CN112654022B - 基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集*** - Google Patents

基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力***物联网领域，尤其涉及基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，包括：至少一个数据采集终端，所述数据采集终端包括至少一个用于采集数据的传感器、对采集的数据进行处理的微处理器、用于传输数据的LoRa通讯模块以及用于将传输信号的功率进行放大的功率放大器；基站，用于接收数据采集终端上传的数据及下发数据到数据采集终端；云服务器，用于接收基站上传的数据并处理，还用于通过基站下发数据到数据采集终端。通过使用本发明，可以实现以下效果：具有易用、小巧、传输距离远、功耗低的特点。

Description

基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***
技术领域
本发明涉及电力***物联网领域，尤其涉及基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***。
背景技术
近几十年，尤其是进入21世纪以来，在国家政策的推动和电力企业的努力下，我国电网规模增长十分迅猛，但与此同时暴露出能源短缺问题并激化了结构性矛盾，此外用户对供电可靠性要求日益严苛，服务需求更加多样，加剧了电网运营面临的挑战。为了应对这些挑战，国内外纷纷开展了智能电网的基础理论、关键技术与示范项目等方面的研究与实践，将现代通信、信息、自动化和测量等各种先进技术高度集成，融合应用于发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节以及信息***。随着国家对智能电网领域的重视，电力***设备的在线监测作为智能电网的重要一环，产业规模也在不断扩大，管理和信息化管理的使用范围越来越广，使得电力设备、输电线路在线检测技术与监控成为现实，可以实时监测设备的多个状态参数，然后利用先进的无线通信技术将采集到的数据传递到监控中心，监控中心将这些数据信息加以细致分析，就能够自动提取出输电线路的运行状况是否出现异常，为管理人员提供一个统一的信息展示平台。
但是目前的数据采集***的功耗大且传输距离近。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***。
基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，包括：
至少一个数据采集终端，所述数据采集终端包括至少一个用于采集数据的传感器、对采集的数据进行处理的微处理器、用于传输数据的LoRa通讯模块以及用于将传输信号的功率进行放大的功率放大器；
基站，用于接收数据采集终端上传的数据及下发数据到数据采集终端；
云服务器，用于接收基站上传的数据并处理，还用于通过基站下发数据到数据采集终端。
优选的，所述数据采集终端在第一工作模式下，数据采集终端主动上传数据到基站，只有在发送数据后的固定的窗口期才能接收基站下发的数据。
优选的，所述数据采集终端在第二工作模式下，数据采集终端通过固定周期打开接收窗口接收基站下发的数据。
优选的，所述数据采集终端在第三工作模式下，数据采集终端的发送窗口和接收窗口始终处于打开状态，实时上传数据到基站及接收基站下发的数据。
优选的，所述数据采集终端配置唯一的设备码，所述基站根据每个数据采集终端不同的设备码将接收到的数据进行分类，并将分类后的数据分别上传到云服务器。
优选的，其特征在于，还包括：
客户端，用于接收云服务器发送的数据并显示。
优选的，所述客户端通过唯一的ID和密钥登录云服务器，将数据下发给云服务器，所述云服务器将数据解析和打包后下发给基站，所述基站将数据下发给数据采集终端。
通过使用本发明，可以实现以下效果：
1.LoRa通讯模块具有易用、小巧、传输距离远、功耗低的特点；
2.数据采集终端具备三种工作模式并可以根据需求实现三种模式的自由切换，在考虑功耗的情况下兼顾实用性；
3.客户端可以通过唯一的ID和密钥连接到互联网得到终端上传的信息，也可以将数据通过云服务器和基站下发给终端。
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是本发明一实施例基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***的示意结构图；
图2是本发明另一实施例基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***的示意结构图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明实施例提出一种基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，如图1所示，包括至少一个数据采集终端，所述数据采集终端包括至少一个用于采集数据的传感器、对采集的数据进行处理的微处理器、用于传输数据的LoRa通讯模块以及用于将传输信号的功率进行放大的功率放大器；基站，用于接收数据采集终端上传的数据及下发数据到数据采集终端；云服务器，用于接收基站上传的数据并处理，还用于通过基站下发数据到数据采集终端。
LoRa通讯模块，它具有易用、小巧、传输距离远、功耗低等特点，是一种非常好的远距离无线数据传输解决方案。
数据采集终端：即带有LoRa通讯模块的智能硬件，加载了各种传感器。主要用于对物体进行智能感知，收集数据，并将该数据信息通过LoRa网络上传给基站，同时接收基站下发的数据。
