一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统的制作方法

1.本实用新型属于智能物联网设备领域，特别涉及一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统。

背景技术：

2.电力系统中的电力设备很多，根据它们在运行中所起的作用不同，通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电气一次设备，主要有发电机、电动机、变压器、断路器和电力电缆等设备。为了保护保证电气一次设备的正常运行，对其运行状态进行测量、监视、控制和调节等的设备称为电气二次设备，主要有各种测量表计、各种继电保护及自动装置、直流电源设备等。在这样的情况下，各式各样的电力设备监测系统也应运而生。
3.电力设备状态监测系统的主要目的是采取有效的监测、分析和诊断技术，及时、准确的掌握设备运行的各种状态，从而保证电力设备的正常运行。监测的主要目的是及时发现设备可能出现故障的各种问题，从而在设备出现故障或设备功能下降影响正常工作之前，及时维修、更换设施，以避免各种危机生命财产安全的事故的发生。然而，由于一次电气设备大多分布在工厂和楼宇的各个角落中，对它们进行监测的二次电气设备也因此位置较为分散，所以，在现有的一些电力设备监测系统中会使用一些无线技术来采集二次电气设备中的数据，然而即使现有的一些无线技术如lora已经有了很长的传输距离和很强的穿墙技能，但依旧满足不了很多环境恶劣的现场。针对某些特殊的应用场景，如一些4g信号较差的地下室，需要将lora模块安装在较远的地面上，这时，即使lora技术能将数据传输很远的距离，也可能无法满足现场的需求，会有很高的丢包率。因此，目前急需一套传输距离更远和穿墙能力更强的监测方式来解决上述技术问题。

技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的用于远距离无线传输的电力设备监测系统。
5.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
6.本实用新型提供一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统，将多个二次电气设备按照区域进行划分，所述系统包括与各个划分区域一一对应的lora节点模块、lora中继器、lora网关模块和远程服务器，所述lora节点模块包括gd32最小系统电路1、485通讯电路、lora无线通讯电路1和电源电路1，所述lora中继器包括gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2、lora无线通讯电路3和电源电路2，所述lora网关模块包含控制器、lora无线通讯电路4、4g通讯电路和电源电路3。
7.所述485通讯电路与对应划分区域的各个二次电气设备电连接，所述485通讯电路和lora无线通讯电路1均与gd32最小系统电路1电连接，所述gd32最小系统电路1、485通讯电路和lora无线通讯电路1均与电源电路1电连接，所述lora无线通讯电路2与lora无线通
讯电路1电连接，所述lora无线通讯电路2和lora无线通讯电路3均与gd32最小系统电路2电连接，所述gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2与lora无线通讯电路3均与电源电路2电连接，所述lora无线通讯电路4与lora无线通讯电路3电连接，所述4g通讯电路、lora无线通讯电路均与控制器电连接，所述4g通讯电路、lora无线通讯电路和控制器均与电源电路3电连接。
8.本实用新型的积极进步效果在于：
9.本实用新型使用lora技术可解决工厂或楼宇中二次电气设备位置分散、距离较远和墙壁较厚不方便数据传输的问题，能够满足现场的需求，大大减少丢包率。本实用新型具有传输距离远、低功耗和高穿透等优点。
附图说明
10.图1为本实用新型的用于远距离无线传输的电力设备监测系统结构示意图。
11.图2为本实用新型中lora节点模块的gd32最小系统电路1原理图。
12.图3为本实用新型中lora节点模块的lora无线通讯电路1原理图。
13.图4为本实用新型中lora节点模块的485通讯电路原理图。
