基于LoRa的无线安防控制系统设计

熊军洲

摘 要：文章提出了一种基于LoRa的无线安防控制系统，由RFID、红外检测、门禁系统、报警系统，主控单元、LoRa节点、LoRa网关、LoRa服务器和客户端组成，能够实时监测并控制远端安防设施，部署方便、易于扩展、价格低廉，具有较强的实用性。

关键词：LoRa;无线安防;门禁系统

目前的安防系统大多数是基于有线通信的方式来实现的，具有初装费用高、施工时间长、扩展困难等缺点。随着物联网技术的不断发展，无线网络广泛应用于诸多领域，无线网络具有易于安装、扩展灵活、方便移动等优点。传统的无线局域网技术，如WiFi，蓝牙、Zigbee等，以及广域网技术2G/3G/4G等无线技术，不能同时兼顾远距离和低功耗[1-2]。LoRa是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超遠距离无线传输方案，这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统[3]。LoRa工作在免授权的Sub-Ghz频段上[4]，企业可以参与到LoRa的产品应用和网络建设，而不用担心数据会经过公网泄漏出去，对自身的数据安全有着重要的意义且不需要缴纳运营商的费用。

本文结合LoRa技术通信距离远、功耗低、成本低等优势，设计了基于LoRa技术的无线安防控制系统，该系统部署简单，能实时无线监测控制远端安防设施。

1 系统总体设计

系统总体结构如图1所示，由RFID、红外检测、报警系统、门禁系统和主控单元组成前台子系统，负责用户信息识别、未授权入侵检测以及控制门禁系统和报警系统等，同时主控单元将用户信息或入侵信号通过LoRa节点以远距离无线通信的方式发送给LoRa网关，LoRa网关收到数据后通过以太网上报给LoRa服务器，服务器处理收到的网关数据后，将其传输给客户端。客户端可以监测前台子系统，为应对突发状况，客户端可对前台进行一键锁定/一键解锁远程控制。

2 系统组成

2.1 RFID模块

实现安防检查的身份识别及对应的时间记录，通过RFID技术实现。通过射频读卡器识别RFID电子标签中的用户信息，将用户信息传至主控单元。

2.2 红外检测模块

主要是连接在主控单元上的人体红外检测传感器，通过检测人发出的特定波长红外线，产生报警信号，主控单元检测到此信号后根据读取的RFID信息决定是否报警及是否将报警信息发送给客户端。设计采用的人体红外检测传感器为HC-SR501，是基于红外线技术的自动控制模块，人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

2.3 门禁系统和报警系统

接收来自主控单元的指令，控制门禁的锁定与解锁，当RFID信息正确时门禁解锁，否则保持锁定状态。如有强行闯入或RFID信息连续多次无效的情况，报警系统会在主控单元的控制下产生报警信号。门禁系统和报警系统还受客户端远程控制，如遇特殊情况，客户端可远程控制解锁、锁定和报警等。

2.4 主控单元

接收并处理RFID模块和红外检测模块上报的信息，完成授权识别和人数统计，产生解锁信号，控制门禁系统和报警系统，将RFID信息和红外检测情况通过LoRa通信节点发送给客户端，以便后台监测。同时存储身份信息及对应的解锁时间，根据客户端远程控制完成一键锁定和一键解锁。

2.5 LoRa节点

采用SEMTECH的扩频芯片SX1278，SX1278是一款高性能、低功耗、远距离的微功率无线模块，主要采用LoRa远程调制解调器，用于超长距离扩频通信，抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗，SX1278可获得超过-148dBm的高灵敏度。

LoRa节点与主控单元之间采用SPI通信，由SX1278支持的通信方式所决定的。LoRa节点以无线的方式将主控单元和LoRa网关连接起来，负责信息的远距离无线收发。

2.6 LoRa网关

数据的汇聚中心，负责LoRa节点数据的解析与转发，可以与多个LoRa节点相连，同时LoRa网关使用IP通信与上层LoRa服务器连接。可以对多个LoRa节点进行管理，接收多个不同LoRa节点的上行数据，解析转发给LoRa服务器，或接收LoRa服务器的下行数据，下发给多个不同的LoRa节点。

2.7 LoRa服务器

对远程安防数据进行处理与存储，并将处理结果传送至客户端，也可以接收客户端的一键解锁或一键锁定指令，通过网关传输给前端子系统，此外，还负责LoRa网关的状态管理、业务数据加密和解密、业务数据转发等功能。

2.8 客户端

远程监控前台子系统，当部署多处前台子系统时，客户端以布局图或编号的方式显示各处安防状态。通过客户端软件，用户可以直观地查看RFID读取的人员身份信息及打卡时间，如有人员强行闯入，客户端软件会收到红外检测发送的报警信号，此外可根据前方具体情况，设置一键锁定和一键解锁功能，远程控制门禁系统和报警系统。

3 结语

针对LoRa技术低功耗、远距离、部署简单等特点，设计了一种基于LoRa的无线安防控制系统，采用远距离无线通信传输用户信息，无需传统的有线连接;支持入侵检测、远程报警，支持远程解锁、锁定和报警等功能。此外，可同时部署多处前台子系统，通过LoRa网关、LoRa服务器连接至客户端，具有安装方便、易于扩展等优点，能满足多样化的场景需求。

参考文献

[1]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，2017，11（1）：19-26.

[2]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，2017，11（1）：40-46

[3]施金磊，高谷刚.基于LoRa技术的家庭物联网安防系统设计[J].电子技术与软件工程，2017，10：218-220.

[4]赵静，苏光添.LoRa无线网络技术分析[J].移动通信，2016，40（21）：50-57.