CN112040502A - 一种pdc测试数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PDC测试数据传输方法及装置，该方法包括：定义数据写入指针和发送指针，创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程；接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并将打包后的数据写入RAM中，更新写入指针；间隔预定时间判断发送指针和写入指针是否满足预定条件，若发送指针和写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机；当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新发送指针，并重新查询判断是否进行PDC测量数据发送。通过该方案解决了现有PDC数据传输方法难以兼顾数据的实时性和可靠性的问题，可以实现测试数据的实时传输，在网络中断或不稳定时，提高传输的准确性和可靠性。

Description

一种PDC测试数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种PDC测试数据传输方法及装置。

背景技术

变压器作为电力系统的核心设备，承担着电压转换、能量传输和电能分配等功能，而变压器绝缘性能的好坏直接关系着电力系统的运行可靠性。一般因绝缘系统造成的事故占变压器事故的85％以上，电网中常采用油浸式变压器，绝缘油与绝缘纸的复合是其主要的绝缘系统。由于水分会恶化变压器的的绝缘性能，对变压器使用寿命和运行可靠性产生影响，因此需要定期对变压器油纸绝缘系统的含水量进行检测，判断变压器绝缘性能。

变压器的绝缘系统可以通过介电模型来表示，由于绝缘系统的介电响应会因绝缘中水含量的改变而发生变化，可以通过极化/去极化电流法(PDC)进行测量，PDC是一种时域的介质响应测量方法，PDC测试的整套装置一般采用上下位机的结构，下位机负责功率输出和测量，并通过通信模块发送至上位机。上位机一般为装有应用程序的PC电脑，负责将下位机发送的数据进行显示和计算，得到最终的结果。

在PDC测试时，需要测试一整段时间(如1h)的数据，测试时间长，数据量大。因为网络故障、有线通信线缆脱落、电磁干扰、PC故障(如应用软件卡死、PC蓝屏死机重启)等原因，可能导致通信数据丢包，大大影响测量结果的准确性。若采用实时发送的方法，即测量一个数据即发送一个数据，数据传输的可靠性不强，在下位机传输数据至上位机时，可能会出现丢包的情况，或者出现上位机电脑卡死、故障，或者掉线的情况，导致数据会出现大段丢包。而采用软件算法弥补丢包数据，如插值法，仍然会影响测试结果的准确性。

若采用整段PDC测试完毕后(通常测试时间为1小时及以上)，再一起将所有数据发送给上位机，虽然可以有效保障数据传输的可靠性，但是由于实时性较差，会导致用户体验不好。如在整段测试时间内，因为没有数据发送和接收，用户无法在上位机软件界面上观察到测量的数据结果和图形表示。可见，现有方案中难以很好兼顾PDC数据传输的实时性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种PDC数据传输方法及装置，以解决现有的PDC测试数据传输方法难以兼顾数据的实时性和可靠性的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种PDC测试数据传输方法，包括：

定义数据写入指针和发送指针，并创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程；

接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并将打包后的数据写入RAM中，更新所述写入指针；

间隔预定时间判断所述发送指针和所述写入指针是否满足预定条件，若所述发送指针和所述写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机；

当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新所述发送指针，并重新查询判断是否进行PDC测量数据发送。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种PDC测试数据传输装置，包括：

嵌入式控制器，用于创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程，控制PDC测量数据的接收和发送；

无线WIFI模块，用于发送PDC测量数据至上位机

RAM存储器，用于存储打包后PDC测量数据，所述打包后PDC测量数据中包括PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段。

本发明实施例中，通过在嵌入式控制器上创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程，控制PDC测量数据实时接收和发送，可以在通信正常时测量数据实时发送，通信中断或不稳定时，实现断点续传，不需要软件补偿和数据修正，保障数据传输准确性，提高用户使用体验，可以兼顾PDC测量数据传输的实时性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。

图1为本发明的一个实施例提供的PDC极化电流法测量回路的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的PDC测试数据传输方法的流程示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的PDC测试数据传输中进程控制原理示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的PDC测试数据传输装置的结构示意图；

图5为本发明的一个实施例提供的MCU电路结构示意图；

图6为本发明的一个实施例提供的无线通信电路结构示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的RAM存储器电路结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。

通常变压器的绝缘系统可以用一个介电模型来表示，这个介电模型由串联和并联的电阻和电容组成，对于任何一个特定的绝缘系统，其介电响应都是一个特定的特性，绝缘系统的介电响应因绝缘中水含量的改变而发生变化。

极化/去极化电流法(PDC)是一种时域的介质响应测量方法，其利用电介质材料在直流电压下的极化特性获得PDC曲线，研究PDC曲线变化和老化程度的关系。极化/去极化电流法的原理：当直流电压施加到绝缘电介质上时，电介质内部发生极化，内部偶极子定向排列，形成极化电流；去掉直流电压并短接两极后，极化电荷由定向排列逐渐变为无序状态，产生去极化电流。其中，极化/去极化电流法的实际测量回路示意图如图1所示。