14.图5为本实用新型中lora节点模块的电源电路1原理图。
15.图6为本实用新型中lora网关模块的控制器原理图。
16.图7为本实用新型中lora网关模块的4g通讯电路原理图。
17.图8为本实用新型中lora网关模块的lora无线通讯电路4原理图。
18.图9为本实用新型中lora网关模块的电源电路3原理图。
具体实施方式
19.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，本实施例提供一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统，将多个二次电气设备按照区域进行划分，划分出n个区域，n为正整数，所述系统包括与划分区域1一一对应的lora节点模块1、lora中继器1、lora网关模块1、
……
、与划分区域n一一对应的lora节点模块n、lora中继器n、lora网关模块n和远程服务器(如云服务器)。
21.其中，每个lora节点模块包括gd32最小系统电路1、485通讯电路、lora无线通讯电路1和电源电路1，485通讯电路与对应划分区域的各个二次电气设备电连接，485通讯电路和lora无线通讯电路1均与gd32最小系统电路1电连接，gd32最小系统电路1、485通讯电路和lora无线通讯电路1均与电源电路1电连接。
22.每个lora中继器包括gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2、lora无线通讯电路3和电源电路2，lora无线通讯电路2与lora无线通讯电路1电连接，lora无线通讯电路2和lora无线通讯电路3均与gd32最小系统电路2电连接，gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2与lora无线通讯电路3均与电源电路2电连接。
23.每个lora网关模块包含控制器、lora无线通讯电路4、4g通讯电路和电源电路3，lora无线通讯电路4与lora无线通讯电路3电连接，4g通讯电路和lora无线通讯电路均与控制器电连接，4g通讯电路、lora无线通讯电路和控制器均与电源电路3电连接。
24.如图2所示为gd32最小系统电路1的电路图：采用gd32f130g8u6作为gd32控制芯片，gd32控制芯片的引脚19、引脚25、引脚10、引脚13、引脚11和引脚12分别与电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的一端电连接，电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的另一端接入lora无线通讯电路1，上述电阻均用于抑制信号传输时产生的振铃，即信号上升沿或下降沿附近的抖动。gd32控制芯片的引脚8、引脚9和引脚18均与485通讯电路电连接，gd32控制芯片的引脚2分别与晶振x1的一端和电容c22的一端电连接、引脚3分别与晶振x1的另一端和电容c23的一端电连接，电容c22的另一端和电容c23的另一端均接地，其中电容c22与c23为负载电容，可以影响到晶振的谐振频率和输出幅度。gd32控制芯片的引脚14与电阻r18的一端电连接，电阻r18的另一端与三极管q1的基极电连接，三极管q1的集电极与发光二极管ld1的阴极电连接、发射极接地，发光二极管ld1的阳极接电阻r15，电阻r15的另一端接入+3.3v，当gd32控制芯片的引脚14输出高电平，三极管q1导通，发光二极管ld1点亮，可用于显示电路工作状态。
25.如图3所示为lora无线通讯电路1的电路图：采用vc1sx-1278a芯片作为lora通讯芯片，lora通讯芯片与gd32控制芯片之间通过spi总线通讯，lora通讯芯片的rst引脚连接上拉电阻r12保持高电平、同时rst引脚与电阻r14另一端电连接，当rst引脚接收到低电平时，lora通讯芯片被复位。lora通讯芯片的sck引脚与电阻r20的另一端电连接，sck引脚作为lora通讯芯片的时钟引脚，lora通讯芯片的miso引脚与电阻r21的另一端电连接，lora通讯芯片通过miso引脚向gd32控制芯片输出数据，同时miso引脚接电容c15的一端，电容c15的另一端接地，电容c15为去耦电容，可以去除掉输出信号的高频谐波噪声，使输出信号干净。