摘要：随着科学技术的发展，供热领域越来越智能化，人们对温度控制的需求和使用也日益增加，传统供热系统普遍存在数据的采集率和利用率相对较低等问题。基于此，本系统使用LORA无线扩频通讯方式，通过温控设备能够快速可靠组网，由监控中心对数据汇总、统计、并做出策略性的调整。能够根据不同用户的个性化需求做到按需精准供热，也可以进行分时分区节能控制，实现供热全网热量平衡及节约能源。
关键词：LoRa；数据采集；供热系统；温度控制；
Abstract: with the development of science and technology, the heating field is more and more intelligent, people's demand and use of temperature control is also increasing, The data collection rate and utilization rate of traditional heating system are relatively low. Based on this, The system uses LORA wireless spread spectrum communication, Through the temperature control equipment can quickly and reliably network, by the monitoring center data summary, statistics, and make strategic adjustments. According to the personalized needs of different users to achieve precise heating on demand, Also can carry on the time partition energy conservation control, Achieve heat balance and energy saving in the whole heating network.
Key words: LoRa; Data acquisition; Heating system; Temperature control;
引言
随着大数据时代的到来，在供热领域，数据的交换越来越频繁，数据信息日益体现出其重要性，因此数据通讯传输的可靠性和稳定性也越来越重要。
目前，传统供热系统中常见的通讯方式有：串行总线RS-485、无线RF射频通讯等几种方式。本文将对比这几种通讯方式，汇总在实际项目中各通讯方式的特点，并重点介绍LORA无线扩频技术在智能供暖领域中应用的主要优势。
1LoRa无线扩频技术介绍
LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，LoRa即远距离无线电（Long Range Radio），其最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。
LoRa扩频技术具有很高的灵敏度(-148dbm)、强悍的抗干扰能力、出色的系统容量表现。LoRa扩频技术实现了传输功耗和传输距离之间的平衡，在嵌入式无线通信领域中，是一种能够实现远距离、低功耗、大系统容量、低硬件成本的全新通信技术。
2传统供热常用的通讯方式
根据通讯方式的不同，传统供热系统大致可分为两类。
2．1有线通讯方式
有线方式通常采用RS-485通讯方式进行数据传输；有线方式的优点在于通讯可靠性高，但是对复杂的供热环境，布线组网单一，特别针对老旧小区的供热改造，系统施工情况复杂，布线成本高昂。
2．2无线通讯方式
无线方式通常采用zigbee技术等，而zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。面对复杂的供热系统，这种无线技术存在传输距离近、通讯稳定性差等问题。针对上述通讯方式存在的问题，本系统采用LORA无线扩频技术进行供热系统中的数据传输。
3供热通讯中LoRa的应用
3．1LoRa无线组网的结构
LoRa无线系统中温度采集器、阀控器、楼层分管器和集中器之间的信息传输均使用LORA无线通讯。根据现场实际测量情况决定楼层分管器管理温控设备的楼层数，楼层分管器采集所管辖楼层的设备和温度数据，集中器通过LoRa轮循各个楼层分管器将整栋楼的数据信息汇总起来，并通过网络上传到平台。这样就将复杂的无线网络分割成为多个简单的小型无线网络。LoRa无线组网结构如图1所示。
图1 LoRa无线组网结构
3．2LoRa无线组网的技术要素
系统采用433MHz 频段的LoRa扩频跳频技术，LoRa具有高效前向纠错编码技术，抗干扰能力强，误码率低。在室内的传输距离远、信号穿透能力强。
3．2．1LoRa通讯参数
LoRa根据扩频因子（SF）、编码率（CR）及信号带宽（BW），可以计算出单个LoRa数据包的总传输时间。根据符号速率定义，可以很容易地得出符号速率。
Ts = 1/Rs
LoRa数据包时间等于前导码时间和数据包传输时间之和。前导码的长度可通过以下公式计算：
Tpreamble = (npreamble + 4.25)Tsym
其中，npreamble表示已设定的前导码长度，可以通过以下公式计算有效负载的符号数。
公式中各符号的具体含义如下：
①PL表示有效负载的字节数；
②SF表示扩频因子；
③使用报头时，H=0；没有报头时，H=1。
④当LowDataRateOptimize位设置为1时，DE=1；否则DE=0。
⑤CR表示编码率，取值范围为1-4
有效负载时间等于符号周期乘以有效负载符号数
Tpayload = p * Tsym
传输时间或数据包时间等于前导码时间加上有效负载时间。计算公式如下：
Tpacket = Tpreamble + Tpayload
LoRa传输的比特率和接收灵敏度关系如表1所示。
表1参数与数据位速率对应关系表
通过表1可以看出，随着扩频因子的增大数据的传输速率逐渐减小，接收灵敏度逐渐扩大。随着信号带宽的增大数据的传输速率逐渐扩大，接收灵敏度逐渐减小。
由上述对应关系和实际测试，当信号带宽为500kHz扩频因子为8时，能够保证信号传输稳定可靠，同时兼顾数据较快的传输速率。能够应对供热系统复杂的状况。
3．3LoRa无线组网的优势
与传统供热通讯方式相比，LoRa无线供热系统具有如下优点：（1）通讯距离长和较强的抗干扰能力，能够适应系统对实时的要求。（2）便于组成分布式网络，通过楼层分管器可轻易、灵活可靠的划分网络结构。（3）系统网络可扩充性（4）系统结构简单，后期系统维护成本较低，性价比高。
LoRa无线组网对整个数据传输环节相比以往的通讯方式更加地信息化、智能化及简单化。
4总结
相比较传统通讯方式，LoRa无线扩频技术在拓展性和灵活性方面具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的问题。
参考文献:
[1]赵静, 苏光添. LoRa无线网络技术分析[J]. 移动通信, 2016, 40(21):50-57.
[2]赵太飞, 陈伦斌, 袁麓,等. 基于LoRa的智能抄表系统设计与实现[J]. 计算机测量与控制, 2016, 24(9):298-301.
[3]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):115-115.
[4]杨磊, 梁活泉, 张正,等. 基于LoRa的物联网低功耗广域系统设计[J]. 信息通信技术, 2017(1):40-46.
[5]郑浩. LoRa技术在低功耗广域网络中的实现和应用[J]. 信息通信技术, 2017(1):19-26.
代亮 (1989-)新疆乌鲁木齐市，大学本科，助理工程师，主要从事嵌入式开发。
论文作者:代亮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：通讯论文; 方式论文; 系统论文; 技术论文; 扩频论文; 数据论文; 速率论文; 《电力设备》2019年第6期论文;