一种基于LoRa技术的智能箱变在线监测装置的制作方法

本实用新型属于电力监控领域，涉及lora技术领域，尤其是一种能通过自组网通讯方式实现数据监控的通讯模组。

背景技术：

现有的变电站综合自动化系统都是通过有线的网络进行信号的采集、传输和发送，而且变电站设备杂多、信号繁多，这个给综合布线及检查维修带来不便，工程量大，维护费用高。随着无线通信技术的发展和无线设备的成熟，可以采用无线网络进行相关信息的快速采集和高效传输来解决上述安全问题。且现有市场上的无线产品基本都是基于zigbee无线技术，星型网络拓扑结构搭建复杂，且传输距离近。本文采用了新型无线自组网lora技术，利用lora远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。lora通信系统通常包含终端、基站、网络服务器、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于lora的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。终端节点可以同时发给多个基站，基站则对网络服务器和终端之间的lorawan协议数据做转发处理，将lorawan数据分别承载在了lora射频传输和tcp/ip上。结合无人值守变电站的特点，提出将lora无线自组网络应用到变电站安全监控中的方案，开发了一套智能箱变在线监测装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种基于lora技术的自组网智能箱变在线监测装置。通过该监测装置，用户无需关心lora/lorawan无线网络的具体构建过程，只需调用lora自组网提供的标准接口既可快速生成自己的无线应用解决方案，大大缩短了用户产品开发时间和验证周期，提高用户的体验。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于lora技术的智能箱变在线监测装，其特征在于包括：主界面监控系统、集中控制单元、lora自组网无线数据采集接收单元、电能分析模块、通讯模块、环境监测模块以及与环境监测模块相连的报警模块。主界面监控系统设置有触摸液晶显示单元、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温湿度监控曲线界面、烟雾监控界面、变压器油温监控界面、电压电流数据显示界面、摄像数据显示界面、电能分析显示界面通讯状态显示界面和报警显示界面；集中控制单元用于集中处理控制各个单元模块的数据，将用户输入的信息或采集到其他模块的数据信息进行数据分类筛选转换为标准通讯协议下发到数据处理模块进行数据处理，输出相应的控制信号；lora自组网无线数据采集接收单元包括lora网络集中控制器和lora终端模块；电能分析模块包括能量分析单元和储能单元；通讯模块包括红外通讯模块、4g、5g通讯模块、rs485、232通讯模块；环境监测模块包括环境温湿度采集模块、电压电流采集模块、变压器油温采集模块；报警模块连接有语音提示模块。

进一步地，所述主界面监控系统设置有触摸液晶显示单元、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温湿度监控曲线界面、烟雾监控界面、变压器油温监控界面、电压电流数据显示界面、摄像数据显示界面、电能分析显示界面通讯状态显示界面和报警显示界面。

进一步地，所述参数设置界面设置设有地址设置界面、时钟日期设置界面、数据采集周期设置界面、抄表周期设置界面和通讯波特率设置界面。

进一步地，所述lora自组网无线数据采集接收单元包括lora网络控制器和lora终端模块。lora网络控制器包括lora网关模块、lora网络管理服务器模块、数据应用服务器模块、人机交互接口；所述lora终端模块包括mcu、射频芯片和扩展接口；所述lora网关模块与lora终端模块采用星型网络结构无线连接，从lora终端模块接收用户数据；所述lora网络管理服务器模块提供ui界面，对网关模块进行配置，以及对所述lora终端模块进行连接性管理、鉴权管理、分组管理；所述数据应用服务器模块对主机提供数据推送服务和消息订阅发布服务，用户可以通过标准httppost和mqtt网络协议获取用户数据，发送用户控制信令；所述人机交互接口为rs485或rs232。所述lora终端模块包括mcu、射频芯片和扩展接口；射频芯片与mcu连接，lora模块与lora模块之间通过射频芯片组网，lora模块与网关节点通过射频芯片组网。所述扩展接口为rs485或rs232，可以随意添加电力用户的监测单元，如：电表、温湿度传感器、断路器控制器等等，本装置添加的触头温度采集模块、烟雾采集模块、数字电表模块、摄像数据采集模块。

进一步地，所述电能分析模块包括能量分析单元和储能单元。能量分析单元主要作用是能量分配功能，对负荷比较大的线路进行切换到负荷小的线路；储能单元主要用于对整个线路用电设备用电量进行分析，在负荷小固定时间段进行数据储能，然后在用电高峰期进行释放。