lora通讯芯片的mosi引脚与电阻r19的另一端电连接，所述lora通讯芯片通过mosi引脚接收gd32控制芯片输出的数据，同时mosi引脚接电容c16的一端，电容c16的另一端接地，电容c16为旁路电容，可以去除输入信号的高频，把外界的谐波去除。lora通讯芯片的nss引脚连接上拉电阻r11保持高电平、同时nss引脚与电阻r17的另一端电连接，nss引脚作为lora通讯芯片的片选引脚。lora通讯芯片的dio0引脚连接上拉电阻r3保持高电平、同时dio0引脚与电阻r16的另一端电连接，dio0引脚作为lora通讯芯片的中断输出引脚，通过配置寄存器，可以在芯片接收完数据、发送完数据或者cad检测后发出信号，使得gd32控制芯片产生中断。lora通讯芯片的ant引脚接入一个lora天线以增强信号，lora通讯芯片的v3.3引脚和gnd引脚之间并联有电容c17和c18，此电容起到滤波作用。
26.如图4所示为485通讯电路的电路图：采用azrs485e芯片实现uart信号与485差分信号的相互转换，同时为了做到交直流隔离，azrs485e芯片与gd32控制芯片之间使用el357n光耦进行隔离。azrs485e芯片的引脚1接入限流电阻r5的一端，所述限流电阻r5的另一端接入el357n光耦n1的管脚2，el357n光耦n1的管脚1接入+5v、管脚3接地、管脚4通过上拉电阻r2接入+3.3v同时与gd32控制芯片的引脚9电连接，用于向gd32控制芯片发送数据；azrs485e芯片的引脚4通过上拉电阻r9接入ac_+5v、同时接入el357n光耦n3的管脚4，el357n光耦n3的管脚1接入+3.3v、管脚3接地、管脚2接限流电阻r10的一端，限流电阻r10的另一端接gd32控制芯片的引脚8，用于接收gd32控制芯片发来的数据；azrs485e芯片的引脚
2与引脚3并联接下拉电阻r6后接地、同时接入el357n光耦n2的管脚3，el357n光耦n2的管脚1接入+3.3v、管脚2接限流电阻r8的一端，限流电阻r8的另一端接gd32控制芯片的引脚18，用于控制azrs485e芯片处于接收还是发送模式；azrs485e芯片的引脚6通过上拉电阻r7接入ac_+5v、引脚7接下拉电阻r4后接地，共同实现了485差分信号的输入和输出，同时引脚6和引脚7并联接入tvs二极管vd1，用于保护电路；azrs485e芯片的引脚6和引脚7接入端口j1，端口j1用于与对应划分区域的各个二次电气设备电连接。
27.如图5所示为电源电路1的电路图：用于将220v交流电压分别转换为交流侧的+5v电压即ac_+5v、直流侧的直流+5v即dc_+5v和直流+3.3v即dc_+3.3v并对其他电路进行供电。
28.lora无线通讯电路1的lora通讯芯片的引脚13与dc_+3.3v连接、引脚14通过电阻r3与dc_+3.3v连接，gd32最小系统电路1的gd32控制芯片的引脚17与dc_+3.3v连接，485通讯电路的azrs485e芯片的引脚8、el357n光耦n1的引脚1、el357n光耦n2的引脚4和el357n光耦n3的引脚4与ac_+5v连接，同时el357n光耦n1的引脚4、el357n光耦n2的引脚1和el357n光耦n3的引脚1与dc_+3.3v连接。
29.电源电路1分为3个部分，其中有交流侧直流5v标记为ac_+5v，直流侧直流5v和直流3.3v分别标记为dc_+5v和dc_+3.3v，交流和直流完全分开，地线ac_gnd直接连到火线ac_l，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，压敏电阻rv1防止电压不稳定对其他电器元件造成伤害，变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的引脚5、引脚6输出交流15v，经二极管d1、二极管d3、二极管d4、二极管d5组成的整流桥转为直流15v(dc_+15v)。直流15v通过作为开关电压调节器的lm2596芯片转为直流5v(dc_+5v)，lm2596芯片在特定的输入电压和输出负载的条件下，可以保证输出电压的误差在
±
