CN107644522A - 一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，包括N个子传感节点，每个子传感节点包括MCU模块、控制与处理单元、时钟模块、LoRa通信模块、太阳能模块、温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器，每个子传感器节点设置有具有隔离电磁作用的隔离单元；太阳能模块用于给MCU模块、控制与处理单元、时钟模块、LoRa通信模块、温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器及电容加速度传感器供电；该发明采用LoRa通信，具有低功耗、超远距离、多节点、成本低等优点；每个子传感器节点上设置有具有隔离电磁作用的隔离单元，减小高压直流电磁环境对测量值的影响。

Description

一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***
技术领域
本发明涉及无线通信技术和传感器技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***。
背景技术
随着我国特高压直流工程在更广领域的快速发展，其电磁环境已经成为工程设计和建设中需要深入研究的重要课题，而温度、湿度、压力等会对该电磁环境的电场强度产生影响，在研究和评价直流线路的电厂时，需要对其进行实时监控，同时记录相应的环境气候参数，因此研究一种精确度高、能耗小且智能程度高的监测***对特高压直流线路电磁环境研究具有重要意义。
特高压直流输电线路地域跨度大，在测量中采用有线传输方式的电场监测***极为不变，而无线传感***可以很好的解决这一问题。目前，主要采用的无线传感***是基于Zigbee技术，该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；该Zigbee技术不能满足特高压直流输电线路的远距离传输，故亟需一种距离远且传输效率高的无线通信技术。
发明内容
本发明的技术问题是为了克服以上现有技术的不足而提供一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，包括N个子传感节点，所述每个子传感节点包括MCU模块、控制与处理单元、时钟模块、LoRa通信模块、太阳能模块、温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器，所述每个子传感器节点设置有具有隔离电磁作用的隔离单元；所述太阳能模块用于给MCU模块、控制与处理单元、时钟模块、LoRa通信模块、温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器供电。
优选地，所述无线传感***中布置有至少1000个子传感节点，每个子传感节点通信距离为空旷20km。
优选地，所述太阳能模块包括太阳能板和蓄电池组。
优选地，所述温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器集成于单个芯片上。
优选地，所述MCU模块用于接收来自温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器的数据；所述MCU模块将数据分别传送至控制与处理单元、LoRa通信模块；所述时钟模块用于提供MCU模块接收与传送数据的时间；；所述控制与处理单元用于控制与处理温度传感器、湿度传感器、压阻式压力传感器、电场传感器以及电容加速度传感器的工作状态。
优选地，所述每个子传感节点将传送至LoRa通信模块的数据依次传送至LoRa网关、通信基站、云服务器站以及用户。
优选地，所述LoRa网关与通信基站之间通过GSM网络进行数据传输。
优选地，所述每个子传感节点通过LoRa通信模块接收来自用户的远程控制命令。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、通过采用LoRa通信，具有低功耗、超远距离、多节点、成本低等优点；2、通过在该无线传感***中设置太阳能模块，实现了该无线传感***的自供电功能；3、通过在单个芯片上集成多传感器，实现了同时测量该直流输电环境的温度、湿度、压力、电场强度以及电容加速度；4、通过在每个子传感器节点上设置有具有隔离电磁作用的隔离单元，减小了高压直流电磁环境对测量值的影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***的子传感节点的结构示意图；
图2为本发明中基于LoRa的直流输电环境监测***的结构示意图。
附图标记：1、MCU模块；2、控制与处理单元；3、时钟模块；4、LoRa通信模块；5、太阳能模块；6、温度传感器；7、湿度传感器；8、压阻式压力传感器；9、电场传感器；10、电容加速度传感器；11、LoRa网关；12、云服务器。
具体实施方式
如图1至2所示，本发明提供一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，包括至少1000个子传感节点，每个子传感节点通信距离为空旷20km，所述每个子传感节点包括MCU模块1、控制与处理单元2、时钟模块3、LoRa通信模块4、太阳能模块5、温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10；