下位机测量得到的PDC测量数据由通信模块发送至上位机，上位机一般为安装有应用程序的PC电脑，可以对下位机发送的数据进行显示和计算。

可以理解的是，通过下位机中的通信模块可以实现PDC测量数据的传输，在本申请中，PDC测量数据的传输控制如图2所示。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种PDC测量数据传输方法的流程示意图，包括：

S201、定义数据写入指针和发送指针，并创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程；

在开始测量PDC数据前，将RAM存储器中数据初始化，此时发送指针和接收指针均为0，初始化完成后，MCU程序创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程。

S202、接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并将打包后的数据写入RAM中，更新所述写入指针；

接收到PDC测量数据后，程序会自动将PDC测量数据连同数据序列号、CheckSum检查字段打包，将打包形成的数据包(8×8bit)写入RAM存储器中，并更新写入指针。如将采样得到第一个数据(20uA)打包写入数据data1中，同时将写入指针值更新为1(表示测量了得到了第1个数据)。

S203、间隔预定时间判断所述发送指针和所述写入指针是否满足预定条件，若所述发送指针和所述写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机；

定时查询发送指针和写入指针，判断发送指针和写入指针是否满足数据发送条件。

具体的，所述预定条件为写入指针值大于发送指针值，若所述写入指针值大于所述发送指针值，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机。

可选的，若所述写入指针值小于所述发送指针值，则判定通信进程错误，将所述发送指针值更新为0，重新发送PDC测量数据至上位机。

示例性的，定时(50ms)查询判断，若满足预定条件则发送数据。如果写入指针值Wp>发送指针值Sp，则发送(Sp+1)至Wp间的数据，按序号依次通过WIFI模块发送至上位机。如WIFI数据发送进程中检测到Wp＝2，Sp＝0时，发送进程负责发送data1、data2的数据。如果Wp＝Sp，则不发送。如果Wp＜Sp，则说明通信过程出错，将Sp更新为0，将数据从序号1开始至序号Wp，重新发送至上位机。

优选的，将所述发送指针值与所述写入指针值间差值所对应PDC测量数据一次性全部发送至上位机。

为充分利用网络传输效率，下位机通信模块定时发送数据时，可以一次性发送多个数据，不限定于只发1个数据。如，WIFI数据发送进程定时50ms检查写入指针Wp是否大于发送指针Sp，若大于Wp-Sp＝n，表示已经存储了Wp个数据，但只发送到了序号为Sp的数据，还有n个数据没发送，则可一次性发送n个数据(一次性发送n个数据需要满足以太网最大传输单元MTU的要求，若以太网MTU为1500个字节，一个数据占用8个字节，因此一个WIFI报文最多包含187个PDC测量数据，考虑冗余和额外开销，可以设置为最大发送180个测量数据)

S204、当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新所述发送指针，并重新查询判断是否进行PDC测量数据发送。

上位机成功收到PDC测试数据后，会返回带有成功收到测试数据的ACK信息给下位机，下位机根据ACK确认信息，判定上位机成功收到PDC测试数据。

其中，当接收到上位机回复的ACK确认信息，则将所述发送指针值更新为上位机接收指针值，所述接收指针用于对连续收到的、未丢包的的PDC测量数据计数。

示例性的，上位机收到成功的data1数据时，会返回带有成功收到data1数据的ACK(如告诉下位机成功接收到的数据计数器Rp＝1)给下位机，下位机据此知道，上位机成功接收了，然后将接收指针Rp值赋值给发送指针Sp。例如，序号为1至6的数据发送成功后(此时Sp＝6)，通信模块继续发送序号为7的数据给上位机，上位机成功接收到数据，会返回相应的ACK数据给下位机通信模块，告知下位机，上位机成功接收到的、未丢包的、最后的一个数据序号为7(Rp＝7)，此时下位机更新Sp＝7。、

上位机设置RecvPoint计数，上位机接收指针标注为Rp，初始为0，代表连续收到、未丢包的数据序号，收到正确且序号连续的1个数据，则Rp更新为Rp+1，并将更新后的Rp信息返回给下位机。

示例性的，当上位机收到序号为x的数据时，检查x-Rp是否等于1，若等于1，则说明是连续的数据，中间无丢包，则将Rp更新为x后，把更新后的Rp信息发送给下位机通信模块。如上位机已经收到了3个正确且连续的数据，data1、data2和data3，此时Rp＝3。若继续收到序号为4的数据(x＝4)，由于x-Rp＝1，序号连续说明无丢包，则将Rp更新为4，并将Rp发送给下位机通信模块；若x-Rp不等于1，则说明丢包，此时不更新Rp的数值，将原Rp发送给下位机通信模块。例如，上位机已经收到了3个正确且连续的数据，data1、data2和data3，此时Rp＝3。若继续收到序号为5的数据(x＝5)，由于x-Rp＝2≠1，说明序号为5的数据和之前的数据不连续，有丢包发生，则返回Rp＝3的ACK信息至下位机通信模块。

