Заворачиваем RS485 в LoRa
На одном из объектов я столкнулся с необходимостью организовать беспроводной канал связи для получения данных от электросчётчиков «Меркурий», смонтированных в трансформаторной подстанции. Распространённым и, наверное, самым популярным решением подобных задач является использование GSM/3G/4G-модемов. Но в этот раз я решил пойти другим путём и реализовать обмен данными с помощью преобразователя RS232/485 в LoRa.
Начало истории
Трансформаторная подстанция (ТП), от которой запитаны здания бизнес-центра (БЦ), представляет собой отдельно стоящую бетонную коробку. Расстояние от основного здания БЦ до ТП составляет примерно 50 метров. Линии связи между зданиями отсутствуют. В ТП смонтировано два прибора учёта электроэнергии Меркурий 230. Для возможности получения информации от электросчётчиков интерфейсы последних объединены в сеть RS485 и выведены на проходные клеммы в щите учёта.
В основном здании БЦ расположена электрощитовая (ВРУ), в которой также размещён прибор учёта Меркурий 230. Аналогично ТП, интерфейс RS485 этого счётчика выведен на проходные клеммы.
Разумеется, в таких обстоятельствах дистанционная работа со счётчиками невозможна. Поэтому в первых числах каждого месяца, в жару и в непогоду, в любое время года, инженер берет в руки отвёртку, ноутбук, преобразователь USB-RS485 и топает сначала в ТП, а затем и во ВРУ, где подключается к счётчикам и выгружает профили мощности для их дальнейшей обработки.
Типичная трансформаторная подстанция
Для вышеупомянутого инженера проблема очевидна, остальным поясню: требуется организовать дистанционное подключение к приборам учёта. Вариант прокладки кабельных линий связи был отброшен сразу — дешевле подарить инженеру рюкзак, плащ-палатку и палки для скандинавской ходьбы. После недолгих размышлений я решил предпринять попытку пробросить RS485 через LoRa. С этой целью были приобретены последовательные серверы USR-LG206-H-P от USR IOT.
Что за зверь?
Несложно догадаться, что USR-LG206-H-P — есть не что иное, как преобразователь интерфейса RS232/RS485 в LoRa. Простыми словами, преобразователь позволяет работать через радиоканал с устройствами, имеющими на борту последовательный порт. Как раз такими устройствами и являются наши счётчики.
Тестовый стенд. Пример подключения USR-LG206-H-P к счётчику Меркурий 230 ART-03 CN
Подробнее о USR-LG206-H-P
На странице устройства имеется ссылка для скачивания руководства пользователя. Основные моменты из этого документа я перечислю ниже.
▍ Режимы работы
USR-LG206-H-P поддерживает три режима работы:
- Режим передачи точка-точка (fixed-point transmitting mode)
- Прозрачный режим передачи (transparent transmission mode)
- Командный режим (AT command mode)
▍ Режим передачи точка-точка
В этом режиме USR-LG206-H-P изменяет адрес назначения и канал. К передаваемым данным требуется добавлять три байта: первые два байта являются адресом получателя, а третий байт — каналом. Для решения моей задачи этот режим работы не подходит. Необходимость модификации передаваемых данных не позволит использовать ПО, предоставляемое производителем приборов учёта.
▍ Прозрачный режим передачи
При использовании этого режима модификации передаваемых данных не требуется. Для реализации прозрачной передачи оба устройства USR LG206-P должны иметь одинаковый LoRa speed class, Channel и Destination address.
Кроме этого, в прозрачном режиме доступно использование широковещательного адреса. Если USR LG206-P с Destination address равным 65535 начнёт передавать данные, то их получат все LG206-P с таким же LoRa speed class и Channel.
Далее я буду использовать именно возможность отправки широковещательных запросов. Конечно, как и в случае проводного соединения все подключенные счётчики должны быть настроены и иметь корректные сетевые адреса.
▍ Командный режим
В командном режиме пользователь может выполнять AT-команды — запрашивать и задавать значения параметрам USR-LG206-H-P. Подключение осуществляется через последовательный порт.
Настройка всех USR-LG206-H-P производилась с помощью свистка USB-RS485
▍ Безопасность
Поддерживается шифрование. Ключ шифрования должен быть одинаковым на всех преобразователях. Установка ключа осуществляется в командном режиме. Функция чтения ключа шифрования не предусмотрена. При утере придётся заново задавать его на каждом USR-LG206-H-P.
Карта сети
Итак, для реализации задуманного мне потребовалось три преобразователя USR-LG206-H-P. По одному преобразователю было смонтировано в помещениях ТП и ВРУ. К каждому я подключил приборы учёта Меркурий 230. Преобразователям назначены Destination address равные 888 и 999 соответственно.
Ещё один USR-LG206-H-P был установлен на рабочем месте инженера и с помощью адаптера «USB-RS485» подключен к ПК. Данному USR-LG206-H-P назначен широковещательный Destination address — 65535. Таким образом, с рабочего места обеспечивается беспроводной доступ ко всем приборам учёта.
Значения LoRa speed class и Channel одинаковы на всех устройствах.
При необходимости иметь доступ к счётчикам через Ethernet, преобразователь USR-LG206-H-P с адресом 65535 потребуется подключить к преобразователю Serial-to-Ethernet, например, MOXA NPort серии 5100 или USR-N510-H7–4.
Конфигурирование USR LG206-P
Для конфигурации устройств мне потребовалась утилита USR-LoRa-P.exe и преобразователь интерфейсов USB-RS485. Утилита доступна для скачивания на странице производителя. Настройка не вызывает особых сложностей. Для начала необходимо открыть порт и перевести прибор в командный режим. Отправляемые AT-команды и результат их работы отображается в консоли (LOG).
Затем я настроил устройства на прозрачный режим работы, установил корректные параметры для последовательного порта. Настройки порта должны совпадать с настройками интерфейса подключаемых приборов учёта. После этого назначил приборам Destination address. Как всегда — значения Speed class и Channel на всех устройствах одинаковые.
Используемая полоса радиочастот
При настройке рабочей частоты руководствуемся следующим: Working frequency band=(803+_Channel_) MHz. По умолчанию _Channel_= 65, что соответствует 868 МГц.
Установка ключа шифрования
Ключом шифрования может являться байтовая строка состоящая из 16 байт. Для установки ключа используется команда AT+KEY.
Заключение
Затратив минимум усилий и средств у меня получилось развернуть LPWAN сеть на базе уже существующего на предприятии оборудования. Сейчас сеть используется для удалённого доступа к приборам учёта из стандартного ПО от производителя счётчиков электроэнергии. Тем не менее, при необходимости такое ПО может быть заменено на любое другое решение, наиболее подходящее к конкретной задаче.