4％的范围内，确保了电路了稳定性。直流5v最后经作为低压差电压调节器的lm117-3.3芯片转为直流3.3v(dc_+3.3v)。变压器t1的引脚3与地线ac_gnd直连串联热敏电阻rt1(型号为ntc5d_7的热敏电阻)，变压器t1的引脚2、引脚4连接作为电压调节器的78m05芯片，交流侧通过从变压器t1的一次侧根据线圈的比例引出18v的电压输入至78m05芯片，输出交流侧直流5v电压，作用是对485通讯电路进行供电。电路中其余电容为滤波作用。
30.每个lora中继器中，lora中继器与lora节点模块结构相似，只是将lora节点模块中的485通讯电路换成lora无线通讯电路2。gd32最小系统电路2的电路图与gd32最小系统电路1的电路图相同，lora无线通讯电路2和lora无线通讯电路3的电路图与lora无线通讯电路1相同，电源电路2的电路图与电源电路1的电路图相同。
31.如图6所示，控制器采用stm32f103c8t6芯片。
32.如图7所示为4g通讯电路的电路图：采用l710-cn作为4g芯片，所述4g芯片的引脚2(din_ant)为分集式天线引脚、并与0欧姆电阻r14电连接，0欧姆电阻r14的另一端与分集式天线j4的引脚1电连接，分集式天线j4的引脚2和引脚3接地，所述分集式天线j4收到4g信号通过引脚1发送给4g芯片；4g芯片的引脚41(main_ant)为主集式天线引脚、并与0欧姆电阻r10连接，0欧姆电阻r10的另一端与主集式天线j2的引脚1电连接，主集式天线j2的引脚2和引脚3接地，主集式天线j2通过引脚1接收和发送4g信号。其中主集式天线j2负责射频信号的发送和接收，分集式天线j4只接收不发送，当4g信号传递给4g天线的时候，主集式天线j2和分集式天线j4同时可以接收到，这样就有两路信号了，然后4g芯片可以选择一路最好的
信号进行处理。4g芯片的引脚37为数据信号接收脚、并与电阻r2电连接，电阻r2的另一端与三极管q1的集电极电连接，三极管q1的集电极通过电阻r1接电压、基极通过电阻r3接电压、发射极通过电阻r4接入控制器的串口数据信号发送脚(stm32f103c8t6芯片的引脚30)，三极管q1的基极为+1.8v的高电平，则三极管q1导通，这样控制器的数据信号到达4g芯片的数据信号接收脚。4g芯片的引脚38为数据信号发送脚、并与三极管q2的发射极电连接，三极管q2的基极通过电阻r11接电压、集电极通过电阻r接电压、集电极还通过限流电阻r9和限流电阻r8接入控制器的串口数据信号接收脚(stm32f103c8t6的芯片引脚31)，三极管q2的基极为+1.8v的高电平，则三极管q2导通，4g芯片发送的信号经过限流电阻r8、r9到达控制器的串口数据信号接收脚，这样4g芯片的数据信号将发送给控制器。4g芯片的引脚5通过限流电阻r20与三极管q5的基极电连接，三极管q5的基极分别通过电阻r21和电容c12接地、发射极接地、集电极通过限流电阻r19与三极管q4的基极电连接、集电极还通过电阻r18与发光二极管led2的阳极电连接，三极管q4的集电极通过电阻r17与发光二极管led2的阴极电连接、发射极接地。当4g芯片工作正常时，当4g芯片的引脚5输出高电平，则三极管q5导通，三极管q5的集电极为高电平，三极管q4的基极通过限流电阻r19与三极管q5的集电极相连，则三极管q4导通，发光二极管led2点亮，指示4g通讯电路正常工作。4g芯片通过引脚29、引脚32、引脚31、引脚30分别与sim卡相连，为sim卡提供电源、复位信号、时钟信号、数据信号，sim卡将为4g通讯电路在与远程服务器通讯时提供入网保障。这样通过4g通讯电路实现了lora网关模块与远程服务器的数据通讯。
33.lora无线通讯电路4与lora无线通讯电路的电路图不一样，如图8所示为lora无线通讯电路4的电路图：lora无线通讯电路4与stm32f103c8t6芯片之间通过spi总线通讯，lora无线通讯电路4采用ra-02作为lora模块，lora模块的reset引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚13电连接，当reset引脚接收到低电平时，lora模块被复位。lora模块的sck引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚15电连接，sck引脚作为lora模块的时钟引脚。lora模块的miso引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚16电连接，lora模块通过miso引脚向stm32f103c8t6芯片输出数据。