CN112684291A - 一种电缆故障实时在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缆故障实时在线监测系统，包括服务器、网络节点和电缆检测设备；服务器通过卫星授时装置获取时间信息，并每间隔第一设定时间向各网络节点发送授时请求信息；网络节点接收到授时请求信息的第二设定时间后，向服务器发送授时响应信息；服务器接收到授时响应信息后，计算出服务器与网络节点之间的通讯延时，并将从卫星授时装置获取到的时间信息和通讯延时打包后发送给网络节点；网络节点根据接收到的时间信息和通讯延时对本地时间进行校正，将本地时间在第三设定时间内与服务器时间同步，且本地时间在第三设定时间内线性变化。本发明提供的技术方案能够解决电缆故障监测系统对故障判断准确性低的问题。

Description

一种电缆故障实时在线监测系统

技术领域

本发明属于电缆故障监测技术领域，具体涉及一种电缆故障实时在线监测系统。

背景技术

随着网络技术和人工智能技术的逐渐发展，物联网已经应用到各行各业。在电缆的故障检测系统中网关是其非常重要的数据传输设备。

网关又称网间连接器、协议转换器，是一种复杂的互连设备，用于在网络层上实现两个不同高层协议的网络互连，既可以用于广域网的互连也可以用于局域网的互连，当中不同的通讯协议、数据格式或语言甚至体系结构完全不同的两种系统之间的翻译器。

传统的网关只能实现数据的透传功能，即将服务器的数据发送给客户端或者将客户端的数据发送给服务器。但是随着科技的发展，在网络数据越来越多，只具有数据透传功能的网关已经不能满足需求，因此具有边缘计算能力的网关应运而生。

具有边缘计算的网关与传统的网关相比，不仅能够对本地数据进行处理，即首先采集本地数据，对其进行逻辑处理后再将数据发送给服务器，如此便能够减少与服务器之间的数据传输量，降低服务器的工作强度，提高数据处理的速度，适用于物联网等网络。

在电缆的故障检测系统中，检测装置、网络节点和服务器之间的时间应该保持同步，否则将会影响对故障判断的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电缆故障实时在线监测系统，以解决现有技术中电缆故障监测系统由于时间同步性较差而导致对故障判断准确性低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电缆故障实时在线监测系统，包括服务器，服务器连接有多个网络节点，每个网络节点连接有多个电缆检测设备，电缆检测设备用于设置在电缆处，检测电缆的状态信息；所述服务器采用如下方法对各网络节点授时：

服务器通过卫星授时装置获取时间信息，并每间隔第一设定时间向各网络节点发送授时请求信息；

网络节点接收到授时请求信息的第二设定时间后，向服务器发送授时响应信息；

服务器接收到授时响应信息后，计算出服务器与网络节点之间的通讯延时，并将从卫星授时装置获取到的时间信息和通讯延时打包后发送给网络节点；

网络节点根据接收到的时间信息和通讯延时对本地时间进行校正，将本地时间在第三设定时间内与服务器时间同步，且本地时间在第三设定时间内线性变化。

进一步的，所述网络节点包括网关，网关包括壳体，在壳体上设置有上行网络接口、下行网络接口，在壳体内设置有控制板，控制板上设置有网关控制器以及与其连接的上行网络模块和下行网络模块，上行网络接口与上行网络模块的位置相应，下行网络接口与下行网络模块的位置相应；上行网络接口用于连接物联网中的设备，上行网络接口用于连接服务器；所述网关控制器上设置有安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；所述网关控制器从安全码中随机获取安全码，将其发送给系统中的电缆检测设备，物联网中的设备向网关控制器发送信息时加入该安全码；所述网关控制器接受到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的设备；当有队列在设定时间内没有存储满，则判断为该网络接口通讯连接存在异常。

所述控制板上还设置有数据存储装置，所述网关控制器与该数据存储装置连接；所述数据存储装置用于存储物联网中设备的数据。

进一步的，所述壳体上还设置有显示屏，所述网关控制器与显示屏连接，用于显示物联网中设备的信息。

进一步的，所述壳体上设置有指示灯，所述网关控制器与指示灯连接，用于显示控制器的工作状态。

进一步的，所述下行网络模块包括RS485模块、USB模块和LAN模块。

进一步的，所述壳体上设置有出风口，并在壳体内设置有散热风扇和温度传感器；所述控制器连接网关温度传感器和散热风扇，所述温度传感器用于检测控制板的温度，所述网关控制器用于根据网关温度传感器检测到的信号控制散热风扇。

