發布日期：2022-10-09 點擊率：118
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一、現有技術的缺陷
傳統串口設備，如RS485/RS232設備及接口已經被廣泛應用于企業日常生產中。然而，典型的工業自動化領域，經常需要實現幾百米到幾公里的遠距離的監測，如果要實現工業現場控制信號的無線化，就會面臨這樣的問題：距離太遠，數據太分散，其信息傳輸及組網由于受布線限制，經常會出現線路損壞、布線困難不易實施等問題。
在物聯網技術出現之前，工業應用場景的信息傳輸及組網暫無有效的組網方法，雖有無線網絡構建方法的提出，但并無相對應的設備及方法以解決問題。
但是，物聯網技術出現之后，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，是長距離數據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，尋求一個經濟、快速的解決方案，讓現有的設備可立即聯網使用，成為掌握競爭商機的重要課題。
RS485轉LoRaWAN數據采集器，給工業應用場景的組網提供了一個完美的解決方案的思路。
二、什么是RS485轉LoRaWAN的數據采集器？
RS485轉LoRaWAN的數據采集器是一種上行無線接口采用標準的LoRaWAN協議、下行接口采用RS485接口的數據采集器，其可以將MODBUS協議通過LoRaWAN無線網絡透傳給服務器，實現工業現場控制信號的無線。
比如瑞科慧聯RAK7421是一款為工業應用環境設計的RS485到LoRaWAN轉換器，其上行無線接口采用標準的LoRaWAN協議，支持CN470 LoRa頻段。LoRa信號具有穿透能力強，傳輸距離遠的特點，在空曠環境下可以傳輸超過20KM，在工業現場復雜環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終端節點，RAK7421將LoRa數據轉換為RS485總線數據，訪問和控制RS485終端節點。
RAK7421配合RAK瑞科慧聯公司的LoRaWAN網關設備，及LoRa server等產品，可以方便快速地搭建無線化工業現場控制系統。
以下是RS485轉LoRaWAN的數據采集器RAK7421的主要特性：
支持LoRaWAN 1.0.3協議支持RS485 到 LoRaWAN雙向轉換支持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送查詢指令讀取RS485總線數據支持遠程管理功能，可通過遠端服務器讀取/增加/刪除定時輪詢指令，修改總線參數支持LoRa報文分組傳輸協議，最大可傳輸1024字節RS485數據
LoRa發射功率最大支持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，瑞科慧聯的數據采集器RAK7421能夠存儲指令，從而，即使在LoRaWAN網關沒有下發指令的時候，數據采集器RAK7421也可以給傳感器定時下發指令，還可以輪詢，以達到傳感器仍然可以定時上傳數據的目的。從而，可以減少LoRaWAN網關下發指令的次數，節省帶寬，解決網絡擁塞。
而且，由于瑞科慧聯的數據采集器RAK7421支持LoRa報文分組傳輸協議，最大可傳輸1024字節RS485數據，因此，即使在一些特殊的工業場景，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據，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字節以內的數據，這將嚴重限制RS485轉LoRa的數據采集器在工業場景上的應用范圍，從而導致無法在眾多工業應用場景里利用到RS485轉LoRa的數據采集器的優勢。因此，瑞科慧聯特意對此做出了改進，創新數據傳輸方式，支持LoRa報文分組傳輸協議，最大可傳輸的RS485數據從53字節增加到1024字節。
三、RS485轉LoRaWAN的數據采集器的典型應用舉例
1、與已有的4G網絡相配合，節省組網成本。
應用場景假設：
一個私人的4G子網-IP4，在前端，有一個服務器通過TCPIP請求Modbus。
假設你希望能夠將數據傳輸到服務器，并且將這些數據存儲在數據庫。
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關關聯到Modbus設備，而且這種關聯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設備的數據、另一端還能夠上傳數據到LoRaWAN網關的中間設備，比如RS485轉LoRaWAN的數據采集器RAK7421，配合LoRaWAN網關設備，將信號傳輸到個人的4G網絡并最終傳輸到服務器上。
至于我們需要為這些數據采集器節點配置多少個LoRaWAN網關，則可以參考文章：一個LoRaWAN網關能支持多少個節點。如何擴大LoRa網絡傳輸距離，則可以參考文章：如何提高LoRa網絡覆蓋率？。
圖1 RS485轉LoRaWAN數據采集器典型組網應用示意圖
2、收集各式RS485接口的傳感器的數據并上傳到云端服務器
如圖2所示，對于各式RS485接口的傳感器的數字數據，都可以采用RAK7421作為中間的數據采集器（如果是模擬輸入，則可以采用RAK7422）。RAK7421可以將RS485協議的數據轉換為LoRaWAN無線報文，并通過LoRa Gateway將數據送到云端服務器。LoRaWAN網關如何連接到云端服務器，則可以參考文章：兩步走，讓自己的LoRaWAN網關與阿里云連線。
圖2 瑞科慧聯RS485轉LoRaWAN數據采集器RAK7421/RAK7422典型組網應用
由于RAK7421支持雙向數據透傳，因此，也可以云端服務器也可以主動將數據下發至RS485終端。
使用RAK7241可以將原有的RS485有線數據傳輸改造成無線網絡，節省布線成本。
搭配RAK7249室外型網關及WisDM云管理系統，可以實現端到端的工業現場數據采集控制系統，RAK公司的LoRa網關內置有lora server服務器，可以通過MQTT協議將解密后的LoRa數據送至客戶應用服務器，對終端用戶實現數據的透明傳輸。
而且，當配套使用LoRaWAN網關的時候，組網的解決方案還可以實現比較低的功耗（可參見文章：室外型LoRa網關RAK7249僅使能LTE和LoRa時的功耗是多少？)
四、RS485轉LoRaWAN的數據采集器RAK7421是否方便安裝？
RAK7421很適合工業場景安裝。
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。
結語
在工業應用場景中，在組網解決方案中引入RS485轉LoRaWAN數據采集器，可以帶來以下優勢：（1）無線組網，降低布線成本；（2）即使在工業現場復雜環境下，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現場控制系統；（4）實現低功耗組網。
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