lora模块的misi引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚17电连接，lora模块通过misi引脚接收stm32f103c8t6芯片输出的数据。lora模块的nss引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚14电连接，nss引脚作为lora模块的片选引脚。lora网关模块通过lora无线通讯电路4与lora中继器进行通讯，接收lora中继器发过来的数据，再通过4g通讯电路发送给远程服务器，同时可以将从远程服务器接收过来的数据发送给lora中继器。
34.如图9所示为电源电路3的电路图：电源电路3用于将220v交流电压转换为+5v、+3.3v和+3.6v直流电压，stm32f103c8t6芯片的引脚1、引脚9、引脚10、引脚24、引脚47、引脚48与电源电路3的+3.3v直流电连接，stm32f103c8t6芯片的引脚7通过电阻r19、引脚36通过r12分别与电源电路3的+3.3v直流电连接，stm32f103c8t6芯片的引脚10通过r10与电源电路3的+5v直流电连接，lora模块的引脚3与电源电路3的+3.3v直流电连接，4g芯片的引脚23、引脚24、引脚25与电源电路3的+3.6v直流电连接。图中其余电容皆为滤波作用。
35.零线端口j1、火线端口j2两端接入220v的零线与火线、以引入交流220v的电压，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，rv1为压敏电阻，防止电压不稳定，对其他电器元件造成伤害。变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的输出端经4个二极管组成的整流桥转为直流15v，+15v直流电压接入78m05芯片的vin引脚，经过78m05芯片
输出+5v直流电压，+5v直流电压接入ams1117-3.3芯片的vin引脚，经过ams1117-3.3芯片输出+3.3v直流电压，+15v直流电压接入tps54202ddcr芯片，tps54202ddcr芯片的使能脚en连接三极管q3的集电极，三极管q3的基极通过电阻r15与stm32f103c8t6芯片的引脚29相连接，当引脚29输出高电平时，三极管q3导通，tps54202ddcr芯片的使能脚en电平拉低，tps54202ddcr芯片被使能，将+15v直流电压转化为+3.6v直流电压，达到tps54202ddcr芯片对+3.6v直流电压输出的控制效果，从而达到对4g芯片电源输入的控制效果。
36.本实施例中，gd32最小系统电路主要用于将从各种测量表计等二次电气设备或者lora网关模块中接收到的数据进行处理，485通讯电路主要用于与二次电气设备进行通讯，以此从二次电气设备处获取电力设备的状态信息和其测量的一次电气设备的电压、电流、谐波等电气参数。
37.针对某些特殊的应用场景，如一些4g信号较差的地下室，需要将lora网关模块安装在较远的地面上，这时，即使lora技术能将数据传输很远的距离，也可能无法满足现场的需求，会有很高的丢包率。因此，针对这样的情况，在原来的lora体系框架下，本设计加入了lora中继器，其作用是通过lora无线传输电路2接收数据，再将接收到的数据通过lora无线传输电路3转发出去。
38.本实施例中，lora节点模块通过485通讯电路定时从二次电气设备中获取其监测的电力设备的状态信息和电压、电流、谐波等电气参数，并将这些数据和当时的时间戳存储到内存中。lora节点模块通过lora无线通讯电路1将电力设备数据传输至lora中继器，lora中继器通过lora无线通讯电路2接收电力设备数据，并将电力设备数据通过lora无线通讯电路3发送至lora网关模块，即lora节点模块中的电力设备数据通过lora中继器转发至lora网关模块。lora网关模块接收到响应后，将接收到的电力设备数据保存。同时，lora网关模块周期通过4g的方式将获取到的数据传输至云服务器。
