一种基于LoRa通信模块的新型电表论文和设计-梁丹丹

全文摘要

本实用新型公开了一种基于LoRa通信模块的新型电表，包括智能电表（1）、其特征在于：智能电表（1）的输出端通过DTU（2）与LoRa系统（3）连接，LoRa系统（3）通过RS485总线与网络服务器（4）连接，网络服务器（4）与云平台（5）连接；解决了现有技术中针对采用了GPRS数据传送实现集中抄表，但GPRS的覆盖面积区域小，传输速度慢，运营商收取的流量费用高，不利于现在的集中抄表以及对智能电表的实时数据监控等技术问题。

主设计要求

1.一种基于LoRa通信模块的新型电表，包括智能电表（1）、其特征在于：智能电表（1）的输出端通过DTU（2）与LoRa系统（3）连接，LoRa系统（3）通过RS485总线与网络服务器（4）连接，网络服务器（4）与云平台（5）连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信模块的新型电表，其特征在于：智能电表（1）的输入端分别电连接有监控模块（11）、报警模块（12）、存储模块（13）、计量模块（14）和定位模块（15）。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信模块的新型电表，其特征在于：DTU（2）包括CPU控制模块（21）、无线通讯模块（22）和电源模块（23），CPU控制模块（21）内含ARM9嵌入式处理器，电源模块（23）与外界电源电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信模块的新型电表，其特征在于：LoRa系统（3）包括LoRa通讯模块（31）、LoRa网络（32）和LoRa基站（33），所述LoRa通讯模块（31）与LoRa网络（32）连接，LoRa网络（32）通过网络端口与LoRa基站（33）连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信模块的新型电表，其特征在于：监控模块（11）与报警模块（12）信号连接，报警模块（12）内部含有蜂鸣器，报警模块（12）与定位模块（15）信号连接，定位模块（15）与监控模块（11）信号连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电表技术，尤其涉及一种基于LoRa通信模块的新型电表。

背景技术

LoRa技术经过多年的研究孵化，在最近两年基本完善达到实用化要求，目前已经在全球成功的运用到各种应用中，LoRa芯片每年已有数百万出货量，已在抄表、资产跟踪、传感器数据传输等应用中得到验证。前向纠错和扩频技术的采用让LoRa有更好的通讯环境适应能力和更高的抗干扰能力，根据实际应用的需求，LoRa通讯技术可以灵活的调整功率等级，适配数据传输中对于距离和速率的需求。每个LoRa基站在城区覆盖面积为15平方公里，农村覆盖面积约70平方公里，每个LoRa基站在方圆1km的区域，能够连接400块电表。

实现用电信息的全采集是不可阻挡发展趋势，但智能电表数量巨大，工作环境千差万别，尽快建设基于LoRa物联网技术的用电采集通讯网络至关重要。目标是实现计量管理的自动化，从而解决目前存在的一系列用电管理难题，如线损高、人工抄表效率低、电费结算实时性差，中小电力用户的监控、防窃电、限电等，最终通过引导用户良好的用电习惯，促进电网安全、稳定、经济、环保的运行。

现有的住房在电表安装中，电表布线比较分散，有些地方比如农村也难以布线，采集点较多，并且不安全，在城市当电表线路出现故障时，排查非常困难，有些地区相距较远，安装布线成本高，不适合现场抄表。虽然有些地区为了解决抄表困难采用了GPRS数据传送实现集中抄表，但GPRS的覆盖面积区域小，传输速度慢，运营商收取的流量费用高，不利于现在的集中抄表以及对智能电表的实时数据监控。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于LoRa通信模块的新型电表，以解决现有技术中针对采用了GPRS数据传送实现集中抄表，但GPRS的覆盖面积区域小，传输速度慢，运营商收取的流量费用高，不利于现在的集中抄表以及对智能电表的实时数据监控等技术问题。

本实用新型技术方案：

一种基于LoRa通信模块的新型电表，包括智能电表、智能电表的输出端通过DTU与LoRa系统连接，LoRa系统通过RS485总线与网络服务器连接，网络服务器与云平台连接。

智能电表的输入端分别电连接有监控模块、报警模块、存储模块、计量模块和定位模块。

DTU包括CPU控制模块、无线通讯模块和电源模块，CPU控制模块内含ARM9嵌入式处理器，电源模块与外界电源电性连接。

LoRa系统包括LoRa通讯模块、LoRa网络和LoRa基站，所述LoRa通讯模块与LoRa网络连接，LoRa网络通过网络端口与LoRa基站连接。

监控模块与报警模块信号连接，报警模块内部含有蜂鸣器，报警模块与定位模块信号连接，定位模块与监控模块信号连接。

本实用新型的有益效果：

1、通过在基于LoRa通讯模块的基础上将智能电表连接监控模块、报警模块和定位模块，方便及时通知智能电表附近的工作人员迅速查找需要维护的电表，对电表通讯的实时监控，减少维护人力成本，同时减少停电时间提高用户满意度。

