CN102722952B - 一种路灯电缆防盗检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆防盗报警领域，具体是提出了一种基于电压和有效功率等电参数检测和直流电平通信相结合的路灯电缆防盗检测方法及检测装置，主要包括5个步骤，分别为：装置部署、主控模块参数标定、检测方式切换、有电状态下的防盗检测和停电状态下的防盗检测。本发明可以对具有复杂负载的照明线路实现有电和停电状态下的电缆防盗可靠的检测报警，同时可以综合实现灯具故障、偷漏电报警，以及电参数检测，并且通过CAN总线接口和485总线接口实现与其他照明控制系统的有机集成，系统实施简单。

Description

一种路灯电缆防盗检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及电缆防盗报警领域，特别涉及一种用于城市景观照明路灯电缆防盗检测方法及其装置。

背景技术

随着我国城市建设的不断发展，人民经济、文化和物质生活水平迅速提高，城市景观照明得到蓬勃发展，已成为城市建设的一个重要组成部分。与此同时，用于城市景观照明的电力电缆的数量也在快速的增长，而针对照明电缆偷盗活动也日益猖撅，相关管理部门的防盗工作变得艰难，频繁发生的偷盗活动给社会带来许多不安定因素，也造成了巨大的经济损失。为此，各种电缆防盗报警系统也应运而生,对电缆被盗现象起到了一定的效果。目前现有的路灯电缆防盗检测方法虽然很多，主要可归结为电压电流检测法、电容探测法和电力线载波通信检测法，其中电压电流检测法难于实现停电检测，电容探测法则要求施工时预留两芯电缆，否则难于实施，而电力线载波通信检测法则容易受电力线干扰影响，进而容易产生误报警。为此，专利[CN101937600A]发明了一种在被检测的线路中的所有路灯上并联大阻值的功率阻抗器，并利用模数转换器测量高精密匹配电阻的电压值变化的方法来判断电缆是否被切割，并可迅速判断出断缆距电缆起始端的距离，其不足主要是所有路灯上都要并联大阻值的功率阻抗器，增加了实施难度与成本，同时高精密匹配电阻的电压值变化的测量也给系统实施增加了难度；专利[CN201788559U]则发明了一种双信号增强型电缆防盗报警装置，确保电缆在有电或没电的情况下都处于被监控状态，其虽然实现了有电和停电状态下的防盗检测，但其并没有解决电力线载波通信容易受电力线干扰影响的问题；余臻在文献“基于阻抗突变测量的电缆防盗新机制的研究”中提出了一种加载直流电压法和采用交流采样的阻抗测量算法相结合的新型综合电缆防盗机制，其方法实施简单，然而其主要检测的是具有线性特征的非民用线路，对于有LED照明设施等非线性负载的线路难于检测。因此，针对现今复杂的照明负载特性，如何实现有电和停电状态下高可靠的电缆防盗检测仍然是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种路灯电缆防盗检测方法及检测装置，其克服了现有技术的不足，实现了在有电和停电状态对各种照明负载线路的可靠检测。

为实现上述发明目的，本发明提出了一种基于电压和有效功率等电参数检测和直流电平通信相结合的路灯电缆防盗检测方法，其步骤如下：

（1）装置部署：在被检测的照明电缆的起始端安装主控模块，被检测照明电缆的末端安装末端模块，主控模块和末端模块由电力线相连；

（2）主控模块参数标定：设定被检测的电压下限V_Bottom、电压上限V_Top、标定幅值DV、照明灯具故障有效功率比例系数FCO和电缆被盗有效功率比例系数SCO，且FCO>SCO；在主控模块端按照设定参数依次改变其线路电压，即按标定幅值DV从V_Bottom变化到V_Top，并利用主控模块采样线路在不同电压状态下的电压V和有效功率PTv；然后利用插值计算得到从V_Bottom到V_Top每变化1伏的有效功率PTv，同时根据设定系数FCO和SCO计算得到每个有效功率PTv所对应的照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv，即FTHv=FCO*PTv，STHv=SCO*PTv；进而得到电压V、有效功率PTv和有效功率照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv的对应表MapTable，并保存到主控模块中；

