CN103117804B - 一种电力电缆检测装置与采集装置之间的多通道通信方法 - Google Patents

Abstract

一种电力电缆检测装置与采集装置之间的多通道通信方法，将检测装置安装在电力电缆高压一次侧，采集装置安装在低压二次侧；所述检测装置的CPU输出引脚连接发光管，采集装置的CPU的IO引脚连接光敏管，所述发光管与光敏管通过光纤连接；检测装置采集电力电缆中的电流、电压、温度信息，通过检测装置CPU控制发光管的通断，并采用曼切斯特编码方式，做出发光与不发光的发送序列，将采集的电流、电压、温度信息，通过光信号发送到所述光纤；采集装置通过光敏管接收检测装置通过光纤发送的“有光”或“无光”的光信号，转变为高低电平的电信号，输入CPU的IO引脚，由CPU完成数据解码。

Description

一种电力电缆检测装置与采集装置之间的多通道通信方法

技术领域

本发明涉及电力行业电力电缆检测装置与采集装置之间的数据通信，特别是应用于多通道同时并发的串行通信。

背景技术

电力电缆在配电网建设中发挥着重要的作用，对其监控直接关系着供电的可靠性与供电质量。电缆线路监控装置包括线路信息检测装置与数据采集装置，检测装置直接与电缆线接触，检测电缆中的电流、电压等模拟信号量，然后检测装置CPU按数字编码方式将监测信息通过有线或无线数据通信传送到采集装置，采集装置CPU通过解码获取电缆中的电流、电压等信息。通常，采集装置与检测装置的数据通信按照通信方式可以分为两种：有线通信方式与无线通信方式。其中，无线方式易受现场环境的影响，如现场的信号干扰、通信的信号易被屏蔽等，而且采用无线方式的检测装置一般使用电池供电，由于其功耗较大，所以必须提高成本用于功耗设计，其应用效果也不理想。有线通信方式一种是采用电缆线传输，此种方式不能很好的隔离一次设备与二次设备，在绝缘不好的安装点容易将一次侧的高压引入到二次侧；另一种有线方式是采用通信光纤传输，但其成本较高，且不易铺设，维护复杂，灵活性不好，而且这种有线方式只能采用点对点的通信方式，1个采集装置只能采集1个检测装置的数据，其扩展性不强，不能满足多开关监测控制的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对目前电力电缆检测装置与采集装置之间的有线数据通信方式存在的缺陷，提供一种能有效隔离一次侧的高压，且成本低、可靠性强，且能实现多通道通信的方法。

本发明的技术方案如下：

一种电力电缆检测装置与采集装置之间的多通道通信方法，其特征在于：

(1)将检测装置安装在电力电缆高压一次侧，采集装置安装在低压二次侧；所述检测装置的CPU输出引脚连接发光管，采集装置的CPU的IO引脚连接光敏管，所述发光管 与光敏管通过光纤连接；并且一个采集装置可同时与至少3个检测装置通过光纤连接；

(2)检测装置采集电力电缆中的电流、电压、温度信息，通过检测装置CPU控制发光管的通断，并采用曼切斯特编码方式，做出发光与不发光的发送序列，将采集的电流、电压、温度信息，通过光信号发送到所述光纤；所述的曼切斯特编码方式为：从有光到无光或从无光到有光代表一个数据位，每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为有光，后一半为无光；当传输“0”时，在时钟周期的前一半为无光，后一半为有光；

(3)采集装置通过光敏管接收检测装置通过光纤发送的“有光”或“无光”的光信号，转变为高低电平的电信号，输入CPU的IO引脚，由CPU完成数据解码。

上述方法中，所述光纤是塑料光纤。

上述方法中，步骤(2)所述的电流、电压、温度信息数据采用16位编码，包括1个开始位、4个信息类型位、10个信息内容位和1个停止位，每一位采用一个“有光—无光”或“无光—有光”的光脉冲表示；每个光脉冲持续时间为40ms，其容错能力在20ms以内。

上述方法中，步骤(3)中的数据解码方式为：

(31)读取并记录1串编码中每个高低电平的持续时间；

(32)判断1个高低电平持续时间△t与状态；若20ms≤△t≤60ms，则记录1个“1”或“0”；若60ms＜△t≤100ms，则记录2个“1”或“0”，然后判断该串编码的下一个高低电平，直至该串编码全部判断完毕，通过记录的“1”或“0”的个数，解出该串编码；然后返回步骤(31)；如果遇到△t＞100ms的情况，则整串编码记录归零，直接返回步骤(31)。

本发明在光信号的发送中采用了曼切斯特编码方式，容错能力强；一个采集装置可同时连接多个检测装置，按照本发明的方法，采集装置理论上可以并行接入2¹⁵个检测装置，且每个通信通道均采用曼彻斯特编码的串行通信，所占资源少，易于扩展，可靠性高。本发明采用塑料光纤，彻底解决了有线通信一次高压侧设备与二次低压侧设备的安全隔离问题，同时，成本对比于常用通信光纤较低，比较容易实现；相对于无线通信，其解决了功耗大的弊端，又能克服现场恶劣环境及信号不畅等无线通信通常遇到的问题。

附图说明

图1是本发明检测装置与采集装置之间的连接方式示意图

图2是曼切斯特编码0的表示方法

图3是曼切斯特编码1的表示方法

图4是采用曼切斯特编码的一个数据串的表示方法示意图

图5是传统的数字信号编码方式与本发明采用的曼切斯特编码方式的对比图

图6是本发明的数据解码流程图

具体实施方式

如图1所示，本发明检测装置1安装在高压一次侧的电力电缆2上，采集装置3安装在低压二次侧；所述检测装置的CPU的输出引脚连接发光管，采集装置的CPU的IO引脚连接光敏管，所述发光管与光敏管通过光纤4连接。本发明一个采集装置可同时与多个检测装置光纤连接，从而一个采集装置可以同时与多个检测装置进行数据通信。通信距离可以达到15米。

