王琦　王憲菊　賈國權(quán)　陳韜

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

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

1.引言

近年來，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)點會設(shè)有電纜井。然而電纜井由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題常常會積水，往往會對電纜造成一定程度的腐蝕，不利于電纜的安全穩(wěn)定運行;同時電纜節(jié)點由于其特殊結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵節(jié)點內(nèi)部會積聚熱量，熱量過高同樣給電纜帶來了安全隱患。

2.電纜井實況監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

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)需要上報數(shù)據(jù)庫存儲，采用進(jìn)行二次開發(fā)的中間件作為Lora服務(wù)器。

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

3.系統(tǒng)具體實施方案

3.1數(shù)據(jù)采集層

本項目采用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井內(nèi)氣體、液位和電纜溫度進(jìn)行測量。MQ-2氣體傳感器工作電壓DC5V，功耗電流150mA。氣體傳感器通過與Lora終端模塊通過AD轉(zhuǎn)換接口連接;液位傳感器測量范圍在0—5M水深，工作環(huán)境溫度在-40-85℃，采用DC24V供電方式，通過感受周圍液壓的變化;DS18B20溫度傳感器模塊，模塊采用3.3V供電，測溫范圍在-55℃-125℃。為了保證測量結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，本項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無線通信技術(shù)，與普通的無線相比，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

本項目選擇采用MySql作為數(shù)據(jù)存儲與讀取的中間部分。數(shù)據(jù)庫字段設(shè)計devEUI用來保存終端設(shè)備16位長地址并且設(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)點上報數(shù)據(jù)的時間，liquidlvl為終端設(shè)備上報的具體數(shù)據(jù)。

中間件可以實時管理終端節(jié)點信息，所有的終端節(jié)點將會根據(jù)組別在中間件顯示。

終端節(jié)點上報的信息會實時存儲在數(shù)據(jù)庫中，具體的傳感器信息經(jīng)過Based64加密上報的中間件服務(wù)器，在客戶端顯示需要經(jīng)過解密。

數(shù)據(jù)庫通過Python開發(fā)的程序進(jìn)行管理，分為兩個部分。第一個部分通過中間件提供的API采用HTTP協(xié)議獲取中間件服務(wù)器中的終端設(shè)備號;第二個部分是Mqtt客戶端，通過Mqtt標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議訂閱中間件服務(wù)器中Lora終端實時上報的傳感器信息。

3.4客戶端服務(wù)

客戶端采用WPF開發(fā)界面，底層邏輯部分使用C#語言。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)。客戶端通過WPF中的WebBrowser控件加載遠(yuǎn)程服務(wù)器中的HTML文件，再通過WPF中WebBrowser的方法InvokeScript實現(xiàn)與界面HTML中的JavaScript函數(shù)交互，實時的將后臺數(shù)據(jù)顯示在地圖界面上。

通過Python第三方庫“Requests”來與中間件服務(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)點設(shè)備號，其中“0000000000000001”代表區(qū)分終端節(jié)點的應(yīng)用號，“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)點總數(shù)量。

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

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

payload為獲取的終端節(jié)點具體的上報信息。

4.結(jié)束語

本項目所創(chuàng)建的電纜井實況監(jiān)測系統(tǒng)，提供了一種可行性較強且有實際意義的城市電力管理系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)的實施推廣，可以在很大程度上減少供電部門的人力物力成本。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，能及時發(fā)現(xiàn)故障并處理。

參考文獻(xiàn)

[1]羅貴英.基于LoRa的水表抄表系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 浙江工業(yè)大學(xué)電子與通信工程， 2016.

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[3]廉王龍.? 基于無線技術(shù)的電纜測溫裝置研究[J]. 能源技術(shù)與管理，2017（06）.

[4]? 王悅，姚金杰.? 井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺設(shè)計及實現(xiàn)[J]. 計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2017（03）.