（3）检测方式切换：主控模块和末端模块都包含交流电检测子模块，如果检测到有交流电，系统自动切换到有电检测状态，否则切换到停电检测状态，采用锂电池供电；

（4）有电状态下的防盗检测：在被检测回路有电的状态下，设置电参数检测周期ΔT1，按周期ΔT1实测电力线路的电压V、电流A和检测周期有效功率Pv，并通过CAN或485总线网络传输出去；如果连续N次出现（（Pv-PTv）+STHv）小于0的情况，则触发电缆被盗报警；如果连续N次出现（（Pv-PTv）+FTHv）小于0的情况，则触发灯具故障报警；如果连续N次出现（（Pv-PTv）-STHv）大于0的情况，则触发偷漏电报警；并通过CAN或485总线网络传输出去；其中电参数检测周期ΔT1取值范围为1～10秒，N次的取值范围为3～5次；

（5）停电状态下的防盗检测：在被检测回路停电的状态下，设置主控模块和末端模块的通信周期ΔT2，如果连续M次出现主控模块发出握手信号，收不到末端模块的确认信号的情况，则出发电缆被盗报警，并通过CAN或485总线网络传输出去；其中主控模块和末端模块的通信周期ΔT2取值范围为1～10秒，M次的取值范围为3～5次。

进一步地，在步骤（2）中的插值计算采用公式（1-1），其中f代表有效功率PTv，n表示从V_Bottom变化到V_Top的分段区间数+1，其中V₁=V_Bottom，V_n=V_Top；

$\left\{\begin{array}{c}f\left(V\right)=f_k*h_{00}\left(t\right)h*m_k*h_{10}\left(t\right)+f_{k+1}*h_{01}\left(t\right)+h*m_{k+1}*h_{11}\left(t\right)\\ h=V_{k+1}-V_k(k=\mathrm{1,2},...,n-1,\mathrm{andV}\∈[V_k,V_{k+1}))\\ t=\frac{V-V_k}{h}\\ h_{00}\left(t\right)=2*t^3-3*t^2+1\\ h_{10}\left(t\right)=t^3-2*t^2+t\\ h_{01}\left(t\right)=-2*t^3+3*t^2\\ h_{11}\left(t\right)=t^3-t^2\\ {\mathrm{\Δ}}_k=\frac{f_{k+1}-f_k}{V_{k+1}-V_k}\\ m_1={\mathrm{\Δ}}_1\\ m_n={\mathrm{\Δ}}_{n-1}\\ m_k=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{k-1}+{\mathrm{\Δ}}_k}{2}(k=2,...,n-1)\\ m_k=m_{k+1}=0\left(\mathrm{if}({\mathrm{\Δ}}_k=0)\right)\\ \left.\begin{array}{c}{m}_k=T_k*{\mathrm{\α}}_k*{\mathrm{\Δ}}_k\\ m_{k+1}=T_k*{\mathrm{\β}}_k*{\mathrm{\Δ}}_k\end{array}\right\}\left(\mathrm{if}({{\mathrm{\α}}_k}^2+{{\mathrm{\β}}_k}^2>9)\right)\\ {\mathrm{\α}}_{k=\frac{m_{k+1}}{{\mathrm{\Δ}}_k}}\\ {\mathrm{\β}}_{k=\frac{m_{k+1}}{{\mathrm{\Δ}}_k}}\\ T_{k=\frac{3}{\sqrt{{{\mathrm{\α}}_k}^2+{{\mathrm{\β}}_k}^2}}}\end{array}\right.---(1-1)$

进一步地，电压下限V_Bottom取值范围为160～200V，电压上限V_Top取值范围为220～260V，标定幅值DV取值范围为5～10V。

进一步地，所述主控模块和末端模块都包含锂电池充电和保护电路，在有电状态下将根据锂电池的电量情况确定是否充电，以延长电池使用寿命。

同时，本发明还提出一种路灯电缆防盗检测装置，包括主控模块和末端模块，主控模块包括第一主控单元MCU、电参数检测子模块、第一交流电检测子模块、第一信号切换子模块、第一充电/保护电路、第一锂电池、参数保存、CAN总线接口和485总线接口；其中电参数检测子模块用于定时检测电力线路上的电压、电流和有效功率；第一交流电监测子模块用于检测被测电力线路上是否是交流供电；第一信号切换子模块用于在停电状态下接通电力线缆，实现直流电平通信，而有电状态则切断连接；第一充电/保护电路则用于装置的供电模式的切换和对第一锂电池的充电保护；整个模块的工作由MCU协调；所述末端模块包括第二主控单元MCU、第二交流电检测子模块、第二信号切换子模块、第二充电/保护电路、第二锂电池、CAN总线接口和485总线接口；所述CAN总线接口和485总线接口用于将模块的相关信号传输给总线上的其他模块。其中传输信号主要包括电缆被盗报警、灯具故障报警、偷漏电报警和实测电压、电流和有效功率。