2、通过在基于LoRa通讯模块的基础上将智能电表连接计量模块以及存储模块，并且通过LoRa系统上传到云平台，方便对智能电表的数值进行实时核对与统计，实现集中抄表系统降低系统运维费用。

3、通过将智能电表1的输出端通过DTU2与LoRa系统3信号连接，采用DTU2代替电能表集中器GPRS无线传输的功能,提供一款高性能、低功耗、远距离的微功率，用于减少运行成本，简化集抄网络架构，减少不必要的组网节点，降低网络故障点，降低建设优化集抄系统架构。

解决了现有技术中针对采用了GPRS数据传送实现集中抄表，但GPRS的覆盖面积区域小，传输速度慢，运营商收取的流量费用高，不利于现在的集中抄表以及对智能电表的实时数据监控等技术问题。

附图说明：

图1为本实用新型系统结构框架图。

图中：1-智能电表；11-监控模块；12-报警模块；13-存储模块；14-计量模块；15-定位模块；2-DTU；21-CPU控制模块；22-无线通讯模块；23-电源模块23；3-LoRa系统；31-LoRa通讯模块；32-LoRa网络；33-LoRa基站；4-网络服务器；5-云平台。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种基于LoRa通信模块的新型电表，包括智能电表1、DTU2、LoRa系统3和网络服务器4，智能电表1的输入端分别电性连接有监控模块11、报警模块12、存储模块13、计量模块14和定位模块15，监控模块11采用通过局域网连接摄像头，用于监控智能电表1屏幕显示的数据，监控模块11还包含有温度传感器、湿度传感器，用于探测智能电表1所处的环境，监控模块11与报警模块12信号连接，当外界环境出现温度较高或遭遇到水淋侵害到智能电表1的安全运行环境时，将驱动报警模块12进行报警，并传输到网络服务器4，使工作人员及时发现问题，派遣当地附近的工作人员维护。报警模块12内部含有蜂鸣器，用于引导维护的工作人员及时发现智能电表1的位置，报警模块12与定位模块15信号连接，定位模块15与监控模块11信号连接，根据定位模块15发送的位置信息方便维护的工作人员寻找出现故障的智能电表1，也方便接收到报警信息的工作人员派遣附件的工作人员去维护。

计量模块14用于实时对智能电表1的用电数值进行记录，计量模块14将所记录的电量数据发送至存储模块13，存储模块13与云平台5信号连接，存储模块13及时记录智能电表1的数值，方便通过云平台5在网络服务器4中进行统计与核对。

智能电表1的输出端通过DTU2与LoRa系统3信号连接，DTU2是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备，DTU2包括CPU控制模块21、无线通讯模块22和电源模块23，CPU控制模块21内含ARM9嵌入式处理器，无线通讯模块22用于将智能电表1的数据传送至LoRa系统3，电源模块23与外界电源电性连接，采用DTU2代替电能表集中器GPRS无线传输的功能,提供一款高性能、低功耗、远距离的微功率，在传送过程中不改变用户的任何数据和协议，采用半双工透明传输机制，可以完全代替电能表集中器GPRS无线传输的作用，具有组网迅速灵活，建设周期短、服务成本低、网络覆盖范围广、安全保密性能好的功能。

LoRa系统3可采用SX1278芯片或SX1301芯片，LoRa系统3包括LoRa通讯模块31、LoRa网络32和LoRa基站33，LoRa通讯模块31的将智能电表1的实时数据传送给LoRa网络32，LoRa网络32通过网络端口与LoRa基站33电性连接。LoRa系统3通过RS485总线与网络服务器4电性连接，LoRa基站33中的设备与网络服务器4之间的数据转换层的研究与实现（LoRa网络服务器），是基于linux操作系统服务器上实现的LoRa网络服务，用于管理多台LoRa基站33并控制上下行通讯与数据流，取得流量信息以计价，保证端至端讯号完整交换与确保通讯管道认证加密。

网络服务器4连接有用于数据存储的云平台5，方便对智能电表1的信息进行核对与记录。网络服务器4与云平台5是LoRa系统3的大脑，进行数据处理与控制反馈，网络服务器4管理多台LoRa基站33并控制上下行通讯与数据流，取得流量信息以计价，端至端讯号完整交换与确保通讯管道认证加密，提供终端节点接入鉴权、基站接入控制、LoRaWAN协议解析、数据传输、数据加解密、数据格式转换等功能，实现对诸多基站、终端节点进行统一管理。网络服务器4作为网关与云平台5的协议处理器，能实现“基站—网络服务器—应用服务器”间数据的双向传输、多次加密（以确保传输的安全性），并能进行传输流量统计、传输状态监测。

设计图

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主设计要求

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