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引言：
随着无线通信的发展，无线物联技术开始在各行各业被广泛应用，目前电力系统中最常用的有LORA， NB-IoT，4G 等技术，其中远距离和低功耗之间的矛盾问题，[1]一直都在探索最优解决方案。 窄带广域是这两年发展最为迅速的领域，LoRa 是较为成熟的技术，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3倍-5倍。同时具有覆盖范围广、功耗低等特点。[2]该技术基于扩频技术，线性调制扩频的一个变种，具有前向纠错能力，抗干扰性强。[3]在当前的变电站和配网线路中熔断器的大量使用，是切断隔离故障有效手段，熔断器是否熔断，状态是否完好，为工作人员定位和查及更换造成了不少困扰。 随着通信技术日益发展和单片机处理能力的提智能变电站基于LoRa 通信熔断器监测方案
文|张博 钱瑞琦 李佩 蒋丽萍 杨宏
【摘要】 基于LoRa 无线传输技术，本文设计了一套由无线传感、网关设备和云服务器组成的传输系统，充分利用物联网技术建立设备身份识别和状态感知，实现电力系统配电网熔断器数据的智能采集、实时传输和自动分析，实现熔断器状态实时掌握、接点温度异常预警、人机信息分布式快速上报、研判评估、辅助诊断等，以效率提升为牵引，构建“实用化、主动化、闭环式”配电网熔断器状态在监测及故障定位体系，该系统充分发挥了LoRa 技术在远距离、低功耗及大规模组网等方面的突出优点，对物联网系统在配电网熔断器在线监测的设计、开发和部署具有一定参考意义。 【关键词】 物联网 无线传输 熔断器监测
高，以及无线物联网技术的应用为大面积低成本覆盖熔断器，实现全方位设备在线监测提供了可能。
一、系统总体设计
基于LoRa 技术实现的配电熔断器监测，利用了广域无线传输，网络拓扑采用星型结构，以网关为中心，采用了标准的网络版MODBUS 通信协议。传输了温度和熔断器状态，并可通过网关机数据共享，结构简单、接入灵活适合中速信息采集。[6]
话语标记系统主要由智能系统输入设备（监控传感器、数据采集端），
网络通信系统（交换机、现场总线、网关）以及云服务器、移动终端构成。其中采集节点主要完成与传感节点通信、设备状态感知以及本地数据存储等功能；设备主要完成多通道LoRa 数据收发处理和网关功能；服务器主要完成用户注册、设备管理、通信协议解析、网络管理以及信息采集的呈现等功能，
图1 节点拓扑图
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系统架构如图2所示。
图2 系统构架图
二、系统硬件设计
（一）LoRa 终端设备硬件设计
图3 微动开关
图4 安装示意
终端设备硬件功能单元由CPU 处理单元、LoRa 通信单元、传感器采集单元、电源管理单元、按键与
指示灯单元及SWD 调试单元等组成。图3为微动开关选型，图4是安装示意。
1. CPU 处理单元
i.MX RT 系列处理器完美融合了低功耗应用处理器和高性能微控制器的优势，是业界首款跨界处理器，以实惠的价格提供超高性能 Arm ® Cortex ®-M7 内核、实时功能和 MCU 可用性，且拥有行业最低的动态功耗，带集成 DC-DC 转换器。i.MX RT1060 基于 Arm ® Cortex ®-M7 内核，运行频率 600 MHz(工业级为 528MHz)。1MB 片上SRAM - 多达 512KB 可配置为紧耦合存储器 (TCM)，实时低延迟响应，低至 20 ns，丰富的外部存储接口选项 NAND、eMMC、QuadSPI NOR Flash 和 Parallel NOR Flash。
2. LoRa 通信单元
LoRa 通信单元主要采用基于 SX1301 数字基带芯片，空旷环境可覆盖半径 5km 的区域。终端休眠功耗仅1.6uA，支持 LoRaWAN V1.0.2 标准协议 Class A 和 Class C。从 0.3kbps 到 6kbps 可选，IP65 防水，POE 供电，GPS 定位对时（选配），防雷（选配）。在抗阻塞和选择性方面也具有明显优势。达到了长距离、抗干扰强和低功耗。
（二） LoRa 网关硬件设计
网关具备 8 个通道（对应 8 个频点），每个通道支持 6 种速率（SF7～SF12），加 LoRa Std，可以对 49 个 LoRa 信号解码。基于 LoRa TM 扩频调制技术，安装高增益 470MHz 全向玻璃钢天线，网关与终端有效通信距离空旷可达 5km。硬件平台主要包括CPU 数据处理单元、通信接口（LoRa 接口、以太网接口，RS485接口）同时具备GPS+北斗卫星定位模块。如下图5硬件系统组成：
图5 硬件系统组成 三、系统软件设计
扩散系数系统软件主要包括熔断器位置采集和触电温度采集算法和节能算法、网关数据缓冲和协议转换算法，服务器云平台WEB 服务软件和移动端软件三部分。
（一）LoRa 终端设备软件设计
