CN207335882U - 一种基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置,其包括温度传感器、主控制器、LoRa射频模块、天线、指示灯、电源模块。温度采集数据发送采用无线方式，降低施工复杂度，节省施工成本；解决了传统无线通信方式距离受限问题，减少网关的布置，由于网关一般比节点成本高很多，可以极大的降低施工成本。

Description

一种基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种在线监控装置，具体的说，是涉及一种基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置。

背景技术

母线槽，是由铜、铝母线柱构成的一种封闭的金属装置，用来为分散系统各个元件分配较大功率。在户内低压的电力输送干线工程项目中已越来越多地代替了电线电缆。

随着我国经济的高速发展，各行各业的用电量与日俱增，动辄上千安的电流传统电缆显得力不从心，此时母线槽登上历史舞台也是水到渠成的事。

由于母线槽的载流能力强，在一些负载功率大的场合，上千 A 的电流是很常见的，由于母线槽是刚性结构，不能像普通电缆那样卷起来包装运输，为方便运输，母线槽一般是以3m左右的长度出厂的，在施工的时候需要将这一段段的母线槽拼接起来，而由于其载流比较大，如果拼接的时候，接触不良，就会造成接头发热，严重的话会引起火灾等重大安全事故，于是，对母线槽接头的温度检测就显得极为重要。目前主流的检测手段有：

1.通过手持红外热像仪，定时人工巡检。这是比较传统的方法，这种方法费时费力，一般巡检的周期也比较长，很难第一时间发现问题，而且手持红外热像仪一般也比较昂贵；2.在母线槽接头的位置安装温度传感器，并通过 RS485 等总线连接到监控中心，通过专用设备进行检测分析，若出现过温情况，能及时报警。这种方法对温度的采集可以达到实时检测，但是由于其连接到机房，机房需要有人值守，才能对突发的故障进行及时处理，而且在施工方面，由于需要铺设 RS485 等总线传输温度传感器数据，所以存在布线困难等问题；3.在母线槽接头的位置安装由温度传感器，ZigBee 通信模组等组成的温度检测装置，通过 ZigBee网络协议，通过无线的方式发送到附近的网关，再由 ZigBee 网关通过 GPRS或网线将采集到的温度数据传送到云服务器。这种方式虽然避免了施工的布线问题，但是由于ZigBee工作在2.4G 的公共信道上，存在大量的蓝牙，WiFi 设备，电磁干扰十分严重，容易导致数据丢失；另外，由于 2.4G 频段电磁波的方向性比较好，绕射能力很弱，在电井及比较弯曲的通道里面，通信距离很受限，导致每一个网关下面能链接的节点数量比较有限，这样就势必需要增加网关布置的数量，这样就需要配置更多的 Sim 卡流量套餐费用，不利于后期维护成本的降低。而且，由于通信距离受限，网关布置的位置选择性也受限，在电井或地下室等地方，不可避免的也需要布置网关，但这些地方经常会出现没有 GPRS 信号的情况，导致虽然温度数据已经送到网关了，但是网关无法发送给服务器，到时数据丢失。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于 LoRa 和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置,其包括温度传感器、主控制器、LoRa射频模块、天线、指示灯、电源模块。

进一步的，温度传感器负责将母线槽接头位置的温度信息传输给主控制器，主控制器将温度传感器采集的信息通过处理之后，传送给 LoRa射频模块，并通过天线发送出去。当主控制器通过对温度传感器传送过来的信息进行处理之后，发现温度超过预设门限值，就会控制指示灯告警。电源模块负责给温度传感器、主控制器、LoRa射频模块供电。

进一步的，基于 LoRa 的母线温度采集装置，其在应用中，可以通过无线的方式直接跟网关连接，也可以通过其他网络节点（可以有多级）中继之后，与网关进行通信。

进一步的，在整个在一个网关下面的温度检测节点，形成一个自组网网络，自动或者根据人工筛选选择最优路径将数据送达网关。

进一步的，所述温度传感器形成传感器模块，可选压敏电阻、热电偶、模拟温度传感器或数字温度传感器等。

进一步的，主控制器设置为 ARM 芯片，完成以下信号处理步骤，包括：1.完成温度信息的处理，由于温度传感器有多种选择，有些传送的是电压信息，有些是数字信息，主控制器根据不同的温度传感器，做相应的处理，转换成温度信息；2. 根据采集到的信息是否超过门限，控制 LED 指示灯，进行告警；3. 将采集到的温度信息封装成符合 LoRa 模块的接口协议的数据包，传输给 LoRa 模块；4. 主控制器内部移植Contiki系统，实现自组网协议。

