RS485转LoRaWAN：工业应用场景无线组网的正确打开方式

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。

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：一个LoRaWAN网关能支持多少个节点。如何扩大LoRa网络传输距离，则可以参考文章：如何提高LoRa网络覆盖率？。

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，让你的LoRaWAN网关连上阿里云。

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通道和16通道）时的平均功耗是多少？)

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。

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。lw