进一步地，所述通讯模块包括红外通讯模块、4g和5g通讯模块、rs485、232通讯模块。红外通讯模块通过红外在线升级本系统，升级完成后重启系统切换运行程序；通过手机app直接连接本智能箱变在线监测装置数据查看功能、故障分析、主动上报故障事件功能。4g、5g通讯模块可实现对下端终端感知设备数据上传，也可本地存储卡存储数据，存储卡实时保留本月采集数据，擦写原来数据。rs485、232通讯模块通过本身自带的协议完成数据的传输，用于实现在线监测数据的实时上传和数据存储。

进一步地，所述环境监测模块包括环境温湿度采集模块、电压电流采集模块、变压器油温采集模块。

进一步地，所述报警模块连接有语音提示模块。环境温湿度传感器、电压电流采集模块、变压器油温采集模块系与统超限报警器连接，超限报警器连接有语音提示器。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型视窗界面十分美观、清晰、各种状态一目了然，动态模拟显示环境系统各种数据参数的实时曲线图。

2、本实用新型为双总线结构，向下连接各种传感器，向上可通过先进网络架构连接上位机信息交互平台。

3、本实用新型基于lora无线自组网传感器网络技术，成功的将变电站内的各种信息参数通过无线自组网传到数据接收控制端，解决了人工抄表的费用成本。

4、多元化的报警单元，保证了用户操作的安全性和可靠性。

5、无线监控系统综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等多种技术，能够相互协作地实时检测、感知和采集各种对象信息，并对其数据进行处理。

6、采用先进的lora无线自组网技术，利用其联网速度快，用户无需关心lora/lorawan无线网络的具体构建过程，只需调用lora自组网提供的标准接口既可快速生成自己的无线应用解决方案。

7、拥有快捷方便的红外在线升级本系统，升级完成后重启系统切换运行程序；通过手机机app直接连接该设备数据查看功能，故障分析，主动上报故障事件等功能。

8、有效的数据传输存储模块--4g或者5g模块，可实现对下端终端感知设备数据上传，也可本地存储卡存储数据，存储卡实时保留本月采集数据，擦写原来数据。

9、节约能源，对整个线路用电设备用电量进行分析，在负荷小固定时间段进行数据储能，然后在用电高峰期进行释放。并且具有能量分配功能，对负荷比较大的线路进行切换到负荷小的线路。

附图说明

图1为一种基于lora技术的智能箱变在线监测装置的系统框图。

图2为一种基于lora的自组网数据采集接收模块系统框图。

图3为通讯模块的现场数据采集系统框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，一种基于lora技术的智能箱变在线监测装置包括：主界面监控系统、集中控制单元、lora无线数据采集接收单元、电能分析模块、通讯模块、环境监测模块以及与环境监测模块相连的报警模块。

下面对各个模块的功能做详细说明：

其中，主界面监控系统设置有触摸液晶显示单元、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温湿度监控曲线界面、烟雾监控界面、变压器油温监控界面、电压电流数据显示界面、摄像数据显示界面、电能分析显示界面通讯状态显示界面和报警显示界面。

其中，主界面监控系统拥有触摸式、可视化图形，可视化图形中最重要的是动态逼真图形显示及实时历史数据库。它是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强的数据库系统。可完成现场仿真流程画面、可实现状态图形显示指示功能、具备曲线分析、生产报表、报警、事件、用户管理等生产监控功能。内置的脚本容易扩展，该内嵌单元方便系统的数据获取、转发、上报及集成，该集成支持与第三方通讯，可以通过485线等多种方式提供对外数据接口，内置数据库方便现场查询及参数设置，并且该系统还支持远程部署和在线修改参数。

其中，参数设置界面设置设有地址设置界面、时钟日期设置界面、数据采集周期设置界面、抄表周期设置界面和通讯波特率设置界面。

其中，集中控制单元采用arm系统为核心，运用多优先级中断服务机制，提高了控制的实时性。用于集中处理控制各个单元模块的数据，将用户输入的信息或采集到其他模块的数据信息进行数据分类筛选转换为标准通讯协议下发到数据处理模块进行数据处理，输出相应的控制信号；

其中，lora自组网无线数据采集接收单元包括lora网络控制器和lora终端模块。lora网络控制器包括lora网关模块、lora网络管理服务器模块、数据应用服务器模块、人机交互接口。lora终端模块连接触头温度采集模块、烟雾采集模块、数字电表模块、摄像数据采集模块。

