一种应用于低压漏电定位仪的通信系统及其通信方法与流程

1.本发明涉及低电压领域，具体是一种应用于低压漏电定位仪的通信系统及其通信方法。


背景技术：

2.随着我国经济的飞速发展，居民用电水平也随之提升，导致低压台区漏电事故发生次数急剧增加，漏电事故威胁了居民的正常生活，因此实现快速定位低压台区漏电，及时找出漏电故障点是重中之重。
3.当前主要采用低压漏电定位仪实现漏电故障点的定位，通过漏电定位原理可知，执行漏电定位工作时主机负责从测试端注入特征信号，从机根据电磁感应原理从待测线缆周围获取该特征信号并做相应的警示操作。当从机无法从待测线缆获取到主机注入的特征信号(待测线路不能构成导电回路)时，认为待测线路不存在漏电现象。待测线路从有特征信号段过度到无特征信号段的过程即漏电点的定位过程，待测线缆漏电点处于两段线路之间。
4.因此，实现主、从机之间的快速、准确通信至关重要，目前基于待测线缆注入信号的通信方式有特征频率法，即，向线缆内注入一种或几种特定频率的信号，因受线缆负载大小不确定影响，无法固定信号解析时的干扰信号强度，极易出现误报现象。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术存在的不足，本发明提出一种应用于低压漏电定位仪的通信系统及其通信方法，通过设计主、从机端的编码器和解码器，减少外界的干扰影响，提高了主、从机之间通信传递的正确率，有效预防漏电定位误报现象，实现准确、快速定位故障点。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种应用于低压漏电定位仪的通信系统，包含编码模块和解码模块，其中：
7.编码模块，根据通信协议约定，将主机下发的载荷数据按照具有传递载荷数据能力的频率信号协议转换为由帧头段、数据段和空闲段组成的，空闲段与数据段交替存在的协议帧序列，根据协议帧序列生成对应的频率信号，按照预定时间窗根据频率信号控制硬件电路将协议帧数据注入线路发送至从机解码模块；
8.解码模块，接收编码模块注入线路的协议帧数据，解析有效数据获取信号频率值，并将信号频率值映射为载荷值。
9.进一步的，编码模块包含数据接口模块、数据编码模块、定时器模块、信号发生器和信号注入模块，其中：
10.数据接口模块，接收主机下发的数据发送至数据编码模块；
11.数据编码模块，将接收的数据按照协议约定生成协议帧；
12.定时器模块，控制协议格式内各功能段时长；
13.信号发生器，根据协议帧序列不同功能段的频率值生成频率信号，控制信号注入
模块将频率信号注入线路发送至解码模块；
14.信号注入模块，接收信号发生器的频率信号，根据频率控制接入待测线路的电压开关通断，产生对应频率信号的通断次数。
15.进一步的，解码模块包含采样模块、fft模块、峰值提取模块、数据解析模块和干扰信号模块，其中：
16.采样模块，采集编码模块发送的数据；
17.fft模块，对采集的数据进行fft计算；
18.峰值提取模块，对fft计算结果进行峰值提取；
19.干扰信号模块，为峰值提取提供干扰信号强度参考及根据峰值提取结果更新干扰信号强度；
20.数据解析模块，对提取的峰值进行帧序列识别与载荷数据提取。
21.一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，包含编码流程和解码流程，具体包含以下步骤：
22.编码流程：
23.s11：编码模块初始化定时器模块、信号发生器及缓存；
24.s12：接收主机下发数据，并按照具有传递载荷数据能力的频率信号协议将其转换为协议帧序列；
25.s13：启动信号发生器和定时器模块，设定时间t；
26.s14：到达时间t，根据协议帧序列数据段频率生成对应的频率信号，控制硬件电路将频率信号注入线路，发送至解码器；
27.s15：判断是否发送全部协议帧序列数据，若完成，则结束编码流程，否则返回s4，切换下一个协议帧序列的功能段，重复运行直到整个协议帧序列发送完毕；
28.解码流程：
29.s21：解码模块初始化fft模块、信号采集模块和干扰信号处理模块；
30.s22：采集编码模块发送的一帧功能段数据，进行fft计算；
31.s23：在预定频点f0、f1、f2附近做峰值提取，其中峰值提取用到的干扰信号强度由干扰信号处理模块提供，选择三个频率点中信号强度最大的频率f作为该帧有效频率，将剩余两个频点的峰值提取结果输入到干扰信号处理模块，更新干扰阈值，对相应的频点做干扰信号强度处理；
32.协议项频率值说明帧头f0表明帧数据的开始二进制1f1载荷有效数据二进制0f2载荷有效数据
33.s24：判断该功能段数据是否为帧头段数据，若是，则重置数据缓存，将帧头段记为第1帧数据，返回s22，采集数据段数据；若否，判断是否为数据段，若是，进入s25，若否，返回s7；
34.s25：判断当前帧是否为奇数帧，若是，读取该帧数据段数据则同s23处理，提取该数据段有效频率f，将有效频率f映射为载荷值并存储，同时更新干扰阈值；若否，判断是否完成全部协议帧序列数据接收，若是，清除数据接收标志，进入s26；若否，返回s22重复运
行。
35.s26：将缓存到的频率值映射到预定的载荷值，完成数据的传递。
36.进一步的，所述s13中，当发送的协议帧序列功能段为空白段是，信号发生器关闭，不输出频率信号，直至发送的功能段为帧头段或数据段。
