CN110517474A - 一种配电房物联网网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电房物联网网关，包括数据采集单元和数据通信单元，所述数据采集单元包括主控模块、PLC通信模块和蓝牙5模块；所述数据通信单元包括PLC集中器、以太网模块和4G模块；所述主控模块通过所述蓝牙5模块信号连接有烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器、温控器和计量电表信号连接；所述主控模块通过PLC通信模块与所述PLC集中器信号连接，所述PLC集中器与所述以太网模块和所述4G模块信号连接；本方案，通过对传感器数据采集方式的改进和对网关上传方式的改进，大大降低了现场施工难度，改善了恶劣环境下数据采集成功率和数据上传成功率。

Description

一种配电房物联网网关
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体为一种配电房物联网网关。
背景技术
配电房是保障用户用电可靠性的关键环节。随着物联网技术的发展，对配电房内的配电设备及其运行环境的在线监测与控制应用越来越广泛。由于在线监测点相对分散、电磁环境干扰较大，如何实现对各类在线监测传感器的低成本接入是亟需解决的问题。
目前，配电房物联网网关一般采用以下几种方式接入在线监测传感器：
(1)485总线方式，即通过485电缆把传感器数据传送到网关，此种方式稳定可靠，但存在施工困难，成本高的缺点，而且在某些环境下布线十分困难，甚至无法实现。
(2)小无线方式，如FSK、ASK方案。这两种方式的传输距离都较远，但是工作的频段处于315M，433M频段，很容易受到干扰，而且功耗大，因此极少用于工业应用。
(3)电力线载波(PLC)方式，即通过电力线载波接入传感器数据，此种方式可解决免布线和信号穿墙问题，但PLC跨变压器通讯比较复杂，而配电房里通常有多个变压器，因此可能需要配置多个PLC集中器，增加了通信成本。
另外，由于配电房所处的环境也多种多样，比如在地下室、独立于办公区和生活区等，造成配电房物联网网关与后台系统的通信也比较困难，如果网关仅支持以太网或者4G通信，都可能在实际应用中遇到可靠通信问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电房物联网网关，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配电房物联网网关，包括数据采集单元和数据通信单元，所述数据采集单元包括主控模块、PLC通信模块和蓝牙5模块；
所述数据通信单元包括PLC集中器、以太网模块和4G模块；
所述主控模块通过所述蓝牙5模块信号连接有烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器、温控器和计量电表信号连接；
所述主控模块通过PLC通信模块与所述PLC集中器信号连接，所述PLC集中器与所述以太网模块和所述4G模块信号连接。
优选的，所述主控模块采用Freescalei.MX6D双核处理器(CortexTM-A9内核，主频1GHz)，DDRIII 1066MHZ(1G内存)，4G-FLASH存储核心板。
优选的，所述蓝牙5模块采用Ti的蓝牙芯片CC2640R2F，工作在2.4GISM频段，是GFSK调制，采用FHSS跳频技术，有极强的抗干扰能力，通讯距离最大可达300米，还可以通过mesh组网的方式延长通讯距离，组网节点数可达200～500个。
优选的，所述PLC通信模块采用ARDCM宽带PLC模块，强抗干扰，数据率可达2Mbps，单跳1km，15级中继。
优选的，所述数据通信单元与数据采集单元处于同一电力变压器范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本方案，通过对传感器数据采集方式的改进和对网关上传方式的改进，大大降低了现场施工难度，改善了恶劣环境下数据采集成功率和数据上传成功率。具体表现如下：
2.采用蓝牙5协议传输传感器数据，现场施工时不需铺设通信线缆，大大节省了原材料成本和施工成本；
3.蓝牙技术是无线传输技术中市场应用最广，最成熟的技术，全世界所有的无线产品当中，采用蓝牙协议的达到1/3之多。蓝牙5协议的通讯可靠，抗干扰能力强，还能通过mesh组网的方式使传输距离更远，即使是安装的设备箱子内部，电缆沟底部，网关都能可靠接收数据。由于蓝牙5通讯极省电，传感器都是电池供电，能免维护连续工作2年以上。
4.采用了PLC通信方式实现网关数据先传到PLC集中器，然后再由集中器上传到后台服务器，解决了网关安装位置没有有线宽带，而且4G信号也不好的情况下，也能可靠上传数据的难题。能够适用于各种配电房通信条件，保障数据上传的成功率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为数据采集单元主控模块电路原理图；
图3为PLC通信模块电路原理图；
图4为数据通信单元PLC集中器的电路原理图；
图5为以太网模块电路原理图；
图6为4G模块电路原理图；
图7为电源模块5V电路原理图；
图8电源模块1.34V电路原理图；