39.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，将多个二次电气设备按照区域进行划分，所述系统包括与各个划分区域一一对应的lora节点模块、lora中继器、lora网关模块和远程服务器，所述lora节点模块包括gd32最小系统电路1、485通讯电路、lora无线通讯电路1和电源电路1，所述lora中继器包括gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2、lora无线通讯电路3和电源电路2，所述lora网关模块包含控制器、lora无线通讯电路4、4g通讯电路和电源电路3；所述485通讯电路与对应划分区域的各个二次电气设备电连接，所述485通讯电路和lora无线通讯电路1均与gd32最小系统电路1电连接，所述gd32最小系统电路1、485通讯电路和lora无线通讯电路1均与电源电路1电连接，所述lora无线通讯电路2与lora无线通讯电路1电连接，所述lora无线通讯电路2和lora无线通讯电路3均与gd32最小系统电路2电连接，所述gd32最小系统电路2、lora无线通讯电路2与lora无线通讯电路3均与电源电路2电连接，所述lora无线通讯电路4与lora无线通讯电路3电连接，所述4g通讯电路、lora无线通讯电路均与控制器电连接，所述4g通讯电路、lora无线通讯电路和控制器均与电源电路3电连接。2.如权利要求1所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述gd32最小系统电路1采用gd32f130g8u6作为gd32控制芯片，所述gd32控制芯片的引脚19、引脚25、引脚10、引脚13、引脚11和引脚12分别与电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的一端电连接，所述电阻r14、电阻r16、电阻r17、电阻r19、电阻r20和电阻r21的另一端接入lora无线通讯电路1，所述gd32控制芯片的引脚8、引脚9和引脚18均与485通讯电路电连接，所述gd32控制芯片的引脚2分别与晶振x1的一端和电容c22的一端电连接、引脚3分别与晶振x1的另一端和电容c23的一端电连接，所述电容c22的另一端和电容c23的另一端均接地，所述gd32控制芯片的引脚14与电阻r18的一端电连接，所述电阻r18的另一端与三极管q1的基极电连接，所述三极管q1的集电极与发光二极管ld1的阴极电连接、发射极接地，所述发光二极管ld1的阳极接电阻r15，所述电阻r15的另一端接入+3.3v。3.如权利要求2所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述lora无线通讯电路1采用vc1sx-1278a芯片作为lora通讯芯片，所述lora通讯芯片与gd32控制芯片之间通过spi总线通讯，所述lora通讯芯片的rst引脚连接上拉电阻r12保持高电平、同时rst引脚与电阻r14另一端电连接，所述lora通讯芯片的sck引脚与电阻r20的另一端电连接，所述sck引脚作为lora通讯芯片的时钟引脚，所述lora通讯芯片的miso引脚与电阻r21的另一端电连接，所述lora通讯芯片通过miso引脚向gd32控制芯片输出数据、同时miso引脚接电容c15的一端，所述电容c15的另一端接地，所述lora通讯芯片的mosi引脚与电阻r19的另一端电连接，所述lora通讯芯片通过mosi引脚接收gd32控制芯片输出的数据、同时mosi引脚接电容c16的一端，所述电容c16的另一端接地，所述lora通讯芯片的nss引脚连接上拉电阻r11保持高电平、同时nss引脚与电阻r17的另一端电连接，所述nss引脚作为lora通讯芯片的片选引脚，所述lora通讯芯片的dio0引脚连接上拉电阻r3保持高电平、同时dio0引脚与电阻r16的另一端电连接，所述dio0引脚作为lora通讯芯片的中断输出引脚，所述lora通讯芯片的ant引脚接入一个lora天线以增强信号，所述lora通讯芯片的v3.3引脚和gnd引脚之间并联有电容c17和c18。4.如权利要求3所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述
