基于LoRa技术的电缆井实况监测系统设计与实现

王琦　王宪菊　贾国权　陈韬

摘要：本文介紹了一种基于LoRa技术的电缆井实况监测平台。主要实现对电缆井内部的液位以及电缆关键节点的温度集中监控，最终实现节约人力物力投入、电缆故障预警和及时高效指挥检修的目的。

关键词：电缆井监测平台;物联网;温度监控;液位监控;LoRa

1.引言

近年来，电力设施布设逐渐由地上架空转变为地下电缆线路，地下电缆线路关键节点会设有电缆井。然而电缆井由于内部结构问题常常会积水，往往会对电缆造成一定程度的腐蚀，不利于电缆的安全稳定运行;同时电缆节点由于其特殊结构，关键节点内部会积聚热量，热量过高同样给电缆带来了安全隐患。

2.电缆井实况监测系统的总体设计方案

数据采集层：数据采集是整套系统的最前端，本套系统采用液位传感器、气体传感器以及温度传感器。

网络传输层：选择了网络频段免费的Lora组网，Lora网关采用以太网通讯。

中间服务器层： Lora终端的数据需要上报数据库存储，采用进行二次开发的中间件作为Lora服务器。

客户端服务层：采用C/S架构，使用WPF框架开发客户端界面，底层逻辑采用C#以及Python开发，使用Mysql作为数据存储库。

3.系统具体实施方案

3.1数据采集层

本项目采用MQ-2气体传感器、投入式液位传感器和DS18B20温度传感器模块分别对井内气体、液位和电缆温度进行测量。MQ-2气体传感器工作电压DC5V，功耗电流150mA。气体传感器通过与Lora终端模块通过AD转换接口连接;液位传感器测量范围在0—5M水深，工作环境温度在-40-85℃，采用DC24V供电方式，通过感受周围液压的变化;DS18B20温度传感器模块，模块采用3.3V供电，测温范围在-55℃-125℃。为了保证测量结构的准确性，本项目采用接触式温度传感器。

3.2数据传输层

Lora是一种新兴的Sub-1G无线通信技术，与普通的无线相比，它功耗更低，通信距离更远^[1]。数据输送到网关以后，使用以太网在安全可靠的的局域网里面进行井内信息的传输。

3.3中间件服务器

本项目选择采用MySql作为数据存储与读取的中间部分。数据库字段设计devEUI用来保存终端设备16位长地址并且设置为主键值确保其唯一性。Longtitude以及latitude用来保存终端设备的经纬度信息，从而结合地图显示终端地理位置信息。Time则为终端节点上报数据的时间，liquidlvl为终端设备上报的具体数据。

中间件可以实时管理终端节点信息，所有的终端节点将会根据组别在中间件显示。

终端节点上报的信息会实时存储在数据库中，具体的传感器信息经过Based64加密上报的中间件服务器，在客户端显示需要经过解密。

数据库通过Python开发的程序进行管理，分为两个部分。第一个部分通过中间件提供的API采用HTTP协议获取中间件服务器中的终端设备号;第二个部分是Mqtt客户端，通过Mqtt标准协议订阅中间件服务器中Lora终端实时上报的传感器信息。

3.4客户端服务

客户端采用WPF开发界面，底层逻辑部分使用C#语言。百度地图API所在的HTML文件保存在中间件服务器中，中间件服务器提供网站服务。客户端通过WPF中的WebBrowser控件加载远程服务器中的HTML文件，再通过WPF中WebBrowser的方法InvokeScript实现与界面HTML中的JavaScript函数交互，实时的将后台数据显示在地图界面上。

通过Python第三方库“Requests”来与中间件服务器进行Http协议交互。中间件服务器提供各种信息调用API，此部分通过内置的第三方函数发送Http信息调用 “host：/api/v1/node/application/0000000000000001/0/100000”获取连接上服务器的所有节点设备号，其中“0000000000000001”代表区分终端节点的应用号，“0”代表获取的信息数据中的偏移量，“100000”表示获取的节点总数量。

中间件支持Mqtt短消息设备通过Mqtt协议发布传感器信息主题到Mqtt服务器。

Python开发从中间件获取传感器采集信息部分使用第三方库“paho”订阅Mqtt服务器主题“application/0000000000000001/node/+/rx“订阅终端设备上报的传感器信息。

payload为获取的终端节点具体的上报信息。

4.结束语

本项目所创建的电缆井实况监测系统，提供了一种可行性较强且有实际意义的城市电力管理系统。通过本系统的实施推广，可以在很大程度上减少供电部门的人力物力成本。在传统电力行业加入互联网，提高了系统的可靠性，能及时发现故障并处理。

参考文献

[1]罗贵英.基于LoRa的水表抄表系统设计与实现[D]. 浙江工业大学电子与通信工程， 2016.

[2] 范开勇，陈宇收.  MySQL数据库性能优化研究[J]. 中国新通信，2019.

[3]廉王龙.  基于无线技术的电缆测温装置研究[J]. 能源技术与管理，2017（06）.

[4]  王悦，姚金杰.  井盖远程监测管理平台设计及实现[J]. 计算机系统应用，2017（03）.