基于LoRa技術(shù)的電纜井實(shí)況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王琦　王憲菊　賈國(guó)權(quán)　陳韜

摘要：本文介紹了一種基于LoRa技術(shù)的電纜井實(shí)況監(jiān)測(cè)平臺(tái)。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜井內(nèi)部的液位以及電纜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的溫度集中監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力物力投入、電纜故障預(yù)警和及時(shí)高效指揮檢修的目的。

關(guān)鍵詞：電纜井監(jiān)測(cè)平臺(tái);物聯(lián)網(wǎng);溫度監(jiān)控;液位監(jiān)控;LoRa

1.引言

近年來(lái)，電力設(shè)施布設(shè)逐漸由地上架空轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵码娎|線路，地下電纜線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)會(huì)設(shè)有電纜井。然而電纜井由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)問(wèn)題常常會(huì)積水，往往會(huì)對(duì)電纜造成一定程度的腐蝕，不利于電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)電纜節(jié)點(diǎn)由于其特殊結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)內(nèi)部會(huì)積聚熱量，熱量過(guò)高同樣給電纜帶來(lái)了安全隱患。

2.電纜井實(shí)況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)采集層：數(shù)據(jù)采集是整套系統(tǒng)的最前端，本套系統(tǒng)采用液位傳感器、氣體傳感器以及溫度傳感器。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：選擇了網(wǎng)絡(luò)頻段免費(fèi)的Lora組網(wǎng)，Lora網(wǎng)關(guān)采用以太網(wǎng)通訊。

中間服務(wù)器層： Lora終端的數(shù)據(jù)需要上報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，采用進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的中間件作為L(zhǎng)ora服務(wù)器。

客戶端服務(wù)層：采用C/S架構(gòu)，使用WPF框架開(kāi)發(fā)客戶端界面，底層邏輯采用C#以及Python開(kāi)發(fā)，使用Mysql作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)。

3.系統(tǒng)具體實(shí)施方案

3.1數(shù)據(jù)采集層

本項(xiàng)目采用MQ-2氣體傳感器、投入式液位傳感器和DS18B20溫度傳感器模塊分別對(duì)井內(nèi)氣體、液位和電纜溫度進(jìn)行測(cè)量。MQ-2氣體傳感器工作電壓DC5V，功耗電流150mA。氣體傳感器通過(guò)與Lora終端模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換接口連接;液位傳感器測(cè)量范圍在0—5M水深，工作環(huán)境溫度在-40-85℃，采用DC24V供電方式，通過(guò)感受周?chē)簤旱淖兓?DS18B20溫度傳感器模塊，模塊采用3.3V供電，測(cè)溫范圍在-55℃-125℃。為了保證測(cè)量結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，本項(xiàng)目采用接觸式溫度傳感器。

3.2數(shù)據(jù)傳輸層

Lora是一種新興的Sub-1G無(wú)線通信技術(shù)，與普通的無(wú)線相比，它功耗更低，通信距離更遠(yuǎn)^[1]。數(shù)據(jù)輸送到網(wǎng)關(guān)以后，使用以太網(wǎng)在安全可靠的的局域網(wǎng)里面進(jìn)行井內(nèi)信息的傳輸。

3.3中間件服務(wù)器

本項(xiàng)目選擇采用MySql作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取的中間部分。數(shù)據(jù)庫(kù)字段設(shè)計(jì)devEUI用來(lái)保存終端設(shè)備16位長(zhǎng)地址并且設(shè)置為主鍵值確保其唯一性。Longtitude以及l(fā)atitude用來(lái)保存終端設(shè)備的經(jīng)緯度信息，從而結(jié)合地圖顯示終端地理位置信息。Time則為終端節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間，liquidlvl為終端設(shè)備上報(bào)的具體數(shù)據(jù)。

中間件可以實(shí)時(shí)管理終端節(jié)點(diǎn)信息，所有的終端節(jié)點(diǎn)將會(huì)根據(jù)組別在中間件顯示。

終端節(jié)點(diǎn)上報(bào)的信息會(huì)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，具體的傳感器信息經(jīng)過(guò)Based64加密上報(bào)的中間件服務(wù)器，在客戶端顯示需要經(jīng)過(guò)解密。

數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)Python開(kāi)發(fā)的程序進(jìn)行管理，分為兩個(gè)部分。第一個(gè)部分通過(guò)中間件提供的API采用HTTP協(xié)議獲取中間件服務(wù)器中的終端設(shè)備號(hào);第二個(gè)部分是Mqtt客戶端，通過(guò)Mqtt標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議訂閱中間件服務(wù)器中Lora終端實(shí)時(shí)上報(bào)的傳感器信息。

3.4客戶端服務(wù)

客戶端采用WPF開(kāi)發(fā)界面，底層邏輯部分使用C#語(yǔ)言。百度地圖API所在的HTML文件保存在中間件服務(wù)器中，中間件服務(wù)器提供網(wǎng)站服務(wù)?？蛻舳送ㄟ^(guò)WPF中的WebBrowser控件加載遠(yuǎn)程服務(wù)器中的HTML文件，再通過(guò)WPF中WebBrowser的方法InvokeScript實(shí)現(xiàn)與界面HTML中的JavaScript函數(shù)交互，實(shí)時(shí)的將后臺(tái)數(shù)據(jù)顯示在地圖界面上。

通過(guò)Python第三方庫(kù)“Requests”來(lái)與中間件服務(wù)器進(jìn)行Http協(xié)議交互。中間件服務(wù)器提供各種信息調(diào)用API，此部分通過(guò)內(nèi)置的第三方函數(shù)發(fā)送Http信息調(diào)用 “host：/api/v1/node/application/0000000000000001/0/100000”獲取連接上服務(wù)器的所有節(jié)點(diǎn)設(shè)備號(hào)，其中“0000000000000001”代表區(qū)分終端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用號(hào)，“0”代表獲取的信息數(shù)據(jù)中的偏移量，“100000”表示獲取的節(jié)點(diǎn)總數(shù)量。

中間件支持Mqtt短消息設(shè)備通過(guò)Mqtt協(xié)議發(fā)布傳感器信息主題到Mqtt服務(wù)器。

Python開(kāi)發(fā)從中間件獲取傳感器采集信息部分使用第三方庫(kù)“paho”訂閱Mqtt服務(wù)器主題“application/0000000000000001/node/+/rx“訂閱終端設(shè)備上報(bào)的傳感器信息。

payload為獲取的終端節(jié)點(diǎn)具體的上報(bào)信息。

4.結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目所創(chuàng)建的電纜井實(shí)況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供了一種可行性較強(qiáng)且有實(shí)際意義的城市電力管理系統(tǒng)。通過(guò)本系統(tǒng)的實(shí)施推廣，可以在很大程度上減少供電部門(mén)的人力物力成本。在傳統(tǒng)電力行業(yè)加入互聯(lián)網(wǎng)，提高了系統(tǒng)的可靠性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并處理。

參考文獻(xiàn)

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