应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统及方法技术方案

技术编号:20369214 阅读:35 留言:0更新日期:2019-02-16 19:39
本发明专利技术涉及一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统及方法,其中系统包括就地测控装置和测控后台,所述的就地测控装置包括MCU微处理单元和第一LoRa无线收发模块,所述的测控后台包括第二LoRa无线收发模块,所述的各就地测控装置之间通过第一LoRa无线收发模块通讯,所述的各就地测控装置与测控后台之间通过第一LoRa无线收发模块和第二LoRa无线收发模块通讯。与现有技术相比,本发明专利技术具有以下优点:三种通讯方式确保就地测控装置与测控后台的通讯,进一步确保了无线通讯方式在大型变电站内的数据稳定性和应用可靠性。

Wireless Communication System and Method of Internet of Things Applied to Strong Electromagnetic Shielding Environment

The invention relates to an Internet of Things wireless communication system and method applied in a strong electromagnetic shielding environment, in which the system includes a local measurement and control device and a measurement and control background, the local measurement and control device includes a MCU microprocessing unit and a first LoRa wireless transceiver module, the measurement and control background includes a second LoRa wireless transceiver module, and the local measurement and control devices are wireless through the first LoRa. The communication between the in-situ measurement and control devices and the control background is carried out through the first LoRa wireless transceiver module and the second LoRa wireless transceiver module. Compared with the prior art, the invention has the following advantages: three communication modes ensure the communication between the local measurement and control device and the control background, and further ensure the data stability and application reliability of the wireless communication mode in the large substation.

【技术实现步骤摘要】
应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统及方法
本专利技术涉及大型变电站监测领域,尤其是涉及一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统及方法。
技术介绍
目前电力行业高速发展,电压等级已发展到交流1000kV、直流±1100kV,单个变电站容量占区域负荷比例极高,直流输电系统闭锁或交流变电站跳闸都会造成整个区域电网的频率、电压大幅波动,因此大型变电站积极开发数字化、智能化的监测手段,提高变电站运维的安全可靠水平。大型变电站针对室外开关汇控柜、闸刀端子箱、PT端子箱、CT端子箱等装置需要监测各类状态量信号,对消防水池、工业水池需要监测液位、水量等状态量细化,单个大型变电站监测点的数量往往超过1000个,监测数据采用无线传输方式有利于改造工程的施工以及后期监测点的扩展。但是由于端子箱等均采用不锈钢密闭柜体结构,类似于法拉第笼,而消防水池、工业水池等与主控室之间无线传输往往需要穿透数层水泥墙,在这类较强的电磁屏蔽环境下,常规无线信号难以穿透屏蔽层,实现监测点到测控后台之间的正常通讯。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,包括就地测控装置和测控后台,其特征在于,所述的就地测控装置包括MCU微处理单元和第一LoRa无线收发模块,所述的测控后台包括第二LoRa无线收发模块,各所述的就地测控装置之间通过第一LoRa无线收发模块通讯,各所述的就地测控装置与测控后台之间通过第一LoRa无线收发模块和第二LoRa无线收发模块通讯。优选地,所述的第一LoRa无线收发模块的发射装置的规格包括:通信接口为UART,最大功率为100mW,供电电压为2.0V~5.5V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为90mA,接收电流为18mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为3000米;所述的第一LoRa无线收发模块的接收装置的规格包括:通信接口为RS232/485,最大功率为100mW,供电电压为8V~28V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为160mA,接收电流为68mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为3000米。优选地,所述的第二LoRa无线收发模块的发射装置为:通信接口为UART,最大功率为1W,供电电压为2.5V~5.5V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为450mA,接收电流为18mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为8000米。优选地,所述的第二LoRa无线收发模块的接收装置为:通信接口为RS232/485,最大功率为1W,供电电压为8V~28V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为570mA,接收电流为68mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为8000米。优选地,所述的就地测控装置和测控后台的通讯共分为三种方式:方式一为现场测控装置与测控后台直接无线通讯;方式二是为每一个目标就地测控装置都预先配置一个默认的中转测控装置,作为该就地测控装置的固定信号中继电台,确保方式一通讯失败后可以有效与测控后台进行数据传输;方式三是某就地测控装置通过方式二与测控后台通讯失败后,将会根据中继策略表预先设定的优先级,逐一选择中继装置尝试通讯,直至成功获取数据,并将该装置作为目标就地测控装置的中继电台存储在中继策略表中,此后与该目标测控装置的通讯即转为方式二通讯,若再失败,则重新启用方式三通讯。一种所述的应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统的方法,包括以下步骤:步骤1、测控后台及就地测控装置初始化完毕后,在需要测量数据或发送控制信号时,测控后台首先以就地测控装置与测控后台直接通讯的方式对所有就地测控装置发出指令,若通讯成功,就以直接收发方式完成测控任务;若未能通讯成功,则执行步骤2;步骤2、每一个就地测控装置都预先配置一个默认的中转测控装置,作为该就地测控装置的固定信号中继电台,该就地测控装置通过其固定信号中继电台与测控后台进行数据传输,若通讯成功则以中继策略表内固定的中继电台收发方式完成测控任务;若未能通讯成功,则执行步骤3;步骤3、根据中继策略表预先设定的优先级,逐一选择中继装置尝试通讯,直至成功获取数据,并将该中继装置作为目标测控装置的中继电台存储在中继策略表中,转至步骤2,若中继策略表中的中继装置均未能通讯成功则返回相应就地测控装置故障告警信号。优选地,所述的步骤3具体包括以下步骤:步骤3.1、根据与测控后台的直线距离、间隔柜体或墙体数量,对变电站划分若干区域;步骤3.2、区域内根据各就地测控装置通讯可靠性的权重顺序,其中数值大者排序靠前,在步骤1、步骤2均通讯失败前提下,自动检索所在区域内权重靠前10的测控装置作为中继电台,从第1位到第10位依次尝试利用临时中继与测控后台通讯;步骤3.3、通讯成功后,则将对应的临时中继转为目标测控装置的固定中继,并更新中继策略表。优选地,所述的布置3.2中各就地测控装置通讯可靠性的权重值计算公式为:其中E(Zx)为权重值,Zx为就地测控装置编号,L为其与测控后台的直线距离,Lm为场内最远汇控柜距离主控室直线距离,nw为信号直线传输路径穿越墙体数量,d为墙体厚度,nc为信号直线传输路径穿越不锈钢柜体数量。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:1、利用低发射功率、高灵敏度的无线通讯模块,克服大型变电站内强电磁屏蔽环境下的无线通讯问题,具备优异的电磁兼容性能,不影响变电站二次设备、继电器等装置的运行。2、利用现场就地测控装置构建了物联网系统,采用无线通讯技术,每个测控装置内的无线收发模块均可以与测控后台的无线模块通讯,也可以与其他测控装置的无线模块通讯,可互相转发命令帧及数据帧,从而在全体就地测控装置之间形成了可进行信息交互的物联网络。3、设计的三种通讯方式,确保就地测控装置与测控后台的通讯。在方式一通讯失败情况下,可以采取方式二、方式三两种通过中继电台通讯的技术方法,进一步确保了无线通讯方式在大型变电站内的数据稳定性、应用可靠性。4、设计了发送、转发、回传的数据帧格式,包括测控后台下发的命令帧、中继测控装置转发的命令帧、测控装置返回的数据帧、中继测控装置接收的数据帧、测控后台接收的数据帧。5、就地测控装置具备大规模扩展的能力,无需重新设计系统、无需现场布线,可随时增加测量点。对于大型变电站监控范围和监控对象的升级,具有精确、简洁、可靠等方面的优点。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图;图2为本专利技术的测控装置与测控后台直接通讯的连接示意图;图3为本专利技术的利用中继策略表中预先设置的测控装置作为固定信号中继的连接示意图;图4为本专利技术的利用区域划分表中优先级自动查找测控装置作为信号中继的连接示意图;图5为本专利技术的通讯方法流程图;图6为本专利技术的测控装置与测控后台之间通讯的三种方式示意图;图7为本专利技术的中继通讯的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,包括就地测控装置和测控后台,其特征在于,所述的就地测控装置包括MCU微处理单元和第一LoRa无线收发模块,所述的测控后台包括第二LoRa无线收发模块,各所述的就地测控装置之间通过第一LoRa无线收发模块通讯,各所述的就地测控装置与测控后台之间通过第一LoRa无线收发模块和第二LoRa无线收发模块通讯。