本发明的有益效果是，可以对具有复杂负载的照明线路实现有电和停电状态下的电缆防盗可靠的检测报警，同时可以综合实现灯具故障、偷漏电报警，以及电参数检测，并且通过CAN总线接口和485总线接口实现与其他照明控制系统的有机集成，系统实施简单。

附图说明

图1是本发明路灯电缆防盗检测方法的流程图。

图2为本发明路灯电缆防盗检测装置的主控模块逻辑结构图。

图3为本发明路灯电缆防盗检测装置的末端模块逻辑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图2和图3所示，本发明的检测装置包括主控模块（图2）和末端模块（图3）构成，主控模块包括第一主控单元MCU、电参数检测子模块、第一交流电检测子模块、第一信号切换子模块、第一充电/保护电路、第一锂电池、参数保存、CAN总线接口和485总线接口；其中电参数检测子模块用于定时检测电力线路上的电压、电流和有效功率；第一交流电监测子模块用于检测被测电力线路上是否是交流供电；第一信号切换子模块用于在停电状态下接通电力线缆，实现直流电平通信，而有电状态则切断连接；第一充电/保护电路则用于装置的供电模式的切换和对第一锂电池的充电保护；整个模块的工作由MCU协调；末端模块包括第二主控单元MCU、第二交流电检测子模块、第二信号切换子模块、第二充电/保护电路、第二锂电池、CAN总线接口和485总线接口；CAN总线接口和485总线接口用于将模块的相关信号传输给总线上的其他模块。其中传输信号主要包括电缆被盗报警、灯具故障报警、偷漏电报警和实测电压、电流和有效功率。

主控模块和末端模块都带锂电池，可以在交流电停电时工作，由模块中的充电/保护电路实现供电模式的切换，当照明电力线路有交流电时，模块采用交流电电源，而在交流电停电时模组采用锂电池供电，并且充电/保护电路可以根据锂电池的电量决定是否充电；同时在交流电供电时，模块中的信号切换子模块将模组的直流电平通信线路与电力线路断开，而在停电状态则自动将其接驳上，以借助电力线路实现直流电平的通信。因此，本发明可以对有电和停电状态下的照明电缆进行防盗检测。

对于图2所示的主控模块，在交流电供电时，电参数检测子模块将按时间周期ΔT1定期实测线路上的电压、电流和有效功率参数，并且通过CAN或485总线网络发送出去。一般ΔT1可以设定为1～10秒。因此，本发明可以方便实现与其他照明控制系统的有机集成。

本发明提供的路灯电缆防盗检测方法的具体实施流程如图1所示。

（1）图1中的步骤（a1）完成装置部署，即在被检测的照明电缆的起始端安装检测主控模块，同时在被检测线路的末端安装末端模块，主控模块和末端模块直接由照明电力线相连。

（2）图1中的步骤（a2）～（a4）完成主控模块的参数标定，即在步骤（a2）完成主控模块的相关参数设定，主要包括电压下限V_Bottom、上限V_Top，标定幅值DV，其对应的取值范围可分别是160～200V、220～260V、5～10V，以及照明灯具故障有效功率比例系数FCO和电缆被盗有效功率比例系数SCO，其取值主要根据线路负载情况确定，且FCO>SCO；然后由步骤（a3）在主控模块端按照设定参数依次改变其线路电压，即按标定幅值DV从V_Bottom变化到V_Top，并利用主控模块采样线路在不同电压状态下的电压V和有效功率PTv；接着由步骤（a4）按公式（1-1）计算出从V_Bottom到V_Top每变化1伏的有效功率PTv，，同时根据设定系数FCO和SCO计算得到每个有效功率PTv所对应的照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv，即FTHv=FCO*PTv，STHv=SCO*PTv；进而得到电压V、有效功率PTv和有效功率照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv的对应表MapTable，并保存到主控模块中，供后续使用；

