摘要：物联网、云计算等信息技术的发展催生了智能建筑的理念与需求，而数据通信技术是制约物联网普及的重要因素，因此数据通信技术在智能建筑中起着至关重要的作用。LoRa技术以其低功耗、传输距离长的特点在物联网通信中发展快速。本文简单介绍了LoRa技术的特点和软硬件开发，然后以智慧工厂和智慧消防应用场景为例，分析了LoRa在智能建筑中的应用。
关键词：物联网；LoRa；智能建筑；工厂应用
一、智能建筑与物联网
继2008年11月IBM公司在纽约召开的外国关系理事会上首次提出了“智慧的地球”理念之后，“智慧城市”的概念应运而生。智慧城市是以“大数据时代”的数据中心为基础设施，利用云计算、物联网等最先进的信息技术，实现城市智慧式的设计建设和管理运行。一方面，智慧城市的建设离不开智能建筑的支掌，建筑是城市不可或缺的因素。另一方面，移动互联网、物联网、云计算等新技术的发展，给智能建筑行业带来新的变革，互联网+智能楼宇成为未来发展趋势。智能建筑作为智慧城市建设中的重磅角色，已然被看作是体现城市发达程度的重要象征。判断一座城市的影响力，很重要的一个维度就是建设具有世界级水平的大型场馆和商业建筑，承接重要的国际活动、国际会议。
智慧城市、智能建筑与物联网紧密相连。李德仁院士指出，“智慧城市＝物联网＋互联网”。物联网是互联网、传统电信网等信息承载体的发展，是让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络[1]。随着物联网技术的不断提高，通信技术也在不断的发展，以满足物联网互联的需求，提高人们生活、生产的质量。
二、物联网与LoRa
物联网技术包含感知、智能和互联三个要素。现在，物联网在感知和智能两个方面已经有了新的成果，而在互联方面，却依然依赖传统的网络连接方式，如2G、3G、4G等，从无线应用开发和工程运维人员的角度来看，在更长的距离和更低的功耗之间，设计人员只能二选其一。所以，互联已成为制约物联网大规模普及的重要因素[2]。
LoRa，全称“Long Range”，是一种基于扩频技术的低功耗长距离无线通信技术，主要面向物联网，应用于电池供电的无线局域网、广域网设备[3]。LoRa具有更多的链路预算和更好的抗干扰能力，同时对多路径衰落和多普勒频移具有更高的稳定性。基于LoRa的点对点无线传输终端的设计，采用了扩频调制技术和高效的纠错编码方式，其编码增益较传统的调制方式（FSK，GFSK及PSK等）高出近10~20dBm，抗干扰能力和发射灵敏度都有巨大改善。同时编码包含可靠的检错能力，能够自动滤除错误以及虚假信息，真正地实现设备间的透明连接，在相同的发射功率下，其传输距离是传统无线模块一倍以上，非常适合于恶劣环境及对远距离低功耗有要求的应用场景。
三、LoRa开发简介
基于LoRa的点对点无线传输终端涉及的技术为嵌入式技术。所有的嵌入式系统都包括硬件和软件2个部分，在当前的嵌入式开发中，最常使用的硬件平台和软件平台分别是ARM和Linux。ARM处理器具有文档丰富、功耗低、价格低、速度高等优点，而且它支持大多数的嵌入式软件。Linux操作系统具有资源丰富、移植方便、源代码开放、免费等优点。
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LoRa无线传输终端的硬件可采用ARM公司研发的STM32F302芯片，适用于高性能、低功耗的嵌入式应用。模块采用SEMTECH公司研发的SX1278射频模块，定位于超长距离、超低功耗的数据传输。终端采用金属外壳，外形尺寸小、重量轻，配置外置接口，适合工控现场使用。
软件设计流程可采用Contiki操作系统，对设备间数据通信过程进行管理。Contiki操作系统是一个开源的、高度可移植的多任务操作系统，适用于小型的联网嵌入式系统[5]。Contiki操作系统支持IPv6协议栈、IPv4协议栈，支持TCP/UDP协议，提供线程、定时器、文件系统等功能。
三、应用分析
本节分析LoRa无线传输终端在基于物联网的智能建筑中的应用，介绍LoRa无线传输终端在点对点拓扑结构下，实现对智慧工厂内PLC实时监控，以及智慧消防系统中传感器设备的接入。
1.智慧工厂应用场景
在一些工业厂区，厂区分布较广，对厂区内每个PLC设备运行信息进行监控，需要耗费大量的人力物力，随着人工成本的提高，越来越多的工厂通过智慧化降低成本，通过LoRa无线传输终端组建点对点网络，可实现工业厂区PLC设备实时监控系统，可减少人工所带来的不可避免的误差。
在智慧工厂应用场景中，LoRa无线传输终端透明传输解决方案将智慧工厂内的PLC设备接入到本地中心的PLC监控系统，管理者可以清楚的查看厂区内每个PLC设备的运行信息，并能通过中心的PLC监控系统控制PLC设备。PLC设备与控制中心之间基于LoRa无线射频组成点对点网络，解决了传统485有线联网布线复杂、距离受限等困难。LoRa无线传输终端在LoRa无线射频基础上实现了自有的组网协议，并具备冲突检测，数据重传等特性，保证了联网设备间数据的可靠传输。
2.智慧消防解决方案
在智慧消防解决方案中，所有安装了消防设施的社会单位的建筑都进行物联、获取消防设施状态信息和相关建筑信息，实现信息共享与应用的物联网。消防监控系统将为提高整个社会火灾防控能力、应急处置能力提供有力的技术支持与保障。
在智慧消防解决方案中，终端智能传感器将温度、湿度等传感器数据通过LoRa无线传输终端传输到数据中心，实现对火灾的实时监控。火灾发生时，各种智能传感器将异常数据发送至数据终端，并自动发送报警信号到报警接收机，最终将信号传送到119智慧中心，从而实现对火警的实时监测，完成自动报警。同时，触发消防喷淋系统，对现场实施火灾救援。
参考文献
[1]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2010:12-4.
[2]龚天平.LORA技术实现远距离、低功耗无线数据传输[J].电子世界,2016(10):115+117.
[3]王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇.新兴物联网技术——LoRa[J].信息通信技术,2017,11(01):55-59+72.
[4]鸟哥.鸟哥的Linux私房菜基础学习篇[M].北京:人民邮电出版社,2010:1-255.
[5]唐苏宁. 轻量级IPv6网络融合模型研究与实现[D].南京邮电大学,2013.
论文作者:滕磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：智慧论文; 终端论文; 智能建筑论文; 设备论文; 无线传输论文; 城市论文; 技术论文; 《基层建设》2018年第31期论文;