[发明专利]一种基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统

权利要求书

1.一种基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于，该系统包括：前端信息采集模块，传输网络和后端远程管理平台。利用低功耗广域网网络低功耗、远距离传输的优势，将井盖、电缆沟道作为一个LoRa自组网终端，后端远程管理平台作为一个LoRa AP接入点，两者之间通过LoRa技术建立低功耗长距离的无线传输网络连接，实现井盖、电缆沟道现场和LoRa基站、远程管理平台间的双向通信。该装置利用各类传感器的采集的信息，获取井盖、电缆沟道的状态信息等，经中央处理器与自组网终端处理与定位后发送到LoRa无线通信网络，转发给LoRa基站、继而转发给远程管理平台App，实现双向通信、故障判断和地理定位的功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于：所述步骤(1)中的基于LoRa技术的智能井盖，在普通井盖上集成了多功能传感器包括温湿度传感器、超声波传感器和加速度传感器等，中央处理单元、LoRa收发前端、电源管理模块、与中央处理单元相连接的无线通信模块、信号处理单元等。

3.根据权利要求1中所述的基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于：所述步骤(2)中基于LoRa技术的智能井盖的中央处理器模块由MCU STM32F103RCT6芯片构成，其中内置报警控制模块，自动报警算法如下：给每一个井盖赋予一个唯一的标签ID号，时钟模块设置标签的心跳包周期为60s，标签有3种状态：睡眠、唤醒和告警，即井盖监测单元采用睡眠-唤醒-睡眠的循环工作模式来降低功耗。睡眠状态下，标签不工作，耗电量小只有uA级。心跳包周期每隔60s检测井盖状态是否变化，若没有变化，则继续睡眠至下次唤醒，若发生变化则处在唤醒状态下，上传数据至基站，基站收到异常信息而报警。智能井盖的LoRa射频模块由Microchip RN2438芯片构成，采用LoRa扩频调制跳频技术，工作在433MHzISM频段，通讯距离最大可达1Km，最大空中波特率为5Kpbs，最大100Mw发射功率。

4.根据权利要求1中所述的基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于：所述步骤(1)中的LoRa基站的功能对智能井盖传入的信息进行汇总、处理和传输。基站包括控制端、LoRa收发端、电源管理模块、通信模块等。控制端实现了通信、电源、端口连接，LoRa收发端实现智能井盖与基站之间信息交互，有效距离500-1000米，电源需持续供电，通信模块支持无线网卡、以太网、无线WiFi。其中LoRa基站的无线通信模块包含数据加密模块和网络传输模块。数据加密模块运用SM1算法，构造出安全、高效的密码系统，可用于对信息安全有较高要求的应用场合。SM1算法是对称加密算法，其加密和解密的密钥相同，密钥长度128位，可通过对加密芯片的接口进行调用而实现。通过对信息的加密及APN/VPN技术的应用，保证前端信息采集模块采集的信息在无线网络中传输的安全性。网络传输模块主要完成对编码数据和控制指令的传输，实现远程或近地信息的双向传输。网络传输模块针对后端监控APP应用软件，在网络层采用IP协议，在传输层采用RTP/RTCP协议。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP；一个给RTCP以保证数据的高效传输。

5.根据权利要求1中所述的基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于：所述步骤(1)中的LoRa无线传输网采用星状网并发通信，每一个区域中架设一个LoRa基站，相邻区域的基站可以作为本区域基站的中继。各节点通信规则为：一点对多点，多个节点可同时与中心节点通信，节点根据外界环境和信道阻塞情况自动采取跳频和速率自适应技术向中心节点发送数据，逻辑上网关可接收不同速率和不同频点的信号组合；物理上网关可同时接收多路信号，减少节点上传数据时发生冲突的概率。

6.根据权利要求1中所述的基于LoRa技术的城市电缆沟道智能运检系统，其特征在于：所述步骤(1)中的后端监控APP应用软件基于Android 4.x进行开发，基于层次化系统架构，使用JavaScript实现，并利用Android Studio作为编译环境进行开发，系统结构稳定，可靠性高，实现了包括双向通信、实时监控、设施定位、信息查询、任务管理等功能，满足运检维护及调度指挥的要求。