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一、現(xiàn)有技術的缺陷
傳統(tǒng)串口設備，如RS485/RS232設備及接口已經(jīng)被廣泛應用于企業(yè)日常生產(chǎn)中。然而，典型的工業(yè)自動化領域，經(jīng)常需要實現(xiàn)幾百米到幾公里的遠距離的監(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，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)技術出現(xiàn)之前，工業(yè)應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)絡構(gòu)建方法的提出，但并無相對應的設備及方法以解決問題。
但是，物聯(lián)網(wǎng)技術出現(xiàn)之后，LoRa技術由于其屬于長距離通信技術，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。對所有設備制造商和設備使用者而言，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準的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)絡透傳給服務器，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)應用環(huán)境設計的RS485到LoRaWAN轉(zhuǎn)換器，其上行無線接口采用標準的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)關設備，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，可通過遠端服務器發(fā)送查詢指令讀取RS485總線數(shù)據(jù)
支持遠程管理功能，可通過遠端服務器讀取/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
設備尺寸93.6*100.3*24mm
支持壁掛、DIN導軌和磁吸安裝
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)關下發(fā)指令的次數(shù)，節(jié)省帶寬，解決網(wǎng)絡擁塞。
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技術將導致只能傳輸53字節(jié)以內(nèi)的數(shù)據(jù)，這將嚴重限制RS485轉(zhuǎn)LoRa的數(shù)據(jù)采集器在工業(yè)場景上的應用范圍，從而導致無法在眾多工業(yè)應用場景里利用到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)采集器的典型應用舉例
1、與已有的4G網(wǎng)絡相配合，節(jié)省組網(wǎng)成本。
應用場景假設：
一個私人的4G子網(wǎng)-IP4，在前端，有一個服務器通過TCPIP請求Modbus。
假設你希望能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌?，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設備不是共同定位，因此你希望能夠使用一個網(wǎng)關關聯(lián)到Modbus設備，而且這種關聯(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備：可以與4G溝通，也可以與Modbus Slave設備溝通，并且還希望每個Modbus Slave設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設備的數(shù)據(jù)、另一端還能夠上傳數(shù)據(jù)到LoRaWAN網(wǎng)關的中間設備，比如RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN的數(shù)據(jù)采集器RAK7421，配合LoRaWAN網(wǎng)關設備，將信號傳輸到個人的4G網(wǎng)絡并最終傳輸?shù)椒掌魃稀?/p>
用網(wǎng)站自帶的“引用”的方式寫：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，則可以參考上一篇文章《如何計算LoRaWAN網(wǎng)關的網(wǎng)絡容量？》
圖1 RS485轉(zhuǎn)LoRaWAN數(shù)據(jù)采集器典型組網(wǎng)應用示意圖
2、收集各式RS485接口的傳感器的數(shù)據(jù)并上傳到云端服務器
如圖2所示，對于各式RS485接口的傳感器的數(shù)字數(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)送到云端服務器。
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)應用
由于RAK7421支持雙向數(shù)據(jù)透傳，因此，也可以云端服務器也可以主動將數(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，節(jié)省布線成本。
搭配RAK7249室外型網(wǎng)關及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)關內(nèi)置有l(wèi)ora server服務器，可以通過MQTT協(xié)議將解密后的LoRa數(shù)據(jù)送至客戶應用服務器，對終端用戶實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。
而且，當配套使用LoRaWAN網(wǎng)關的時候，組網(wǎng)的解決方案還可以實現(xiàn)比較低的功耗。
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導軌安裝和磁吸安裝。
墻面安裝為標配安裝方式，DIN導軌和磁吸安裝所需配件為選配件。
結(jié)語
在工業(yè)應用場景中，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)。
