LoRa环境监测物联网系统方案，实现对环境的实时监控和提前预警

一、系统背景

人们越来越重视环境问题，为此北京创羿兴晟科技发展有限公司研发了多款LoRa产品，例LoRa控制终端CY-LRB-102、LoRa检测终端CY-LRB-101、LoRa控制终端CY-LRW-102、LoRa检测终端CY-LRW-101等产品型号，还有多款产品正在研发中，通过LoRa窄带物联网技术实现对场所内环境，包括pm2.5、CO2含量、光照、粉尘颗粒物浓度、环境温度气压等的监测，打造LoRa环境监测物联网系统，通过对环境的监测实现对环境状态的提前预警，实现从被动承受到主动防御的转变。

一台LoRa控制终端可连接16-32个环境传感器。LoRa远距离通信，大大减少了中继的成本。本系统可应用于工业园区、居民区、学校等各种需要监测实时环境状态的场景，实现对环境的实时监控和提前预警。

二、系统组成及总体设计

LoRa环境监测物联网系统由各种环境传感器、LoRa控制终端CY-LRB-102、LoRa检测终端CY-LRB-101、DDC设备及云数据管理平台等几个部分组成。

系统总体网络拓扑结构如图1所示，主要包括环境数据管理中心、LoRa控制终端CY-LRB-102、LoRa监测终端CY-LRB-101以及DDC设备，该系统LoRa控制终端CY-LRB-102与各类传感器以有线一对多方式相连，采集传感器的模拟量数据;LoRa控制终端CY-LRB-102与LoRa监测终端CY-LRB-101采用LoRa无线一对一的通信方式，传输传感器的模拟量数据;LoRa监测终端CY-LRB-101与DDC设备以有线多对一方式相连，将环境信息发送给DDC设备，并将数据上传到环境数据管理中心。

LoRa控制终端CY-LRB-102向下与传感器根据modbus通信规约通过RS485方式连接，向上借助LoRa网络的超长距离无线通信能力与LoRa监测终端CY-LRB-101通信;LoRa监测终端CY-LRB-101向上与DDC设备根据bacnet通信规约通过RS485方式连接，将采集的环境数据通过DDC设备传回环境数据管理中心。LoRa控制终端CY-LRB-102与LoRa监测终端CY-LRB-101内都有modbus/bacnet通信规约机制，可根据需要转换通信机制。若遇障碍物严重遮挡，导致LoRa控制终端CY-LRB-102与LoRa监测终端CY-LRB-101不能正常通信时，可增加中继节点以使采集的数据传输至LoRa监测终端CY-LRB-101。

环境数据管理中心通过对采集数据的分析处理，智能分析每个接入传感器的状态，并转换成有价值的信息，供授权用户访问使用。由此可见，该系统可实现上电即用、网络简单、数据上传、数据下发、抗干扰等功能，实现环境数据的采集与管理。该系统不仅为环境数据管理中心提供查询和管理的便捷，还能提供智能决策，帮助管理中心提高服务水平。

图1 系统拓扑图

图2 数据详细传输图

三、系统主要功能

3.1 数据采集

环境烟雾、pm2.5、CO2、温湿度等数据通过无线网络传递给云中心进行智能分析和处理;

3.2 数据存储

系统可对历史数据进行存储,形成知识库,以备随时进行处理和查询;

3.3 数据分析

系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况(折线图)和空间分布状况(场图),提供日报,月报等历史报表;

3.4 远程控制

用户在任何时间、任何地点通过任意能上网终端均可实现对环境烟雾、pm2.5、CO2、温湿度等数据进行远程查看;

3.5 手机监控

4G手机上可以实现与电脑终端同样功能，实时查看各种由传感器传来的数据。

图4 系统界面

四、系统特性

系统采用4G+LoRa的全无线架构，无需布线施工，维护成本低。

绿色、环保、无辐射传感网具有全网同步的超低功耗特性，无线采集终端使用两节碱性电池可工作3年以上;网络自动负载均衡，网络内所有无线节点功耗可评估，且功耗相仿自动组网、自维护、网络连接可视，全天候稳定运行无需人工干涉管理方式多样，可通过直接访问网关或网络服务器对所有的监控进行管理;管理软件界面良好，功能强大，保证数据的记录、分析及时准确，稳定可靠无线传感网独立工作，无需缴纳任何费用，多采集器数据统一通过一个网关发送，节省4G流量费。