37.本发明的有益效果：基于编码模块与解码模块之间的载荷通信方法进行通信，可有效减少因外界干扰导致的误报现象，在弱信号场景下也能实现较高通信正确率，充分保证数据的正确传输。通过帧头段、数据段、空闲段交替存在的协议帧序列，能够保证解码模块每次采集到的数据只包含一个有效频率，这样会有效降低解码数据分析难度，有益于解码模块和编码模块的异步操作，能够保证通信数据的准确率。另外通过干扰信号阈值生产机制，可有效探测外界干扰信号强度，并减少干扰信号引起的通信失败问题。
附图说明
38.图1为本发明应用于低压漏电定位仪的通信系统的编码模块结构图。
39.图2为本发明应用于低压漏电定位仪的通信系统的解码模块结构图。
40.图3为本发明应用于低压漏电定位仪的通信系统的通信方法编码流程图。
41.图4为本发明应用于低压漏电定位仪的通信系统的通信方法解码流程图。
42.图5为本发明协议帧序列。
43.图6为本发明数据帧各功能段的时间窗口。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
45.本发明提出了一种应用于低压漏电定位仪的通信系统，包含编码模块和解码模块，其中：
46.编码模块，根据通信协议约定，将主机下发的载荷数据按照具有传递载荷数据能力的频率信号协议转换如图5所示的，为由帧头段、数据段和空闲段组成的，空闲段与数据段交替存在的协议帧序列，根据协议帧序列生成对应的频率信号，按照预定时间窗根据频率信号控制硬件电路将协议帧数据注入线路发送至从机解码模块；
47.协议帧序列中各个功能段具有相同的时间窗口t，如图6所示。
48.解码模块，接收编码模块注入线路的协议帧数据，解析有效数据获取信号频率值，并将信号频率值映射为载荷值。
49.如图1所示，编码模块包含数据接口模块、数据编码模块、定时器模块、信号发生器和信号注入模块，其中：
50.数据接口模块，接收主机下发的数据发送至数据编码模块；
51.数据编码模块，将接收的数据按照协议约定生成协议帧；
52.定时器模块，控制协议格式内各功能段时长；
53.信号发生器，根据协议帧序列不同功能段的频率值生成频率信号，控制信号注入模块将频率信号注入线路发送至解码模块；
54.信号注入模块，接收信号发生器的频率信号，根据频率控制接入待测线路的电压开关通断，产生对应频率信号的通断次数。
55.如图2所示，解码模块包含采样模块、fft模块、峰值提取模块、数据解析模块和干扰信号模块，其中：
56.采样模块，采集编码模块发送的数据；
57.fft模块，对采集的数据进行fft计算；
58.峰值提取模块，对fft计算结果进行峰值提取；
59.干扰信号模块，为峰值提取提供干扰信号强度参考及根据峰值提取结果更新干扰信号强度；
60.数据解析模块，对提取的峰值进行帧序列识别与载荷数据提取。
61.本发明还提出了一种应用于低压漏电定位仪的通信方法，包含编码流程和解码流程，具体包含以下步骤：
62.如图3所示，编码流程如下：
63.s11：编码模块初始化定时器模块、信号发生器及缓存；
64.s12：接收主机下发数据，并按照具有传递载荷数据能力的频率信号协议将其转换为协议帧序列；
65.s13：启动信号发生器和定时器模块，设定时间t；
66.s14：到达时间t，根据协议帧序列数据段频率生成对应的频率信号，控制硬件电路将频率信号注入线路，发送至解码器；
67.s15：判断是否发送全部协议帧序列数据，若完成，则结束编码流程，否则返回s4，切换下一个协议帧序列的功能段，重复运行直到整个协议帧序列发送完毕；
68.如图4所示，解码流程如下：
69.s21：解码模块初始化fft模块、信号采集模块和干扰信号处理模块；
70.s22：采集编码模块发送的一帧功能段数据，进行fft计算；
71.s23：在预定频点f0、f1、f2附近做峰值提取，其中峰值提取用到的干扰信号强度由干扰信号处理模块提供，选择三个频率点中信号强度最大的频率f作为该帧有效频率，将剩余两个频点的峰值提取结果输入到干扰信号处理模块，更新干扰阈值，对相应的频点做干扰信号强度处理；
72.协议项频率值说明帧头f0表明帧数据的开始二进制1f1载荷有效数据二进制0f2载荷有效数据
73.s24：判断该功能段数据是否为帧头段数据，若是，则重置数据缓存，将帧头段记为第1帧数据，返回s2，采集数据段数据；若否，判断是否为数据段，若是，进入s5，若否，返回s7；
74.s25：判断当前帧是否为奇数帧，若是，读取该帧数据段数据则同s23处理，提取该数据段有效频率f，将有效频率f映射为载荷值并存储，同时更新干扰阈值；若否，判断是否完成全部协议帧序列数据接收，若是，清除数据接收标志，进入s26；若否，返回s22重复运行。
75.s26：将缓存到的频率值映射到预定的载荷值，完成数据的传递。
76.进一步的，所述s13中，当发送的协议帧序列功能段为空白段是，信号发生器关闭，不输出频率信号，直至发送的功能段为帧头段或数据段。
77.本发明应用于低压漏电定位仪的通信系统，主要通过主机和从机两部分来实现，其中主机包含编码模块，从机包含解码模块，定位工作时，首先将待测线路进行断电操作，将主机信号线接入待测线路初始段，主机地线接入大地，然后启动主机，通过编码模块将频率信号注入线路；然后通过从机沿待测线路进行监测，通过解码模块接收编码模块注入线路的频率信号。