485通讯电路采用azrs485e芯片实现uart信号与485差分信号的相互转换，同时为了做到交直流隔离，所述azrs485e芯片与gd32控制芯片之间使用el357n光耦进行隔离，所述azrs485e芯片的引脚1接入限流电阻r5的一端，所述限流电阻r5的另一端接入el357n光耦n1的管脚2，所述el357n光耦n1的管脚1接入+5v、管脚3接地、管脚4通过上拉电阻r2接入+3.3v同时与gd32控制芯片的引脚9电连接，用于向gd32控制芯片发送数据；所述azrs485e芯片的引脚4通过上拉电阻r9接入ac_+5v、同时接入el357n光耦n3的管脚4，所述el357n光耦n3的管脚1接入+3.3v、管脚3接地、管脚2接限流电阻r10的一端，所述限流电阻r10的另一端接gd32控制芯片的引脚8，用于接收gd32控制芯片发来的数据；所述azrs485e芯片的引脚2与引脚3并联接下拉电阻r6后接地、同时接入el357n光耦n2的管脚3，el357n光耦n2的管脚1接入+3.3v、管脚2接限流电阻r8的一端，所述限流电阻r8的另一端接gd32控制芯片的引脚18，用于控制azrs485e芯片处于接收还是发送模式；所述azrs485e芯片的引脚6通过上拉电阻r7接入ac_+5v、引脚7接下拉电阻r4后接地，共同实现了485差分信号的输入和输出，同时引脚6和引脚7并联接入tvs二极管vd1，用于保护电路，所述azrs485e芯片的引脚6和引脚7接入端口j1，所述端口j1用于与对应划分区域的各个二次电气设备电连接。5.如权利要求4所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述电源电路1用于将220v交流电压分别转换为交流侧的+5v电压即ac_+5v、直流侧的直流+5v即dc_+5v和直流+3.3v即dc_+3.3v并对其他电路进行供电；所述lora无线通讯电路1的lora通讯芯片的引脚13与dc_+3.3v连接、引脚14通过电阻r3与dc_+3.3v连接，所述gd32最小系统电路1的gd32控制芯片的引脚17与dc_+3.3v连接，所述485通讯电路的azrs485e芯片的引脚8、el357n光耦n1的引脚1、el357n光耦n2的引脚4和el357n光耦n3的引脚4与ac_+5v连接，同时el357n光耦n1的引脚4、el357n光耦n2的引脚1和el357n光耦n3的引脚1与dc_+3.3v连接；所述电源电路1分为3个部分，其中有交流侧直流5v标记为ac_+5v，直流侧直流5v和直流3.3v分别标记为dc_+5v和dc_+3.3v，交流和直流完全分开，地线ac_gnd直接连到火线ac_l，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的引脚5、引脚6输出交流15v，经二极管d1、二极管d3、二极管d4、二极管d5组成的整流桥转为直流15v，直流15v通过作为开关电压调节器的lm2596芯片转为直流5v，直流5v最后经作为低压差电压调节器的lm117芯片转为直流3.3v，所述变压器t1的引脚3与地线ac_gnd直连串联热敏电阻rt1，所述变压器t1的引脚2、引脚4连接作为电压调节器的78m05芯片，交流侧通过从变压器t1的一次侧根据线圈的比例引出18v的电压输入至78m05芯片，输出交流侧直流5v电压。6.如权利要求1所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述控制器采用stm32f103c8t6芯片。7.如权利要求6所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述4g通讯电路采用l710-cn作为4g芯片，所述4g芯片的引脚2为分集式天线引脚并与0欧姆电阻r14电连接，所述0欧姆电阻r14的另一端与分集式天线j4的引脚1电连接，所述分集式天线j4收到4g信号通过引脚1发送给4g芯片；所述4g芯片的引脚41为主集式天线引脚并与0欧姆电阻r10连接，所述0欧姆电阻r10的另一端与主集式天线j2的引脚1电连接，所述主集式天线j2通过引脚1接收和发送4g信号；所述4g芯片的引脚37为数据信号接收脚并与电阻r2电