优选的，当累计发送PDC测量数据达到预定次数均未收到上位机ACK确认信息，则增大所述预定时间间隔，即定时判断是否进行数据发送的时间间隔，以减少发送判断频率。

当上位机出现卡死、死机等情况时，完全不能接收数据时，下位机将每隔50ms不停的发送数据，而且随着PDC测量的进行，测量保存的数据越来越多，发送的数据量也会越来越大，导致通信控制CPU和网络的负担增大。为减轻网络故障时，CPU重复发送的负担，下位机通信模块可采用退避机制。如发送10次，依然没有收到数据，则将定时发送的时间间隔加大，以提高CPU利用率和网络利用率，比如将50ms提高到每500ms发送一次。如果每500ms发送，发送了10次还是不成功，可以考虑提高到1s或者2s。显然定时发送的时间不能无限加大。后续上位机恢复通信时，也要能较快接收到数据。当后续上位机正确连接接收数据时，可以调回之前的50ms间隔发送。

本实施例中，在通信正常时，实现数据实时发送，可以提升用户体验，在上位机上可以正常显示数据或者图形。网络连接不正常时，中途丢包后，任意时刻只要上下位机恢复通信，即可实现断点续传，不需要软件补偿和数据修正等方法，保障数据传输可靠性，提高测量精确度。

可以理解的是，在本申请中，MCU程序创建3个进程：PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程，如图3所示通过3个进程控制PDC测试数据的接收、发送以及接收上位机反馈信息。图中，PDC测量数据接收进程可以控制将PDC测量数据存储至RAM存储器中，并更新写入指针Wp；WIFI数据发送进程可以控制定时查询是否满足发送条件，若满足则将测量数据发送至上位机；WIFI数据接收进程用于接收上位机的反馈确认信息，并更新发送指针Sp。

示例性的，RAM存储区及存储策略包括：

若PDC测试采样率为20Hz，设定测试时间为1h，则总的采样点数为20*3600＝72000，即72k，每个数据存储形式为float型，则每个数据至少占用4个字节(byte)，所以总共占用RAM存储芯片72k×4×8bit，即288k×8bit。考虑到数据的其他开销，如查错开销、编号开销等，每个数据实际占用8个字节，因此实际共占用576k×8bit。

PDC数据的存储形式为：

其中，SN表示数据的序号，如序号72000；Data为float型数据，如20.0(uA)；CheckSum为前面7个byte的累加和，用于字节校验，确保存储的数据无误。

另外，还包括写指针和发送指针各有1个，数据类型为unsignedlongint型(嵌入式编程中，该数据类型一般为4个字节，不同的计算机系统可能占用字节不一样，本申请基于嵌入式单片机，因此为4个字节)，考虑到数据存储的其他开销，单个数据占用8×8bit，写指针和发送指针总共占用16×8bit。

指针数据的存储形式为：

其中RSV为保留字段，默认为0x5A；Point为unsignedlongint数据类型，CheckSum为前面7个byte(Byte0至Byte6)的累加和，用于字节校验，保障存储的指针数据无误。

因此，可用8个字节代表1个数据包，将SRAM的存储区域按次序划分为72002组，并按次序存储72002个数据(包括2个指针数据和72000个PDC测量数据)：

其中，SendPoint为发送指针，可以缩写为Sp，表示指向发送成功的最后一个数据序号(其实也是发送成功计数器)，初始化时为0。

WritePoint为写指针，可以缩写为Wp，表示MCU测量后写入FLAH中的最后一个数据序号(其实也是计数器)，初始化时为0。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图4为本发明实施例提供的一种PDC测量数据传输装置的结构示意图，该装置至少包括嵌入式控制器410、无线WIFI模块420和RAM存储器430，PDC测量仪器的下位机由PDC测量模块和PDC通讯模块组成，PDC测量模块测试并定时得到PDC数据后，将PDC测量数据以串口形式(UART)发送至通信模块，可以理解的是，该通信模块可以对应于本申请的PDC测量数据传输装置。

所述嵌入式控制器410，用于创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程，控制PDC测量数据的接收和发送；

其中，所述控制PDC测量数据的接收和发送包括：

定义数据写入指针和发送指针，当接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并控制将打包后的数据写入RAM存储器中，更新写入指针；