根据工作模式的不同，数据采集终端又可以分为第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式三类不同的工作设备，有的数据采集终端可以同时拥有三种工作模式并可以根据需求实现三种模式的自由切换。
在第一工作模式下，数据采集终端主动上报数据，它的接收窗口平时关闭，只有在发送数据后的固定的窗口期才能接收基站下发的数据。这样就导致了第一工作模式下的数据采集终端在工作时不能及时响应基站的下发数据，但是相对功耗会比较低，这种模式主要应用在对控制需求的实时性要求不高但是对低功耗要求高的场合，例如烟雾报警器***实现。在第二工作模式下，数据采集终端固定一个周期打开接收窗口，这样就既满足了实时性又满足了低功耗，只不过这个固定周期对时间同步要求较高，主要应用在远程抄等***的实现；在第三工作模式下，数据采集终端的发送窗口和接收窗口长时间打开，数据采集终端不考虑功耗，随时可以接收来自基站的下行数据，实时性最好，第三工作模式适合对实时性要求较高，不需要考虑功耗问题的控制应用，比如城市物联网应用中的智能路灯控制***。
数据采集终端支持最新的LoRaWAN A类和C类技术协议规范，可以非常方便的接入诸如Actility这样的低功耗广域网物联网平台。另外，它还支持LoRa 的点对点通信功能，这个功能可以帮助用户快速建立他们自己私有的远距离 LoRa网络。模块集成了Semtech的SX1276和STM32L芯片，并提供了UART 接口让用户可以发送AT串口指令。用户可以在此基础上非常方便的完成他们的应用，例如用外部的主控MCU进行简单的传感器数据远距离通信的应用，低功耗的特性对于电池应用非常适合。
数据采集终端分两个版本，高频版本模块工作在868MHz或者915MHz频率上的远距离低功耗LoraWAN；低频模块工作在433MHZ或者470～510MHZ频率上。数据采集终端尺寸小、功耗低；较高的接收灵敏度:可达-140dBm@SF12；发射功率:可调节到增加14dBm的高效PA,最大可增加到20dbm；FSK、GFSK和 LoRa技术模块；在空旷的郊外可覆盖15公里范围，在市内可覆盖5公里范围。
基站是数据采集***的关键设备，数据采集终端通过它将数据上传到云服务器，云服务器也可以将数据通过它下发给数据采集终端。基站的目的是缓解海量终端数据上报时所引发的并发冲突。一个基站可以接入几十到几万个终端，基站可以根据每个数据采集终端不同的设备码将不同的终端信息进行区分处理，它的兼容性很强，所有符合Lo RaWAN协议的终端都可以接入，目前市场上的基站部署成本和运营成本都很低。
云服务器主要负责整个***的数据管理和解析，数据采集终端通过基站将数据上传到云服务器，云服务器可以完成对上行数据包的解析和打包。
在一些实施例中，如图2所示，本***还包括客户端，客户端可以通过唯一的ID和密钥连接到互联网得到终端上传的信息；同时，客户端也可以将数据通过云服务器和基站下发给终端，首先客户端通过唯一的ID和密钥登录云服务器，将数据下发给云服务器，云服务器负责将数据解析和打包然后下发给基站，最后基站将数据下发给数据采集终端。
本***可以完成智能硬件终端和客户端之间的通讯，客户端可以实时显示数据采集终端所采集上报的信息，同时客户端也可以通过对数据采集终端下发数据来实现一定的控制功能。本***架构拥有很多的优势，首先它的信号覆盖范围很广，容量也很高，在大片的区域内仅部署少量的基站就可以实现对整片区域的终端信息采集，可以节省很多成本；其次，数据在经过这几部分时，会对数据进行加密和解析，这样数据的安全性也比较高。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，其特征在于，包括：
至少一个数据采集终端，所述数据采集终端包括至少一个用于采集数据的传感器、对采集的数据进行处理的微处理器、用于传输数据的LoRa通讯模块以及用于将传输信号的功率进行放大的功率放大器；
基站，用于接收数据采集终端上传的数据及下发数据到数据采集终端；
云服务器，用于接收基站上传的数据并处理，还用于通过基站下发数据到数据采集终端；
所述数据采集终端在第一工作模式下，数据采集终端主动上传数据到基站，只有在发送数据后的固定的窗口期才能接收基站下发的数据；
所述数据采集终端在第二工作模式下，数据采集终端通过固定周期打开接收窗口接收基站下发的数据；
所述数据采集终端在第三工作模式下，数据采集终端的发送窗口和接收窗口始终处于打开状态，实时上传数据到基站及接收基站下发的数据；
根据工作模式的不同，数据采集终端又可以分为第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式三类不同的工作设备，有的数据采集终端可以同时拥有三种工作模式并可以根据需求实现三种模式的自由切换。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，其特征在于，所述数据采集终端配置唯一的设备码，所述基站根据每个数据采集终端不同的设备码将接收到的数据进行分类，并将分类后的数据分别上传到云服务器。
3.根据权利要求1～2任一项所述的基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，其特征在于，还包括：
客户端，用于接收云服务器发送的数据并显示。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa通讯的电力***物联网数据采集***，其特征在于，所述客户端通过唯一的ID和密钥登录云服务器，将数据下发给云服务器，所述云服务器将数据解析和打包后下发给基站，所述基站将数据下发给数据采集终端。
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