连接，所述电阻r2的另一端与三极管q1的集电极电连接，所述三极管q1的集电极通过电阻r1接电压、基极通过电阻r3接电压、发射极通过电阻r4接入控制器的串口数据信号发送脚，所述4g芯片的引脚38为数据信号发送脚并与三极管q2的发射极电连接，所述三极管q2的基极通过电阻r11接电压、集电极通过电阻r接电压、集电极还通过限流电阻r9和限流电阻r8接入控制器的串口数据信号接收脚，所述4g芯片的引脚5通过限流电阻r20与三极管q5的基极电连接，所述三极管q5的基极分别通过电阻r21和电容c12接地、发射极接地、集电极通过限流电阻r19与三极管q4的基极电连接、集电极还通过电阻r18与发光二极管led2的阳极电连接，所述三极管q4的集电极通过电阻r17与发光二极管led2的阴极电连接、发射极接地；所述4g芯片通过引脚29、引脚32、引脚31、引脚30分别与sim卡相连，为sim卡提供电源、复位信号、时钟信号、数据信号。8.如权利要求7所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述lora无线通讯电路4与stm32f103c8t6芯片之间通过spi总线通讯，所述lora无线通讯电路4采用ra-02作为lora模块，所述lora模块的reset引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚13电连接，所述lora模块的sck引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚15电连接，所述lora模块的miso引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚16电连接，所述lora模块的misi引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚17电连接，所述lora模块的nss引脚与stm32f103c8t6芯片的引脚14电连接。9.如权利要求8所述的用于远距离无线传输的电力设备监测系统，其特征在于，所述电源电路3用于将220v交流电压转换为+5v、+3.3v和+3.6v直流电压，所述stm32f103c8t6芯片的引脚1、引脚9、引脚10、引脚24、引脚47、引脚48与电源电路3的+3.3v直流电连接，所述stm32f103c8t6芯片的引脚7通过电阻r19、引脚36通过r12分别与电源电路3的+3.3v直流电连接，所述stm32f103c8t6芯片的引脚10通过r10与电源电路3的+5v直流电连接，所述lora模块的引脚3与电源电路3的+3.3v直流电连接，所述4g芯片的引脚23、引脚24、引脚25与电源电路3的+3.6v直流电连接；零线端口j1、火线端口j2两端接入220v的零线与火线以引入交流220v的电压，火线ac_l和零线ac_n之间串接压敏电阻rv1，变压器t1为将一次侧的交流220v转15v的变压器，变压器t1的输出端经4个二极管组成的整流桥转为直流15v，+15v直流电压接入78m05芯片的vin引脚，经过78m05芯片输出+5v直流电压，+5v直流电压接入ams1117-3.3芯片的vin引脚，经过ams1117-3.3芯片输出+3.3v直流电压，+15v直流电压接入tps54202ddcr芯片，tps54202ddcr芯片的使能脚en连接三极管q3的集电极，三极管q3的基极通过电阻r15与stm32f103c8t6芯片的引脚29相连接，当引脚29输出高电平时，三极管q3导通，tps54202ddcr芯片的使能脚en电平拉低，tps54202ddcr芯片被使能，将+15v直流电压转化为+3.6v直流电压，达到tps54202ddcr芯片对+3.6v直流电压输出的控制效果，从而达到对4g芯片电源输入的控制效果。

技术总结

本实用新型公开一种用于远距离无线传输的电力设备监测系统，将多个二次电气设备按照区域进行划分，系统包括与各个划分区域一一对应的LoRa节点模块、LoRa中继器、LoRa网关模块和远程服务器，LoRa节点模块包括GD32最小系统电路1、485通讯电路、LoRa无线通讯电路1和电源电路1，LoRa中继器包括GD32最小系统电路2、LoRa无线通讯电路2、LoRa无线通讯电路3和电源电路2，LoRa网关模块包含控制器、LoRa无线通讯电路4、4G通讯电路和电源电路3。使用LoRa技术可解决工厂或楼宇中二次电气设备位置分散、距离较远和墙壁较厚不方便数据传输的问题，能满足现场的需求，大大减少丢包率。大大减少丢包率。大大减少丢包率。

技术研发人员：

顾永盛 范贤军 陆晓成 许文专 张凤雏

受保护的技术使用者：

江苏斯菲尔电气股份有限公司

技术研发日：

2022.08.03

技术公布日：

2022/11/2