进一步的，所述主控板上还设置有WIFI模块，所述网关控制器与WIFI模块连接，WIFI模块用于无线通讯连接物联网的设备。

进一步的，所述网关控制器接收到物联网中设备所发送的信息后，得到其的时间戳和接收到的时间，判断两者之间的差值是否大于设定值，如果大于则判断与其连接存在异常。

进一步的，所述设定值获取的方法为：所述网关控制器连续获接收多次物联网中检测所发送的数据，计算各次接收的数据中的时间戳与所接收时间差值的平均值，将其作为所述设定值。

本发明所提供的技术方案，服务器对各网络节点进行授时，从而保证服务器与各网络节点之间时间的同步。当网络节点获取到服务器发送过来的授时的时间信息和通讯延时之后，在第三设定时间内将本地时间与服务器的时间同步，且在第三设定时间内本地时间线性变化，因此网络节点向服务器发送的信息上的时间戳不会出现重复的现象。因此本发明所提供的技术方案能够解决现有技术中电缆故障监测系统由于时间同步性较差而导致对故障判断准确性低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中电缆故障实时在线监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中网关的外壳的结构图；

图3是本发明实施例中主控板的结构示意图；

图4是本发明实施例中服务器与各网络节点之间授时方式的流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种电缆故障实时在线监测系统，以解决现有技术中电缆监测系统安全性较差的问题。

本实施例所提供的基于物联网的隧道监测系统，其结构如图1所示，包括服务器、网络节点和电缆检测设备，服务器与各网络节点通讯连接，每个网络节点与多个电缆检测设备通讯连接，且每个电缆检测设备只与其中一个网络节点通讯连接。电缆检测设备设置在待测的机电设备出，包括检测控制器，检测控制器连接有电缆温度传感器和电缆湿度传感器，检测控制器通过电缆温度传感器和电缆湿度传感器检测电缆的温度信息和湿度和信息。

网络节点的结构包括网关，网关的结构如图2所示，包括方形壳体1，壳体1上设置有选择按键11、显示屏2、指示灯3、电源接口4、下行网络接口5和上行网络接口6。下行网络接口5 包括RS485接口、USB接口和下行LAN接口，用于通讯连接物联网中的设备；上行网络接口6包括上行LAN接口，用于通讯连接服务器。

在壳体1内设置有主控板，主控板上设置有网关控制器。主控板的电源端连接电源接口4，电源接口4用于连接电源，电源为主控板供电。

主控板的结构如图3所示，在主控板上还设置有上行网络通讯模块和下行网络通讯模块，其中下行网络通讯模块包括RS485通讯模块、USB模块和下行LAN模块，其设置的位置分别与 RS485接口、USB接口、下行LAN接口相对应；上行网络通讯模块包括上行LAN模块，其设置的位置与上行LAN接口的位置相应。

网关控制器与RS485通讯模块、USB模块、上行LAN模块和下行LAN模块连接，从下行网络通讯模块接收电缆检测设备中检测控制器所发送的数据，对其进行处理并发送给服务器；网关控制器还从上行网络通讯模块接收服务器发出的物联网中各设备的控制指令，并将其通过相应的下行网络通讯模块发送物联网中相应的设备。

网关控制器与显示屏2连接，当接收到物联网中各设备的数据信息并对其进行处理后，将处理结果显示在显示屏上，供用户查看。

网关控制器与选择按键11连接，连接方式为：选择按键11的一端接地，另一端连接网关控制器，当用户操作选择按键时网关控制器能够接收到相应的信号。用户通过选择按键向网关控制器发送控制指令，网关控制器根据用户输入的信息执行相应的动作。本实施例中的选择按键包括复位按键、开机按键、上翻按键和下翻按键，当用户操作复位按键时，网关控制器执行复位操作；当用户操作开机按键时，网关控制器开始工作；当用户操作上翻按键时，控制器控制显示屏的显示信息上翻；当用户才做下翻按键时，网关控制器控制显示屏的显示信息下翻。