本发明的上述光纤可采用塑料塑料光纤。塑料光纤成本低廉，且能很好的隔离一次设备与二次设备。本发明一个采集装置可挂接多个检测装置，完全可以满足环网柜、开关柜、变电所等对多路开关的监测，可以检测电缆线路的电流、电压、温度等多种模拟量。

检测装置检测电力电缆的电流、电压、温度等信息，并将数据发送到采集装置。检测装置通过光信号发送数据，采用塑料光纤作为传输介质。本发明的光信号发送采用曼彻斯特编码方式，从“有光到无光”或“从无光到有光”代表一个数据位。每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为有光，后一半为无光；而传输“0”时正相反。曼彻斯特编码方法的“0”和“1”的表示方法分别如图2、图3所示。图4则是一个数据串采用曼彻斯特编码的表示方法，图中“1”代表有光，“0”代表“无光”。

图5是传统的数字信号编码方式与本发明采用的曼切斯特编码方式的对比图。在传统的高低电平数字编码中，一个“有光”信号代表“1”，一个“无光”信号代表“0”。这种编码方式要求发送数据端时钟的精确控制，来控制有光或无光的持续时间；在数据通信过程中，发光端光源与光敏接收端也需要极为精确的控制。否则，一个“有光”或“无光”时间如果持续时间过长的话将会产生误码；特别是连续传输多个“有光”或“无光”，将会产生误差的累积，导致误码。而本发明采用曼彻斯特编码方式的光编码，误差累积最多为两个光脉冲，容错能力强，基本不会产生误码。

本发明的电流、电压、温度信息数据采用16位编码，1个开始位、4个信息类型位、10个信息内容位与1个停止位。每一位采用一个“有光—无光”或“无光—有光”的光脉冲表示；每个光脉冲持续时间为40ms，其容错能力在20ms以内。

本发明的电流、电压、温度信息等数据格式如下表1所示：

本发明的信息传输实现方式如下：

检测装置(发送方)将要发送的数据做好编码，使用CPU引脚控制发光管的通断，以曼切斯特编码方式做出发光与不发光的发送序列，将数据发送到塑料光纤。

采集装置(接收方)通过光敏管，采集光纤中的光脉冲信号，转变为高低电平的电信号，接入CPU的IO引脚；由CPU完成数据解码。

数据解码流程图如图6所示，具体流程如下：

100  记录1串编码每个高低电平的持续时间；

110  判断1个高低电平间隔时间△t与状态；

120  若20ms≤△t≤60ms，

130  则记录1个“1”或“0”；

140  若60ms＜△t≤100ms，则记录2个“1”或“0”；

150  然后判断该串编码的下一个高低电平，直至该串编码全部判断完毕；

160  通过记录的“1”或“0”的个数，解出该串编码；

170 如果遇到△t＞100ms的情况，则整串编码记录归零。

采集装置作为接收方时，接入的检测装置的数量需要根据现场情况变化，本发明设计的采集装置接入检测装置的数量基本可以满足现场开关的接入要求。装置采用单片机的并口扩展采集外部IO口的状态变化，通过片选，理论上可以支持2¹⁵个检测装置的接入。采集装置采集外部IO口状态变化，将其做成带时标的SOE，通过对每个通信所上报的SOE的发生时间及状态的顺序判断，即可得出一组数据编码，就是这个通道的通信内容。

Claims (4)

1.一种电力电缆检测装置与采集装置之间的多通道通信方法，其特征在于：

(1)将检测装置安装在电力电缆高压一次侧，采集装置安装在低压二次侧；所述检测装置的CPU输出引脚连接发光管，采集装置的CPU的IO引脚连接光敏管，所述发光管与光敏管通过光纤连接；并且一个采集装置同时与至少3个检测装置通过光纤连接；

(2)检测装置采集电力电缆中的电流、电压、温度信息，通过检测装置CPU控制发光管的通断，并采用曼切斯特编码方式，做出发光与不发光的发送序列，将采集的电流、电压、温度信息，通过光信号发送到所述光纤；所述的曼切斯特编码方式为：从有光到无光或从无光到有光代表一个数据位，每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为有光，后一半为无光；当传输“0”时，在时钟周期的前一半为无光，后一半为有光；

(3)采集装置通过光敏管接收检测装置通过光纤发送的“有光”或“无光”的光信号，转变为高低电平的电信号，输入CPU的IO引脚，由CPU完成数据解码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光纤是塑料光纤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述的电流、电压、温度信息数据采用16位编码，包括1个开始位、4个信息类型位、10个信息内容位和1个停止位，每一位采用一个“有光—无光”或“无光—有光”的光脉冲表示；每个光脉冲持续时间为40ms，其容错能力在20ms以内。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的数据解码方式为：

(31)读取并记录1串编码中每个高低电平的持续时间；

(32)判断1个高低电平持续时间△t与状态；若20ms≤△t≤60ms，则记录1个“1”或“0”；若60ms＜△t≤100ms，则记录2个“1”或“0”，然后判断该串编码的下一个高低电平，直至该串编码全部判断完毕，通过记录的“1”或“0”的个数，解出该串编码；然后返回步骤(31)；如果遇到△t＞100ms的情况，则整串编码记录归零，直接返回步骤(31)。