK7241可以将原有的RS485有线数据传输改造成无线网络,节省布线成本。

搭配RAK7249室外型网关及WisDM云管理系统,可以实现端到端的工业现场数据采集控制系统,RAK公司的LoRa网关内置有lora server服务器,可以通过MQTT协议将解密后的LoRa数据送至客户应用服务器,对终端用户实现数据的透明传输。

而且,当配套使用LoRaWAN网关的时候,组网的解决方案还可以实现比较低的功耗(可参见文章:室外型LoRa网关RAK7249仅工作于LTE和LoRa(8信道和16信道)时的平均功耗)

四、RS485转LoRaWAN的数据采集器RAK7421是否方便安装?

RAK7421很适合工业场景安装。

RAK7421支持三种安装方式:墙面安装,DIN导轨安装和磁吸安装。

墙面安装为标配安装方式,DIN导轨和磁吸安装所需配件为选配件。

墙面安装,DIN导轨安装,磁吸安装

结语

在工业应用场景中,在组网解决方案中引入RS485转LoRaWAN数据采集器,可以带来以下优势:(1)无线组网,降低布线成本;(2)即使在工业现场复杂环境下,LoRa信号也可以提供较强的覆盖能力;(3)可以方便快速地搭建无线化工业现场控制系统;(4)实现低功耗组网。

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