LoRa 终端设备软件采用分层设计。整个软件分为操作系统层、硬件驱动层、数据库层和应用服务层，
软件总体架构如图6
所示。
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图6 软件构架
（二）服务器平台软件设计
云平台是数据汇集、存储、处理的中心。基于云平台的熔断器云监测系统，通过LORA 网关采集现场的熔断器状态传感器和温度传感器数据、传输到云平台，为实现熔断开关远程监控、远程维护、故障预警提供技术手段。综合展示部分集中展示熔断器数据主要包括4个模块：总信息展示、当日状态展示、分类状态展示、分项状态展示。
1.用户管理模块
黑龙江省畜牧研究所主要是通过用户角权限管理模块，实现用户注册，权限分配，对接相关的网站服务。
2.传输服务模块
在安全可靠的基础上，为设备提供多种协议接入、消息流管理、数据解析及数据处理能力。平台提供基础设备管理功能以连接、管理海量设备，实现设备的消息通信与数据采集持久化；集成规则引擎与数据可视化管理，灵活开放多种权限级别的管理、控制API，通过API 可快速开发上层应用，实现多端接入、设备远程控制。
3.设备管理模块
终端注册开通与生命周期管理，提供状态、故障、上报数据的不间断监控；无需变更设备端数据上报格式，支持在云端编写解码插件进行解析；基于Pulsar，内置灵活的SQL 表达式及丰富的处理函数，实现终端消息实时解析、高速持久化、规则处理及不
参 考 文 献
[1]郑华开.LoRa 技术给未来物联网产品带来新的起点[J].电子世界，2016,(15):146.
[2] AUGUSTIN A ，YIJiazi， CLAUSEN T， et al.AStudyofLoRa： Long Range & Low Power Networks for The Internet of Things[J].Sensors，2016,16(9):1466-1483.
[3] Semtech Corporation.Chirp Signal Processor：European， EP2975814A1[P].2016-01-20.
[4]姚曉海，张晓波.一种LoRa 网关路由器及物联网系统.广东， CN205829662U[P].2016-12-21.
[5] GEORGIOU O，RAZA U.Low Power Wide Area Network Analysis：Can LoRa.Scale ？[J].IEEE Wireless Communications Letters， 2017,6(2):162-165.
[6]侯义斌，王进.LoRaWAN 技术研究[J].读书文摘，2017,(13):38.
[7]孙曼，张乃谦，金立标，等.基于LoRa 标准的MAC 层协议研究[J].电视技术， 2016,40(10):77-81.[8]刘琛，邵震，夏莹莹.低功耗广域LoRa 技术分析与应用建议[J].电信技术，2016,50(5):43-46，50.
同类型的动作触发；开放丰富的REST API 接口，灵活可配置的应用权限，快速构建各种上层应用。
4.状态呈现模块
云服务器平台界面风格采用简洁大方的操作面板形式，布局及功能可在线组态，从而实现快速的现场配置。界面支持多种调主题，客户可以根据自己的喜好自由选择。界面支持多语言，会根据操作系统的语言及地区设置，自动选择相应的语言文字。，通过状态呈现界面，可以清楚地了解当前入网的终端设备和设备的分布情况，以及每个设备当前的状态信息。系统状态检测包括各支路能源设备
状态检测、采集器采集状态监测、采集器通信状态检测、系统数据状态检测等，用户可通过系统状态检测功能全面了解全网熔断器状态情况、现场数据采集状态以及后台实时数据处理引擎的运行状态。
5.系统检测告警
单车 pis
熔断器熔断告警：熔断器熔断情况并实时推送到监测中心综合展示区域。
接触点温度异常告警：系统通过对各支路实时采集能源数据进行业务一致性分析，对异常数据进行自动筛查发现，并进行实时上报预警。
通讯异常告警：包括传感器数据采集异常告警、采集器通信异常告警，主要信息包括告警设备、通讯中断时间、通讯中断时长等信息。
四、结束语
本项目提出了基于LoRa 实现熔断器监测数据在线传输的解决方案，充分利用物联网技术建立设备身份识别和状态感知传感器及装置、实现电力系统各个环节万物互联、强化生产现场数据的智能采集、实时传输和自动分析，实现设备状态实时掌握、状态异常提前预警、人机信息分布式快速交互、研判评估、辅助诊断等，以效率提升为牵引，构建“实用化、主动化、闭环式”变电站熔断器状态在监测及故障定位体系。相信LoRa 技术将来能够在熔断器在线监测占据一席之地。[8]
作者单位：张博 钱瑞琦 李佩 蒋丽萍 杨宏 国
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云访问接口
无线数据采集
开关量输入通信接口数据采集
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