图9电源模块3.3V电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在不同附图中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“端”、“部”、“段”、“宽度”、“厚度”、“区”等等及类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本发明而已，并非是对本发明的限定。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种配电房物联网网关，包括数据采集单元和数据通信单元，数据采集单元包括主控模块、PLC通信模块和蓝牙5模块；
数据通信单元包括PLC集中器、以太网模块和4G模块；
主控模块通过蓝牙5模块信号连接有烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器、温控器和计量电表信号连接；
主控模块通过PLC通信模块与PLC集中器信号连接，PLC集中器与以太网模块和4G模块信号连接。
如附图2所示，主控模块是物联网关的核心部分，主要通过蓝牙5模块实现集中采集传感器数据、以及与PLC通信模块通信。采用Freescalei.MX6D双核处理器(CortexTM-A9内核，主频1GHz)，DDRIII 1066MHZ(1G内存)，4G-FLASH存储核心板。
如附图2所示，主要负责接入烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器，以及温控器、计量电表等装置所采集到的数据。采用Ti的蓝牙芯片CC2640R2F，工作在2.4GISM频段，是GFSK调制，采用FHSS跳频技术，有极强的抗干扰能力，通讯距离最大可达300米，还可以通过mesh组网的方式延长通讯距离，组网节点数可达200～500个。蓝牙5的另外一个优点是非常省电，电池寿命可达到2年。
如附图3所示，PLC通信模块用于与PLC集中器通讯，把配电房的传感器数据传给集中器。PLC通信模块采用华为的ARDCM宽带PLC模块，强抗干扰，数据率可达2Mbps，单跳1km，15级中继。
数据通信单元安装在通信条件良好(4G信号好或具有有线宽带)的地方，与数据采集单元处于同一电力变压器范围内。数据通信单元主要由PLC集中器、以太网模块、4G模块构成。
如附图4所示，PLC集中器：用于与PLC通信模块通讯，接收传感器数据，以及向PLC通讯模块发送指令。
如附图5所示，以太网模块：用于在具有有线宽带时，使用以太网与服务器通讯。
如附图6所示，4G模块：用于在没有有线宽带时，使用4G网络与服务器通讯。
如附图7所示，5V电源模块为主控模块供电的电路图；
如附图8所示，1.34V电源模块为PLC通信模块供电的电路图；
如附图9所示，3.3V电源模块为PLC集中器供电的电路图
本方案，通过对传感器数据采集方式的改进和对网关上传方式的改进，大大降低了现场施工难度，改善了恶劣环境下数据采集成功率和数据上传成功率。具体表现如下：
(1)采用蓝牙5协议传输传感器数据，现场施工时不需铺设通信线缆，大大节省了原材料成本和施工成本；
(2)蓝牙技术是无线传输技术中市场应用最广，最成熟的技术，全世界所有的无线产品当中，采用蓝牙协议的达到1/3之多。蓝牙5协议的通讯可靠，抗干扰能力强，还能通过mesh组网的方式使传输距离更远，即使是安装的设备箱子内部，电缆沟底部，网关都能可靠接收数据。由于蓝牙5通讯极省电，传感器都是电池供电，能免维护连续工作2年以上。
(3)采用了PLC通信方式实现网关数据先传到PLC集中器，然后再由集中器上传到后台服务器，解决了网关安装位置没有有线宽带，而且4G信号也不好的情况下，也能可靠上传数据的难题。能够适用于各种配电房通信条件，保障数据上传的成功率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种配电房物联网网关，包括数据采集单元和数据通信单元，其特征在于：所述数据采集单元包括主控模块、PLC通信模块和蓝牙5模块；
所述数据通信单元包括PLC集中器、以太网模块和4G模块；
所述主控模块通过所述蓝牙5模块信号连接有烟雾传感器、水浸传感器、温湿度传感器、温控器和计量电表信号连接；
所述主控模块通过PLC通信模块与所述PLC集中器信号连接，所述PLC集中器与所述以太网模块和所述4G模块信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种配电房物联网网关，其特征在于：所述主控模块采用Freescalei.MX6D双核处理器(CortexTM-A9内核，主频1GHz)，DDRIII 1066MHZ(1G内存)，4G-FLASH存储核心板。
3.根据权利要求1所述的一种配电房物联网网关，其特征在于：所述蓝牙5模块采用Ti的蓝牙芯片CC2640R2F，工作在2.4GISM频段，是GFSK调制，采用FHSS跳频技术，有极强的抗干扰能力，通讯距离最大可达300米，还可以通过mesh组网的方式延长通讯距离，组网节点数可达200～500个。
4.根据权利要求1所述的一种配电房物联网网关，其特征在于：所述PLC通信模块采用ARDCM宽带PLC模块，强抗干扰，数据率可达2Mbps，单跳1km，15级中继。
5.根据权利要求1所述的一种配电房物联网网关，其特征在于：所述数据通信单元与数据采集单元处于同一电力变压器范围内。
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