间隔预定时间，根据发送指针和写入指针，判断是否控制将PDC测量数据通过无线WIFI模块依次发送至上位机；

若所述写入指针值大于所述发送指针值，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机。

若所述写入指针值小于所述发送指针值，则判定通信进程错误，将所述发送指针值更新为0，重新发送PDC测量数据至上位机。

将所述发送指针值与所述写入指针值间差值所对应PDC测量数据一次性全部发送至上位机。

当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新发送指针。

具体的，当接收到上位机回复的ACK确认信息，则将所述发送指针值更新为上位机接收指针值，所述接收指针用于对连续收到的、未丢包的的PDC测量数据计数。

优选的，当累计发送PDC测量数据达到预定次数均未收到上位机ACK确认信息，则增大所述预定时间间隔，以减少查询判断频率。

在一个实施例中，所述嵌入式控制器410对应的MCU电路图如图5所示，图中的U1(包括U1A和U1B)为MCU控制器，型号为STM32F103C8T6。其12脚和13脚用于接收测量模块发送过来的数据。14脚、15脚、16脚、17脚分别与RAM存储器1脚、6脚、2脚和5脚相连，用于存储和读取RAM中的数据。34脚和37脚是程序烧写下载的数据引脚和时钟引脚，用于接收和烧写MCU的程序。21脚和22脚分别连接WIFI模块U2的4脚和3脚，用于发送和接收WIFI数据，与上位机双向通信。Y1为25M有源晶振，其4脚接3.3V电源，2脚接GND，3脚输出晶振信号至MCUU1的5脚，给MCU提供时钟信号。

所述无线WIFI模块420，用于发送PDC测量数据至上位机

在一个实施例中，所述无线WIFI模块420对应的无线通信电路图如图6所示，图中无线WIFI模块U2型号为：USR-WIFI232-A2，其2脚和1脚分别接电源3.3V和GND地，10脚通过10kΩ上拉电阻R1接电源3.3V。3脚和4脚分别与MCU的22脚和21脚相连接，用于与MCU的双向通信(U2的4脚接收MCU的数据，然后将该数据通过WIFI发送给上位机；当U2 WIFI模块接收上位机数据后，通过3脚将数据传送给MCU，如此完成双向通信)。

所述RAM存储器430，用于存储打包后PDC测量数据，所述打包后PDC测量数据中包括PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段。

在一个实施例中，所述RAM存储器430对应的RAM存储器电路图如图7所示，图中U3为RAM存储器，其型号为LY68L6400，存储容量为8M×8bit，采用SPI通信方式。MCU微控制器U1(STM32F103C8T6)的14脚、15脚、16脚、17脚分别连接U3存储器的1脚、6脚、2脚和5脚。U3的8脚接3.3V电源，4脚接地。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种PDC测试数据传输方法，其特征在于，包括：

定义数据写入指针和发送指针，并创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程；

接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并将打包后的数据写入RAM中，更新所述写入指针；

间隔预定时间判断所述发送指针和所述写入指针是否满足预定条件，若所述发送指针和所述写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机；

当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新所述发送指针，并重新查询判断是否进行PDC测量数据发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若所述发送指针和所述写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机包括：

若所述写入指针值大于所述发送指针值，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若所述发送指针和所述写入指针满足预定条件，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机包括：

若所述写入指针值小于所述发送指针值，则判定通信进程错误，将所述发送指针值更新为0，重新发送PDC测量数据至上位机。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述若所述写入指针值大于所述发送指针值，则按顺序依次通过WiFi发送PDC测量数据至上位机还包括：

将所述发送指针值与所述写入指针值间差值所对应PDC测量数据一次性全部发送至上位机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新所述发送指针包括：

当接收到上位机回复的ACK确认信息，则将所述发送指针值更新为上位机接收指针值，所述接收指针用于对连续收到的、未丢包的的PDC测量数据计数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新所述发送指针，并重新查询判断是否进行PDC测量数据发送还包括：

当累计发送PDC测量数据达到预定次数均未收到上位机ACK确认信息，则增大所述预定时间间隔，以减少查询判断频率。

7.一种PDC测试数据传输装置，其特征在于，包括：

嵌入式控制器，用于创建PDC测量数据接收进程、WIFI数据发送进程和WIFI数据接收进程，控制PDC测量数据的接收和发送；

无线WIFI模块，用于发送PDC测量数据至上位机

RAM存储器，用于存储打包后PDC测量数据，所述打包后PDC测量数据中包括PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制PDC测量数据的接收和发送包括：

定义数据写入指针和发送指针，当接收到PDC测量数据后，将PDC测量数据、数据序列号、CheckSum检查字段打包，并控制将打包后的数据写入RAM存储器中，更新写入指针；

间隔预定时间，根据发送指针和写入指针，判断是否控制将PDC测量数据通过无线WIFI模块依次发送至上位机；

当接收到上位机回复的ACK确认信息，则更新发送指针。

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