进一步的，所述 LoRa 射频模块完成信息的收发功能；一是对所述主控制器传送过来的温度信息进行调制，调制成符合LoRa 协议的数据，并通过天线发送；另一方面是通过天线接收其他节点或网关发送过来的数据，并进行解调，之后传送给主控制器。其中各个节点均具有同时发送和接收信号的功能，即各节点之间可以一一对应互相发送信号，也可以是一个节点同时连接多个其他节点进行信号传输。

进一步的，所述天线用于收发电磁信号。

进一步的，所述指示灯由LED 灯组成，可以指示系统运行的状态和是否有过温告警，且设置信号显示芯片，所述信号显示芯片根据超出温度门限的温度值的高低，被设置为发出不同颜色的光，例如由黄灯、红灯、紫灯的顺序标示超温的程度。

进一步的，电源模块主要实现从母线上取电，再把交流电转化为直流电供温度传感器、主控制器、LoRa 射频模块以及指示灯使用。

进一步的，所述基于 LoRa 物联网和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置具有云服务器，其用于接收并处理温度信号，其中，所述云服务器中设置有温度比较模块，其用于储存温度门限值，并且根据检测到的温度信号与所述温度门限值进行比较，判断温度超出的程度，并生成反馈信号。

进一步的，所述基于 LoRa 物联网和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置被设置为可移动式便携设备，还可以包括导航定位模块以及电池，所述导航定位模块用于将所述基于LoRa物联网和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置进行实时定位，并且，具备地理位置记忆功能，在所述基于 LoRa 物联网和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置被转移的过程中，与云服务器进行双向通信，储存温度采集装置的移动位置，该措施可以防止盗窃和追踪失窃的装置。

由此，本申请具备了以下优点和有益效果：

1.温度采集数据发送采用无线方式，降低施工复杂度，节省施工成本；解决了传统无线通信方式距离受限问题，减少网关的布置，由于网关一般比节点成本高很多，可以极大的降低施工成本。

2.由于改善了无线网络的通信距离，网关安装的位置比较随意，更容易找到移动通信信号好的位置，降低工程安装难度。

3.由于 LoRa 融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，抗干扰能力极大增强，即使电磁噪声很大，也能从容应对，这对温度采集器数据传输的可靠性起到了关键的作用，确保不丢失数据；且 LoRa 技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

4.准确定位装置，便于维修人员维修，并且兼顾防盗作用，保证监控的效率。

5. Contiki 属于小型的，开源的，极易移植的多任务电脑操作系统，只需几KB的代码和几百字节的内存就能提供多任务环境和内建 TCP/IP支持，对硬件要求极低，可以有效节约设备硬件成本；支持 Rime 无线协议栈，可支持多跳组网，可以运行在IPv4上，对于扩展通讯范围有很大作用。

附图说明

图 1 实施例1 温度采集装置原理框图

图 2 实施例2 温度采集装置原理框图

图 3 实施例1 和实施例 2 的温度检测节点在应用中的网络拓扑图

图中编号 101-温度传感器、102-主控制器、103-LoRa 射频模块、 104-天线、105-指示灯、 106-电源模块、107-导航定位模块。

具体实施方式

实施例 1

如图 1 所示，一种基于 LoRa 和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置由温度传感器101、主控制器 102、LoRa 射频模块 103、天线 104、指示灯 105、电源模块106组成。其中主控制器 102 与 LoRa 射频模块 103 双向通信连接。

温度传感器 101 负责将母线槽接头位置的温度信息传输给主控制器102，主控制器102将温度传感器 101 送过来的信息通过处理之后，传送给LoRa射频模块103，并通过天线104发送出去。当主控制器 102 通过对温度传感器 101 传送过来的信息进行处理之后，发现温度超过预设门限值，就会控制指示灯 105 告警。电源模块106负责给温度传感器101、主控制器 102、LoRa 射频模块 103 供电。

进一步的，如图 3 所示，基于 LoRa 的母线温度采集装置，其在应用中，可以通过无线的方式直接跟网关连接，也可以通过其他网络节点（可以有多级）中继之后，与网关进行通信。

进一步的，在整个在一个网关下面的温度检测节点，形成一个自组网网络，自动或者根据人工筛选选择最优路径将数据送达网关。

进一步的，所述温度传感器形成传感器模块，可选压敏电阻、热电偶、模拟温度传感器或数字温度传感器等。

进一步的，主控制器设置为 ARM 芯片，完成以下信号处理步骤，包括：1.完成温度信息的处理，由于温度传感器有多种选择，有些传送的是电压信息，有些是数字信息，主控制器根据不同的温度传感器，做相应的处理，转换成温度信息；2. 根据采集到的信息是否超过门限，控制 LED 指示灯，进行告警；3. 将采集到的温度信息封装成符合 LoRa 模块的接口协议的数据包，传输给 LoRa 模块；4. 主控制器内部移植Contiki系统，实现自组网协议。