网关控制器与指示灯3连接，当网关控制器得电后，控制指示灯3发光。

本实施例中主控板上还设置有WIFI模块，网关控制器与WIFI模块连接，通过WIFI模块连接电缆检测设备。

在壳体1上还设置有出风口，并在壳体1内还设置有散热风扇和网关温度传感器，散热风扇的电源端连接电源接口4，并在连接的线路上设置有可控开关，网关控制器连接该可控开关和网关温度传感器，控制器通过网关温度传感器检测主控板的温度，当主控板的稳定过高时控制可控开关闭合，散热风扇开始工作，为主控板散热。

在主控板上还设置有存储模块，网关控制器与存储模块相连接，将接收到的物联网中各设备的数据和从服务器接收到的指令存储在存储模块中。

网关控制器上设置有数据处理模块、数据队列和安全码库，其中数据队列的数量与下行数据接口的数量相应，安全码库中存储有多个安全码。

网关控制器从下行数据接口接收数据，并将其分别存储在相应的队列中。

当下行数据接口与对应的物联网设备连接之后，从安全码库中随机抽取一个安全码，将其发送给系统中对应的检测设备；

系统中的电缆检测设备接收到安全码之后，向网关控制器发送数据时，每帧数据中都以该验证码为帧头，将数据发送给网关控制器；

网关控制器接收到数据之后，读取数据帧中的内容，判断其中的安全码是否正确，如果正确，则读取数据帧中的数据，并将其存储在相应的队列中；

当有队列存储满时，将该队列中的数据取出，对其进行处理，并将处理结果通过上行数据接口发送给服务器；同时，当有队列存储满之后，网关控制器再从安全码库中随机抽取一个安全码，将其发送给对应的电缆检测设备。

判断接收到的数据是否有相应的验证码，如果有，则判断为该数据为正常数据，否则是异常数据；

接收到正常数据后将其存储在相应的队列中；如果是异常数据，则发出报警信号；

当队列中的数据写满时，再向接口发送新的验证码。

接收数据，以及各数据的时间戳；

将数据整理成设定格式，通过上行接口发送给服务器；

从服务器接收指令，对其进行识别，得到指令对应的设备；

将指令转换为与其对应设备相适应的报文，并将其发送给相应的设备。

网关控制器从下行通讯接口接收到数据后将其存放到相应的数据队列中，如果设定时间内没有将队列写满，则判断为与该设备之间的通讯连接存在异常。

当从接收到数据之后，得到数据的时间戳和接收到该信息的时间，判断两者之差是否大于第一设定值，如果大于，则判断为连接存在异常。

设定值获取的方法为：

连续获取多次数据的时间戳和接收到该信息的时间的差值，计算其平均值，判断各值与平均值之间的变动率是否大于第二设定值，如果大于则将其判断为异常数据，将异常数据删除后，计算剩余值得平均值，将该平均值作为所述第一设定值。

本实施例为了保证服务器与各网络节点之间的时间同步，需要采用服务器对各网络节点的子控制器进行授时，授时方式的流程如图4所示，包括如下步骤：

步骤一：服务器通过卫星授时装置获取时间信息，并每间隔第一设定时间向各网络节点发送授时请求信息；

步骤二：网络节点接收到授时请求信息的第二设定时间后，向服务器发送授时响应信息；

步骤三：服务器接收到授时响应信息后，计算出服务器与网络节点之间的通讯延时，并将从卫星授时装置获取到的时间信息和通讯延时打包后发送给网络节点；

步骤四：网络节点根据接收到的时间信息和通讯延时对本地时间进行校正，将本地时间在第三设定时间内与服务器时间同步，且本地时间在第三设定时间内单调递增。

设服务器发出授时请求信息的时间为t21，第二设定时间为t20，服务器接收到授时响应信息的时间为t22，则服务器与网络节点之间的通讯延时Δt的计算公式为

Δt＝(t22-t21-t20)/2

设网络节点接收到的时间信息和通讯延时信息时本地时间为t1，接收到的授时的时间信息为t2，通讯延时为Δt，校正后的本地时间为t′，第三设定时间为t3，则

t′＝α×t+d

α＝(t2+Δt+t3)/(t1+t3)