$\left\{\begin{array}{c}f\left(V\right)=f_k*h_{00}\left(t\right)h*m_k*h_{10}\left(t\right)+f_{k+1}*h_{01}\left(t\right)+h*m_{k+1}*h_{11}\left(t\right)\\ h=V_{k+1}-V_k(k=\mathrm{1,2},...,n-1,\mathrm{andV}\∈[V_k,V_{k+1}))\\ t=\frac{V-V_k}{h}\\ h_{00}\left(t\right)=2*t^3-3*t^2+1\\ h_{10}\left(t\right)=t^3-2*t^2+t\\ h_{01}\left(t\right)=-2*t^3+3*t^2\\ h_{11}\left(t\right)=t^3-t^2\\ {\mathrm{\Δ}}_k=\frac{f_{k+1}-f_k}{V_{k+1}-V_k}\\ m_1={\mathrm{\Δ}}_1\\ m_n={\mathrm{\Δ}}_{n-1}\\ m_k=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{k-1}+{\mathrm{\Δ}}_k}{2}(k=2,...,n-1)\\ m_k=m_{k+1}=0\left(\mathrm{if}({\mathrm{\Δ}}_k=0)\right)\\ \left.\begin{array}{c}{m}_k=T_k*{\mathrm{\α}}_k*{\mathrm{\Δ}}_k\\ m_{k+1}=T_k*{\mathrm{\β}}_k*{\mathrm{\Δ}}_k\end{array}\right\}\left(\mathrm{if}({{\mathrm{\α}}_k}^2+{{\mathrm{\β}}_k}^2>9)\right)\\ {\mathrm{\α}}_{k=\frac{m_{k+1}}{{\mathrm{\Δ}}_k}}\\ {\mathrm{\β}}_{k=\frac{m_{k+1}}{{\mathrm{\Δ}}_k}}\\ T_{k=\frac{3}{\sqrt{{{\mathrm{\α}}_k}^2+{{\mathrm{\β}}_k}^2}}}\end{array}\right.---(1-1)$

其中f代表有效功率PTv，n表示从V_Bottom变化到V_Top的分段区间数+1，其中V₁=V_Bottom，V_n=V_Top。

（3）图1中的步骤（a5）、（a6）和（a16）用于实现检测方式切换，即步骤（a5）是由主控模块和末端模块中的交流电检测子模块完成对照明线路是否有交流电的检测，如果存在交流电，则在步骤（a6）由主控模块和末端模块中信号切换子模块完成直流电平通信线路与照明线路断开；而如果不存在交流电则由主控模块和末端模块中信号切换子模块完成直流电平通信线路与照明线路接驳，以实现直流电平通信。

（4）图1中的步骤（a7）～（a15）用于有电状态下的防盗检测，即由主控模块和末端模块中的交流电检测子模块检测到照明线路存在交流电时，将系统设置在有电状态，根据电参数检测周期ΔT1，按图1中的步骤（a7）每周期主控模块实测照明线路的电压V、电流A和检测周期有效功率Pv，并按步骤（a8）将检测结果通过CAN或485总线网络传输出去；步骤（a9）如果连续N次出现（（Pv-PTv）+STHv）小于0的情况，则由步骤（a10）触发电缆被盗报警；否则步骤（a11）如果连续N次出现（（Pv-PTv）+FTHv）小于0的情况，则由步骤（a12）触发灯具故障报警；否则步骤（a13）如果连续N次出现（（Pv-PTv）-STHv）大于0的情况，则由步骤（a14）触发偷漏电报警；并将报警数据包通过CAN或485总线网络传输出去；其中，ΔT1取值范围为1～10秒，N值一般在3～5之间。

（5）图1中的步骤（a17）～（a23）用于停电状态下的防盗检测，即由主控模块和末端模块中的交流电检测子模块检测到照明线路不存在交流电时，将系统设置在停电状态，启动锂电池供电。根据通信周期ΔT2，按图1中的步骤（a17）～（a23），主控模块在每个通信周期向末端模块发送握手信号数据包，判断在规定时间内是否能收到末端模块的握手确认数据包，如果连续M次都收不到末端模块的握手确认数据包，即步骤（a21）中的（C3>M）成立时，则有步骤（a10）发出电缆被盗报警；并将报警数据包通过CAN或485总线网络传输出去。其中，主控模块和末端模块的通信周期ΔT2取值范围为1～10秒，M次的取值范围为3～5次。