所述太阳能模块5用于给MCU模块1、控制与处理单元2、时钟模块3、LoRa通信模块4、温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10供电；所述太阳能模块5包括太阳能板和蓄电池组；在日照充足时，太阳能板主要负责给蓄电池组充电，在日照弱或黑夜时，由蓄电池组负责给MCU模块1、控制与处理单元2、时钟模块3、LoRa通信模块4、温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10供电；
所述温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10集成于单个芯片上；温度传感器6用于测量直流输电环境的温度，湿度传感器7用于测量该环境的湿度，压阻式压力传感器8用于测量该环境的压力，电场传感器9用于测量该环境的电场强度，电容加速度传感器10用于测量该环境的电容加速度；
所述MCU模块1用于接收来自温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10的数据；所述MCU模块1将数据分别传送至控制与处理单元2、LoRa通信模块4；所述时钟模块3用于提供MCU模块1接收与传送数据的时间，方便后续的数据调查和分析；所述控制与处理单元2根据所收到的数据进行分析，再控制与处理温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10的工作状态；
所述每个子传感节点将传送至LoRa通信模块4的数据传送至用户的步骤如下：
1、首先，通过LoRa网关11将该数据传送至通信基站，所述LoRa网关11与通信基站之间通过GSM网络进行数据传输；
2、然后，将传送至通信基站的数据上传至云服务器12；
3、最后，用户对上传至云服务器12的数据进行分析。
同时，用户可将数据分析结果上传至云服务器12，并对该云服务器12进行远程监控，然后该云服务器12通过该数据分析结果远程控制通信基站，该通信基站通过GSM网络，将数据分析结果传送至LoRa网关11，该LoRa网关11数将据分析结果通过LoRa通信模块4传送至MCU模块1，该 MCU模块1将数据分析结果传送至控制与处理单元2，该控制与处理单元2对该数据分析结果进行处理分析，再对温度传感器6、湿度传感器7、压阻式压力传感器8、电场传感器9以及电容加速度传感器10的工作状态进行调整；
以上可知，所述每个子传感节点通过LoRa通信模块4接收来自用户的远程控制命令；
所述每个子传感器节点设置有具有隔离电磁作用的隔离单元，减小了在测量温度、湿度、电场强度等时以及通过LoRa通信传送和接收数据时所受到高电压下周围复杂电磁环境的影响。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：包括N个子传感节点，所述每个子传感节点包括MCU模块（1）、控制与处理单元（2）、时钟模块（3）、LoRa通信模块（4）、太阳能模块（5）、温度传感器（6）、湿度传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、电场传感器（9）以及电容加速度传感器（10），所述每个子传感器节点设置有具有隔离电磁作用的隔离单元；所述太阳能模块（5）用于给MCU模块（1）、控制与处理单元（2）、时钟模块（3）、LoRa通信模块（4）、温度传感器（6）、湿度传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、电场传感器（9）以及电容加速度传感器（10）供电。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述无线传感***中布置有至少1000个子传感节点，每个子传感节点通信距离为空旷20km。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述太阳能模块（5）包括太阳能板和蓄电池组。
4.根据权利要求1所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述温度传感器（6）、湿度传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、电场传感器（9）以及电容加速度传感器（10）集成于单个芯片上。
5.根据权利要求1、3或4所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述MCU模块（1）用于接收来自温度传感器（6）、湿度传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、电场传感器（9）以及电容加速度传感器（10）的数据；所述MCU模块（1）将数据分别传送至控制与处理单元（2）、LoRa通信模块（4）；所述时钟模块（3）用于提供MCU模块（1）接收与传送数据的时间；所述控制与处理单元（2）用于控制与处理温度传感器（6）、湿度传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、电场传感器（9）以及电容加速度传感器（10）的工作状态。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述每个子传感节点将传送至LoRa通信模块（4）的数据依次传送至LoRa网关（11）、通信基站、云服务器站（12）以及用户。
7.根据权利要求6所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述LoRa网关（11）与通信基站之间通过GSM网络进行数据传输。
8.根据权利要求6所述的基于LoRa的直流输电环境监测的无线传感***，其特征在于：所述每个子传感节点通过LoRa通信模块（4）接收来自用户的远程控制命令。
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