其中d为常数，t为在第三设定时间内网关控制器从其守时模块得到的时间信息，本实施例中网关控制器的守时模块为其所连接的晶振。

服务器向网络节点发送设定次数的授时请求信息并计算出设定次数的通讯延时，判断其最大值和最小值之差是否大于第一设定差值，如果大于则判断为服务器与网络节点之间的通讯连接不稳定，不向网络节点发送授时时间和通讯延时。

当网络节点连续接收到授时信息后，首先根据授时时间和通讯延时计算出服务器的时间，然后计算服务器时间与其本地时间之间的差值；如果连续设定次数计算出的服务器时间与其本地时间之间的差值为第二设定差值，则根据该差值对本地时间进行修正，修正的方法为：

设第二设定差值为T1，第一设定时间为T2，则当网关控制器根据其守时模块得到的时间为T32，其自身时间为T31时，将其自身的时间修正为T3：

T3＝T1/T2(T32-T31)+T31。

以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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，并不会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 (10)

1.一种电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，包括服务器，服务器连接有多个网络节点，每个网络节点连接有多个电缆检测设备，电缆检测设备用于设置在电缆处，检测电缆的状态信息；所述服务器采用如下方法对各网络节点授时：

服务器通过卫星授时装置获取时间信息，并每间隔第一设定时间向各网络节点发送授时请求信息；

网络节点接收到授时请求信息的第二设定时间后，向服务器发送授时响应信息；

服务器接收到授时响应信息后，计算出服务器与网络节点之间的通讯延时，并将从卫星授时装置获取到的时间信息和通讯延时打包后发送给网络节点；

网络节点根据接收到的时间信息和通讯延时对本地时间进行校正，将本地时间在第三设定时间内与服务器时间同步，且本地时间在第三设定时间内线性变化。

2.根据权利要求1所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述网络节点包括网关，网关包括壳体，在壳体上设置有上行网络接口、下行网络接口，在壳体内设置有控制板，控制板上设置有网关控制器以及与其连接的上行网络模块和下行网络模块，上行网络接口与上行网络模块的位置相应，下行网络接口与下行网络模块的位置相应；上行网络接口用于连接物联网中的设备，上行网络接口用于连接服务器；所述网关控制器上设置有安全码库和数据队列，数据队列的数量与下行网络接口的数量相应，所述安全码库中存储有多个安全码；所述网关控制器从安全码中随机获取安全码，将其发送给系统中的电缆检测设备，物联网中的设备向网关控制器发送信息时加入该安全码；所述网关控制器接受到设备的信息后判断其中的安全码是否正确，如果不正确则判断该数据为无效数据，如果正确则读取该信息并将其存放在相应的数据队列中；当有数据队列存满时，读取该数据队列中的信息，并向再次从安全码库中随机选取安全码，将其发送给该数据队列对应的设备；当有队列在设定时间内没有存储满，则判断为该网络接口通讯连接存在异常。

3.所述控制板上还设置有数据存储装置，所述网关控制器与该数据存储装置连接；所述数据存储装置用于存储物联网中设备的数据。

4.根据权利要求1所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述壳体上还设置有显示屏，所述网关控制器与显示屏连接，用于显示物联网中设备的信息。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的隧道监测系统，其特征在于，所述壳体上设置有指示灯，所述网关控制器与指示灯连接，用于显示控制器的工作状态。

6.根据权利要求1所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述下行网络模块包括RS485模块、USB模块和LAN模块。

7.根据权利要求1所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述壳体上设置有出风口，并在壳体内设置有散热风扇和温度传感器；所述控制器连接网关温度传感器和散热风扇，所述温度传感器用于检测控制板的温度，所述网关控制器用于根据网关温度传感器检测到的信号控制散热风扇。

8.根据权利要求1所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述主控板上还设置有WIFI模块，所述网关控制器与WIFI模块连接，WIFI模块用于无线通讯连接物联网的设备。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的隧道监测系统，其特征在于，所述网关控制器接收到物联网中设备所发送的信息后，得到其的时间戳和接收到的时间，判断两者之间的差值是否大于设定值，如果大于则判断与其连接存在异常。

10.根据权利要求9所述的电缆故障实时在线监测系统，其特征在于，所述设定值获取的方法为：所述网关控制器连续获接收多次物联网中检测所发送的数据，计算各次接收的数据中的时间戳与所接收时间差值的平均值，将其作为所述设定值。

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