基于LORA无线通信技术和MQTT协议的电力环境监测系统的研究与设计

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传统的电力环境监测系统一般采用人力巡检的方式,耗费了大量人力资源,而且成本高、实时性差。随着近些年工业物联网技术与云技术的发展,电力监测领域出现了新的生机与活力,越来越多的厂家开始用新兴的无线通信技术和云技术对其监控系统进行升级。为了帮助企业降低电站环境监测消耗的人力巡检成本、施工布线成本、系统维护成本,实现数据云储存和便捷化展示,挖掘数据更多的价值,实验室所在项目组与国内一家电力企业合作,进行了无线传感器云监测系统项目开发,项目组安排作者作为主要技术负责人负责整个项目,本论文主要基于此项目进行论述。论文首先分析了项目的总体需求,根据项目需求设计了系统整体架构,本系统主要分为监测器终端、LoRa网关、云端三个部分。监测器终端负责采集各种传感器的数据并通过LoRa模块把数据发送到LoRa网关;LoRa网关负责汇集各监测器的数据、对数据进行分析处理,数据处理后通过MQTT协议把数据传输到云端;云端负责对网关的数据进行解析、存储以及可视化展示。作者根据项目需求完成了各类型传感器、监测器MCU、LoRa模块、LoRa网关的硬件选型;与硬件工程师一起完成了监测器最小系统、LoRa网关系统的硬件电路设计与测试;完成了监测器终端MCU软件环境搭建;完成了LoRa网关端Linux系统的uboot、内核、设备树、文件系统的编译移植;完成了LoRa网关端Linux系统上Docker容器环境和Baetyl边缘计算平台的搭建;完成了本系统云平台的搭建;完成了本系统数据协议的设计,包括监测器端的传感器数据协议、LoRa传输时的数据协议、LoRa网关数据上传到云的数据协议、命令控制协议;编写了监测器终端MCU的数据采集程序、网关端开机引导bash脚本程序、网关端数据上云的MQTT功能程序;完成了本系统云平台的设计,包括物接入功能、规则引擎功能、时序数据库功能、物可视功能;最后对实验结果进行了分析,对整个系统进行了总结。整个项目基于LoRa(Long Range Radio,远距离无线电)无线通信技术、MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议)协议、嵌入式Linux系统和天工物联网平台设计实现了一套用于监测电工厂环境参数的无线传感器云监测系统,该系统具有数据精度高、实时性强、通信距离远、组网灵活、部署方便、成本较低的优势。
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