基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法與流程

本發明涉及電力系統技術領域，特別是涉及基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法。

背景技術：

目前，故障指示器安裝在配電線路上，通過檢測配電線路的電流及電場，然后通過計算來判斷配電線路的短路故障或者接地故障，并通過無線發送數據到配電后臺服務器，以便及時快速準確的定位故障點，便于維護人員能及時搶修，恢復線路正常供電。現有的故障指示器一般采用兩種無線通訊方式，一種采用基于FSK調制方式Sub 1GHz通訊即小于1GHz頻率通訊，另一種是采用基于2.4G直序擴頻技術ZigBee通訊。

以上兩種技術的故障指示器都屬于低速率、近程通訊(10米-100米)，當需要提高故障指示器間的通訊距離時，實現長距離通訊時，一種方法是提高無線放大功率，從而大幅度的增加裝置的功率消耗，導致功率消耗太高。由于故障指示器的應用的特殊性，其安裝于配電線路上，通過無線與數據集中器通訊，采用開合式電流互感器從線路上取電，當線路有電流時，電流互感器取電來供故障指示器工作，當線路上沒電或電流較小時，采用內部電池供電，所以增加功耗必然帶來其使用壽命的縮短。

技術實現要素：

本發明的目的是提供基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法，該故障指示器在不增加故障指示器功耗的前提下提高了故障指示器與數據集中器之間的距離，實現故障指示器的長距離通訊。

為解決上述技術問題，本發明提供基于LoRa技術的故障指示器，包括：

CT取電模塊，用于通過掛在帶電的配電架空線路的電流互感器取電，輸出電能供整個故障指示器供電；

與所述CT取電模塊相連的信號采集器，用于采集電力線上的電流信號和電壓信號；

與所述信號采集器相連的濾波器，用于對電流信號和電壓信號進行濾波和放大，得到除掉干擾后的電壓信號和電流信號；

與所述濾波器相連的微控制器MCU，用于輸出故障信息；

與所述微控制器MCU相連的LoRa無線通訊模塊，用于將故障信息發送至數據集中器。

優選的，所述故障指示器還包括：

與所述微控制器MCU相連的閃光指示燈，用于在微控制器MCU發現線路故障時，進行燈光閃亮。

優選的，所述故障指示器還包括：

與所述LoRa無線通訊模塊相連的微處理器，用于對LoRa無線通訊模塊的電源及功率進行控制。

優選的，所述LoRa無線通訊模塊包括射頻芯片、收發天線和晶振電路。

優選的，收發天線與射頻芯片相連，晶振電路與射頻芯片相連。

本發明還提供一種基于LoRa技術的故障指示器的長距離通訊方法，所述故障指示器為上述故障指示器，該方法包括：

所述故障指示器利用所述LoRa無線通訊模塊與LoRa網關進行無線通信，將故障信息發送至LoRa網關；

LoRa網關將故障信息通過GPRS網絡發送至后臺服務器。

本發明所提供的基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法，該故障指示器設置在配電線路上，包括：CT取電模塊，用于通過掛在帶電的配電架空線路的電流互感器取電，輸出電能供整個故障指示器供電；與所述CT取電模塊相連的信號采集器，用于采集電力線上的電流信號和電壓信號；與所述信號采集器相連的濾波器，用于對電流信號和電壓信號進行濾波和放大，得到除掉干擾后的電壓信號和電流信號；與所述濾波器相連的微控制器MCU，用于輸出故障信息；與所述微控制器MCU相連的LoRa無線通訊模塊，用于將故障信息發送至數據集中器。可見，該故障指示器采用了LoRa無線通訊模塊來進行數據無線傳輸，LoRa無線通訊模塊基于LoRa無線擴頻技術進行傳輸數據，具有傳輸距離遠、功耗低的優點，如此基于LoRa技術優勢，利用其本身的擴頻調制技術的長距離低功耗的特性，在不增加故障指示器功耗的前提下提高了故障指示器與數據集中器之間的距離，實現故障指示器的長距離通訊，即無需提高無線放大功率就能實現故障指示器的長距離通訊。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例所提供的基于LoRa技術的故障指示器結構示意圖；

圖2為本發明實施例所提供的基于LoRa技術的故障指示器的長距離通訊方法的流程圖；

圖3為基于故障指示器和LoRa網關的長距離通訊示意圖。

具體實施方式

本發明的核心是提供基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法，該故障指示器在不增加故障指示器功耗的前提下提高了故障指示器與數據集中器之間的距離，實現故障指示器的長距離通訊。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參考圖1，圖1為本發明實施例所提供的基于LoRa技術的故障指示器的結構示意圖，該故障指示器包括：

CT取電模塊101，用于通過掛在帶電的配電架空線路的電流互感器取電，輸出電能供整個故障指示器供電；

與CT取電模塊101相連的信號采集器102，用于采集電力線上的電流信號和電壓信號；

與信號采集器102相連的濾波器103，用于對電流信號和電壓信號進行濾波和放大，得到除掉干擾后的電壓信號和電流信號；

與濾波器103相連的微控制器MCU104，用于對除掉干擾后的電壓信號和電流信號進行數據處理和計算，當發現線路出現故障后，輸出故障信息；

與微控制器MCU104相連的LoRa無線通訊模塊105，用于將故障信息發送至數據集中器。

可見，該故障指示器采用了LoRa無線通訊模塊來進行數據無線傳輸，LoRa無線通訊模塊基于LoRa無線擴頻技術進行傳輸數據，具有傳輸距離遠、功耗低的優點，如此基于LoRa技術優勢，利用其本身的擴頻調制技術的長距離低功耗的特性，在不增加故障指示器功耗的前提下提高了故障指示器與數據集中器之間的距離，實現故障指示器的長距離通訊，即無需提高無線放大功率就能實現故障指示器的長距離通訊。