进一步的，所述 LoRa 射频模块完成信息的收发功能；一是对所述主控制器传送过来的温度信息进行调制，调制成符合LoRa 协议的数据，并通过天线发送；另一方面是通过天线接收其他节点或网关发送过来的数据，并进行解调，之后传送给主控制器。其中各个节点均具有同时发送和接收信号的功能，即各节点之间可以一一对应互相发送信号，也可以是一个节点同时连接多个其他节点进行信号传输。

进一步的，所述天线用于收发电磁信号。

进一步的，所述指示灯由LED 灯组成，可以指示系统运行的状态和是否有过温告警，且设置信号显示芯片，所述信号显示芯片根据超出温度门限的温度值的高低，被设置为发出不同颜色的光，例如由黄灯、红灯、紫灯的顺序标示超温的程度。

进一步的，电源模块主要实现从母线上取电，再把交流电转化为直流电供传感器模块、主控制器、LoRa 射频模块以及指示灯使用。

实施例 2

所述基于 LoRa 和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置具有云服务器(图中未示出)，其用于接收并处理温度信号，其中，所述云服务器中设置有温度比较模块，其用于储存温度门限值，并且根据检测到的温度信号与所述温度门限值进行比较，判断温度超出的程度，并生成反馈信号。本实施例与实施例 1 的区别在于主控制器不对检测的温度进行比较而是由云服务器实现上述功能，其余设置与实施例 1 相同。

当然还可以对本实施例进行以下变形设置：所述基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置被设置为可移动式便携设备，还可以包括导航定位模块 107，所述导航定位模块107用于将所述基于 LoRa 和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置进行实时定位，并且，具备地理位置记忆功能，在基于 LoRa 和 Contiki 系统的母线槽温度采集装置被转移的过程中，与云服务器进行双向通信，储存温度采集装置的移动位置，该措施可以防止盗窃和追踪失窃的装置。

以上实施例仅用以说明本实用新型而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型进行修改该或者同等替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于LoRa和Contiki系统的母线槽温度采集装置，其包括温度传感器(101)、主控制器(102)、天线(104)、指示灯(105)、电源模块(106)，其特征在于：还包括LoRa射频模块(103) ，且所述主控制器内部移植Contiki系统，温度传感器(101)、LoRa射频模块(103)、指示灯(105)均与主控制器(102)连接，天线(104)与LoRa射频模块(103)连接，电源模块(106)与温度传感器(101)、主控制器(102)、LoRa射频模块(103)均连接。

2.如权利要求1所述的母线槽温度采集装置，其特征在于所述温度传感器(101)将母线槽接头位置的温度信息传输给所述主控制器(102)，所述主控制器将温度传感器采集的信息通过处理之后，传送给所述LoRa射频模块(103)，并通过所述天线(104)发送到用户或者云服务器，当主控制器(102)通过对温度传感器(101)传送过来的信息进行处理之后，发现温度超过预设门限值，就会控制指示灯告警。

3.如权利要求1所述的母线槽温度采集装置，其特征在于还包括多个温度检测节点，多个温度检测节点直接或者间接连接至网关。

4.如权利要求3所述母线槽温度采集装置，其特征在于：各个所述节点同时连接多个其他节点进行信号传输。

5.如权利要求1所述母线槽温度采集装置，其特征在于：所述LoRa射频模块对所述主控制器传送过来的温度信息进行调制，调制成符合LoRa协议的数据，并通过天线发送；另一方面，通过天线接收其他节点或网关发送的数据，并进行解调，之后传送给主控制器。

6.如权利要求1所述母线槽温度采集装置，其特征在于：所述指示灯由LED灯组成，且设置信号显示芯片。

7.如权利要求1所述母线槽温度采集装置，其特征在于：所述电源模块从母线上取电，再把交流电转化为直流电供温度传感器、主控制器、LoRa射频模块以及指示灯使用。

8.如权利要求1所述母线槽温度采集装置，其特征在于：设置云服务器，所述云服务器中设置有温度比较模块。

9.如权利要求1-8任意一项所述母线槽温度采集装置，其特征在于：所述母线槽温度采集装置设置为移动式便携设备，还具有导航定位模块以及电池。

10.如权利要求1-8任意一项所述母线槽温度采集装置，所述天线(104)用于收发电磁信号。