其中，电能分析模块包括能量分析单元和储能单元。能量分析单元主要完成能量分配功能，对负荷比较大的线路进行切换到负荷小的线路；储能单元主要用于对整个线路用电设备用电量进行分析，在负荷小固定时间段进行数据储能，然后在用电高峰期进行释放。

其中，通讯模块包括红外通讯模块、4g和5g通讯模块、rs485、232通讯模块。红外通讯模块通过红外在线升级本系统，升级完成后重启系统切换运行程序；通过手机app直接连接本智能箱变在线监测装置数据查看功能、故障分析、主动上报故障事件等功能。4g、5g通讯模块可实现对下端终端感知设备数据上传，也可本地存储卡存储数据，存储卡实时保留本月采集数据，擦写原来数据。rs485、232通讯模块通过本身自带的协议完成数据的传输，用于实现在线监测数据的实时上传和数据存储。

其中，环境监测模块包括环境温湿度采集模块、电压电流采集模块、变压器油温采集模块。环境温度采集模块和变压器油温采集模块采用高灵敏度的数字温度传感器ds1802。电压电流采集模块，该模块主要对装置测量的电量包括三相交流电量，零序电压、零序电量等测量数据中心统筹处理，比如相电压、线电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率等的数据进行分析计算，处理中转和控制功能。该模块还具有采样频率高、测量精度高、运算速度快、中转即时等特点，可以实时准确处理电网的供电和用电情况数据上报。

其中，报警模块连接有语音提示模块。环境温湿度传感器、电压电流采集模块、变压器油温采集模块系与统超限报警器连接，超限报警器连接有语音提示器。

如图2所示，所述lora的自组网数据采集接收模块包括lora网络集中控制器和lora终端模块；lora网络控制器包括lora网关模块，lora网络管理服务器模块，数据应用服务器模块，人机交互接口；lora终端模块包括mcu、射频芯片和扩展接口。射频芯片与mcu连接，lora模块与lora模块之间通过射频芯片组网，lora模块与网关节点通过射频芯片组网；扩展接口为rs485或rs232，可以随意添加电力用户的监测单元，如：电表、温湿度传感器、断路器控制器等等，本装置添加的触头温度采集模块、烟雾采集模块、数字电表模块、摄像数据采集模块。lora网关模块与lora终端模块采用星型网络结构无线连接，从lora终端模块接收用户数据；lora网络管理服务器模块提供ui界面，对网关模块进行配置，以及对所述lora终端模块进行连接性管理、鉴权管理、分组管理；数据应用服务器模块对通讯集中处理器进行数据的传输；人机交互接口为rs485或rs232。

下面对各功能模块详细说明：

其中，lora终端模块用于连接触头温度采集模块、烟雾采集模块、数字电表模块、摄像数据采集模块。lora节点模块在自组网中作为数传模块，负责将触头温度采集模块、烟雾采集模块、数字电表模块、摄像数据采集模块采集到的数据转换成无线数据通过lora无线传感网返回数据给网关节点，网关节点通过lora网络管理服务模块和用户数据应用服务器模块把数据传输到通讯集中处理器，对其进行数据存储分析功能；lora模块是扩大lora无线传感网的重要部分，lora模块承担着数据路由功能，这样的lora无线传感网可以满足用户终端规模很大，或者是用户终端之间的距离相当远，这种模式使用可以使得组网规模大幅度扩大。

其中，lora终端模块之间相互组网，lora终端模块的上级连接点也可以是lora终端模块，作为lora终端模块，多个lora终端模块的使用，可以增加多个独立的网络，降低整网的复杂性，增加无线组网的组网规模，这样的连接方式适用在用户终端比较分散，距离间隔比较长的台区，可以使得零散的用户终端模块组在一张无线拓扑网络里，同个网络有多个独立的子网络，互不干扰，独立工作。

其中，触头温度传感器，将监测断路器6点、母线排3点及电缆出线3点发热点的温度，并对采集盒的电池电压实时上报到主界面监控系统进行显示、存储和越上下限预报警处理。当现场的接头温度和温升上升速度过快时，温度传感器会立即主动上报紧急告警信息到主界面监控系统，由系统给出声报警并发出短信，通知运行值班人员处理。

总体实施方式为，装置功能单元采用模块化设计，各功能模块相互连接。各模块单元分别实现了各类信号的处理和测量，通过统一的通信总线接口与主界面监控系统连接并实现可靠通信，实现了自组网无人值守监控系统的数据可靠性及安全行。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。