【技术特征摘要】
1.一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,包括就地测控装置和测控后台,其特征在于,所述的就地测控装置包括MCU微处理单元和第一LoRa无线收发模块,所述的测控后台包括第二LoRa无线收发模块,各所述的就地测控装置之间通过第一LoRa无线收发模块通讯,各所述的就地测控装置与测控后台之间通过第一LoRa无线收发模块和第二LoRa无线收发模块通讯。2.根据权利要求1所述的一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,其特征在于,所述的第一LoRa无线收发模块的发射装置的规格包括:通信接口为UART,最大功率为100mW,供电电压为2.0V~5.5V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为90mA,接收电流为18mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为3000米;所述的第一LoRa无线收发模块的接收装置的规格包括:通信接口为RS232/485,最大功率为100mW,供电电压为8V~28V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为160mA,接收电流为68mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为3000米。3.根据权利要求1所述的一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,其特征在于,所述的第二LoRa无线收发模块的发射装置为:通信接口为UART,最大功率为1W,供电电压为2.5V~5.5V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为450mA,接收电流为18mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为8000米。4.根据权利要求1所述的一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,其特征在于,所述的第二LoRa无线收发模块的接收装置为:通信接口为RS232/485,最大功率为1W,供电电压为8V~28V,空中速率为0.3K-19.2Kbps,天线形式为SMA-K,发射电流为570mA,接收电流为68mA,工作频段为410-441MHz,波特率为1200~115200bps,参考距离为8000米。5.根据权利要求1所述的一种应用于强电磁屏蔽环境的物联网无线通讯系统,其特征在于,所述的就地测控装置和测控后台的通讯共分为三种方式:方式一为现场测控装置与测控后台直接无线通讯;方式二是为每一个目标就地测控装置都预先配置一个...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱正一龚震东王和杰钱程晨毛颖科闫全全王长春黄一铖江飞李志龙张沈习
申请(专利权)人:国网上海市电力公司上海交统电力科技有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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