基于上述故障指示器，具體的，所述故障指示器還包括：與微控制器MCU相連的閃光指示燈，用于在微控制器MCU發現線路故障時，進行燈光閃亮。

進一步的，所述故障指示器還包括：與LoRa無線通訊模塊相連的微處理器，用于對LoRa無線通訊模塊的電源及功率進行控制。微處理器具體為LoRa通訊觸發及監控模塊。

其中，LoRa無線通訊模塊包括射頻芯片、收發天線和晶振電路。收發天線與射頻芯片相連，晶振電路與射頻芯片相連。

其中，微控制器MCU對除掉干擾后的電壓信號和電流信號進行數據處理和計算，當發現線路出現故障后，輸出故障信息。

該故障指示器實現故障指示器的長距離通訊，即無需提高無線放大功率就能實現故障指示器的長距離通訊，解決電力系統配電網配電線路上的故障指示器通訊距離和整機功耗之間的矛盾關系，和相關受影響的通訊可靠性，系統的復雜性。該故障指示器采用LoRa通訊技術實現故障指示器的長距離通訊，提高了復雜情況下的故障指示器通訊的可靠性，保證了整個系統通訊的實時性和可靠性。

CT取電模塊通過掛在帶電的配電架空線路的電流互感器取電，輸出電能供整個故障指示器供電。信號采集器采集電力線上的電流電壓并輸出至濾波器，濾波器對輸入信號進行濾波及放大，抽取出有用的信號，除掉干擾后的信號輸出至微控制器MCU。MCU進行數據處理及算法計算，當發現線路出現故障、短路等異常情況后，輸出控制信號至閃光指示燈進行指示，同時也將故障信息通過無線發送出去。

LoRa無線通訊模塊實現無線數據的接收和發送，同時通訊模塊連接至微處理器，微處理器實現對LoRa無線通訊模塊的監視與控制，當通訊模塊偵測到有無線報文時，微處理器會觸發MCU微控制器模塊進行檢測，分析此報文的類別并進行相應的處理，微處理器還對無線通訊模塊的電源及功率進行控制，以達到整個系統的功率最小化。

本發明通過LoRa無線通訊模塊采用了LoRa無線技術，融合了數字擴頻、數字信號處理和前向糾錯編碼技術，即保持了類似頻移鍵控FSK調制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時提高了網絡效率并消除了干擾，采用此技術的障指示器即便使用相同的頻率同時發送數據也不會相互干擾，從而提高數據通訊的并行處理能力。

本故障指示器的長距離通訊方法正式合理的利用基于LoRa技術優勢，其一利用其本身的擴頻調制技術長距離低功耗的特性，在不增加故障指示器功耗的前提下提高了故障指示器與數據集中器之間的距離。另外，還可以對于較長距離的故障指示器增加一個網關設備，此網關采用星形網絡組網方式，智能自組網，其不僅能于較長距離的故障指示器通訊，而且能提供大容量故障指示器設備的接入能力和大容量數據處理能力。

本發明提供的基于LoRa技術的故障指示器相對于現有故障指示器，能在大幅度減少故障指示器的功耗的前提下，仍能實現設備的長距離通訊；由于采用基于LoRa的擴頻技術的通訊方式，加強了復雜情況下的故障指示器通訊的可靠性，保證了整個系統的實時性；采用故障指示器和其通訊網關，構建了智能星形自組網技術，使整個網絡的得到優化，實現了較遠故障指示器的長距離通訊。

請參考圖2，圖2為本發明實施例所提供的基于LoRa技術的故障指示器的長距離通訊方法的流程圖，故障指示器為上述故障指示器，該方法包括：

S11：故障指示器利用LoRa無線通訊模塊與LoRa網關進行無線通信，將故障信息發送至LoRa網關；

S12：LoRa網關將故障信息通過GPRS網絡發送至后臺服務器。

本方法用于實現更長的遠距離通訊，對于較長距離的故障指示器增加一個基于LoRa技術的網關設備即LoRa網關，此網關采用星形網絡組網方式，智能自組網，其不僅能于較長距離的故障指示器通訊，而且能提供大容量故障指示器設備的接入能力和大容量數據處理能力，這樣大大減少了原故障指示器網絡中的中繼設備和數據集中器，節省成本。圖3為基于故障指示器和LoRa網關的長距離通訊示意圖。

現有技術中，實現遠距離通訊的另一種方法是在故障指示器和數據集中器之間增加中繼器，在不增加故障指示器功耗的前提下，實現了長距離的通訊，但額外增加中繼器會大幅度增加成本。本方法采用基于LoRa技術的故障指示器和其通訊網關，構建了智能星形自組網技術，使整個網絡的得到優化，實現了較遠故障指示器的長距離通訊。該方法采用基于LoRa技術的故障指示器和其通訊網關設備，實現了長距離低功耗通訊，大容量的數據吞吐，豐富的節點接入能力，減少了系統內中繼器和集中器設備配置的數量，節省成本。

以上對本發明所提供的基于LoRa技術的故障指示器及其長距離通訊方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。