Claims (6)

1.一种路灯电缆防盗检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 

（1）装置部署：在被检测的照明电缆的起始端安装主控模块，被检测照明电缆的末端安装末端模块，主控模块和末端模块由电力线相连； 

（2）主控模块参数标定：设定被检测的电压下限V_Bottom、电压上限V_Top、标定幅值DV、照明灯具故障有效功率比例系数FCO和电缆被盗有效功率比例系数SCO，且FCO>SCO；在主控模块端按照设定参数依次改变其线路电压，即按标定幅值DV从V_Bottom变化到V_Top，并利用主控模块采样线路在不同电压状态下的电压V和有效功率PTv；然后利用插值计算得到从V_Bottom到V_Top每变化1伏的有效功率PTv，同时根据设定系数FCO和SCO计算得到每个有效功率PTv所对应的照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv，即FTHv=FCO*PTv，STHv=SCO*PTv；进而得到电压V、有效功率PTv和有效功率照明灯具故障阈值FTHv和电缆被盗阈值STHv的对应表MapTable，并保存到主控模块中； 

（3）检测方式切换：主控模块和末端模块都包含交流电检测子模块，如果检测到有交流电，系统自动切换到有电检测状态，否则切换到停电检测状态，采用锂电池供电； 

（4）有电状态下的防盗检测：在被检测回路有电的状态下，设置电参数检测周期ΔT1，按周期ΔT1实测电力线路的电压V、电流A和检测周期有效功率Pv，并通过CAN或485总线网络传输出去；如果连续N次出现（（Pv-PTv）+STHv）小于0的情况，则触发电缆被盗报警；如果连续N次出现（（Pv-PTv）+FTHv）小于0的情况，则触发灯具故障报警；如果连续N次出现（（Pv-PTv）-STHv）大于0的情况，则触发偷漏电报警；并通过CAN或485总线网络传输出去；其中电参数检测周期ΔT1取值范围为1～10秒，N次的取值范围为3～5次； 

（5）停电状态下的防盗检测：在被检测回路停电的状态下，设置主控模块和末端模块的通信周期ΔT2，如果连续M次出现主控模块发出握手信号，收不到末端模块的确认信号的情况，则出发电缆被盗报警，并通过CAN或485总线网络传输出去；其中主控模块和末端模块的通信周期ΔT2取值范围为1～10秒，M次的取值范围为3～5次。 

2.如权利要求1所述的路灯电缆防盗检测方法，其特征在于所述步骤（2）中的插值计算采用公式（1-1），其中f代表有效功率PTv，n表示从V_Bottom变化到V_Top的分段区间数+1，其中V₁=V_Bottom，V_n=V_Top； 

3.如权利要求1或2所述的路灯电缆防盗检测方法，其特征在于，电压下限V_Bottom取值范围为160～200V，电压上限V_Top取值范围为220～260V，标定幅值DV取值范围为5～10V。 

4.如权利要求1所述的路灯电缆防盗检测方法，其特征在于所述主控模块和末端模块都包含锂电池充电和保护电路，在有电状态下将根据锂电池的电量情况确定是否充电，以延长电池使用寿命。 

5.一种路灯电缆防盗检测装置，其特征在于：包括主控模块和末端模块， 

所述主控模块包括第一主控单元MCU、电参数检测子模块、第一交流电检测子模块、第一信号切换子模块、第一充电/保护电路、第一锂电池、参数保存、CAN总线接口和485总线接口；其中电参数检测子模块用于定时检测电力线路上的电压、电流和有效功率；第一交流电监测子模块用于检测被测电力线路上是否是交流供电；第一信号切换子模块用于在停电状态下接通电力线缆，实现直流电平通信，而有电状态则切断连接；第一充电/保护电路则用于装置的供电模式的切换和对第一锂电池的充电保护；整个模块的工作由MCU协调；所述末端模块包括第二主控单元MCU、第二交流电检测子模块、第二信号切换子模块、第二充电/保护电路、第二锂电池、CAN总线接口和485总线接口；所述CAN总线接口和485总线接口用于将模块的相关信号传输给总线上的其他模块。 

6.如权利要求5所述的路灯电缆防盗检测装置，其特征在于，所述CAN总线接口和485总线接口传输的信号包括电缆被盗报警、灯具故障报警、偷漏电报警和实测电压、电流和有效功率。 

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