一种低功耗的无线配电电缆多状态监测系统及方法与流程

本发明涉及配电线路监测，具体是一种低功耗的无线配电电缆多状态监测系统及方法。

背景技术：

1、现有技术在配电电缆监测方面主要依赖于有线监测系统，这些系统通常需要在电缆线路沿线布设通信线缆，以便实时收集和传输电缆的运行状态数据。现有配电电缆监测系统在布设和改造方面面临显著挑战。由于这些系统通常需要沿电缆线路布设通信线缆，安装过程不仅耗时耗力，还需要大量的人力和物力投入。此外，这种布设方式可能会对电缆线路的正常运行造成干扰。随着电力系统的升级和扩展，现有的监测系统往往需要进行相应的改造和更新，但由于系统的复杂性和布线的困难，改造工作变得尤为艰巨。这些改造活动不仅技术要求高，而且成本昂贵，尤其是在大规模改造或升级时，成本问题尤为突出，这进一步增加了电力系统的运维负担。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低功耗的无线配电电缆多状态监测系统及方法，旨在实现在无法铺设通信线缆的环境下对配电电缆状态的实时监测和数据的远程传输，从而提高监测的全面性、系统的可靠性和运维的效率。

2、为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低功耗的无线配电电缆多状态监测系统，包括信息汇集单元和多状态监测单元，信息汇集单元包括电源模块、主控计算模块、无线通信模块和信息加密模块，信息汇集单元和多状态监测单元通过无线通信模块传递数据，并且信息汇集单元和多状态监测单元设计成主从通信架构，信息汇集单元为主机，向多状态监测单元发送唤醒信号，多状态监测单元为从机，在被唤醒后采集配电电缆状态信号并发送至信息汇集单元；

3、在无需上报数据期间，信息汇集单元和多状态监测单元均处于睡眠状态，采集数据时，执行以下时序控制策略：

4、a、信息汇集单元定时唤醒，从睡眠状态变为唤醒状态；

5、b、激活无线通信模块的电源片选端和时钟端，激活后的无线通信模块向多状态监测单元发送唤醒信号，唤醒信号发送后，信息汇集单元立即采集多状态监测单元的数据，并关闭无线通信模块的电源片选信号和时钟信号；

6、c、启动信息加密模块的电源端和时钟端，信息加密模块对采集的数据进行加密处理，数据加密处理完成后，信息加密模块的电源端和时钟端被关闭；

7、d、信息汇集单元和多状态监测单元进入睡眠状态，等待下一次的唤醒；

8、唤醒信号为自适应定时唤醒信号，根据电缆局放和温度数据的变化动态调整唤醒周期；

9、唤醒信号为低功耗唤醒信号，通过控制信号的发送时刻和持续时间，信息汇集单元确保仅在必要时唤醒多状态监测单元。

10、进一步的，根据电缆局放和温度数据的变化动态调整唤醒周期的方式为：

11、初始阶段，信息汇集单元按照预设的时间表定期唤醒，以收集局放和温度信息，随后，信息汇集单元将采集的数据与建立的环境变化模型进行对比，预测未来的数据走向，如果环境变化模型预测显示局放和温度变化趋于平缓，则信息汇集单元自动延长定时唤醒间隔，如果预测到即将发生显著的局放或温度变化，信息汇集单元缩短定时唤醒周期，通过设定统计阈值来界定变化的显著性，如果局放和温度的变化超过了阈值，认为变化是显著的，否则认为变化是平缓的。

12、进一步的，根据电缆局放和温度数据的变化动态调整唤醒周期的方式为：

13、信息汇集单元设定局放和温度数据的阈值，当预测数据达到阈值时，则立即缩短定时唤醒时间。

14、进一步的，根据电缆局放和温度数据的变化动态调整唤醒周期的方式为：

15、信息汇集单元根据连续采集结果自我调整唤醒策略，如果连续多次采集数据显示局放和温度稳定，延长唤醒时间间隔；对于变化频率大于设定值的数据，则缩短定时唤醒时间。

16、进一步的，低功耗唤醒信号包括前导码、同步头、功率控制指令、唤醒标识、结束码、纠错编码；

17、前导码用于信号的同步和识别，采用短而简单的重复模式，通过选择易于识别但又不会过于复杂的序列，可以在保持同步效率的同时，减少发送的比特数和接收时的处理复杂度；具体的，使用简单的二进制10101010进行重复,此序列它们易于生成和识别；

18、同步头用于进一步确保接收端能够准确捕获信号，使用独特的、不易在噪声中出现的比特模式来设计，通过选择具有高自相关性的模式，可以减少接收端的信号检测时间，从而降低能耗；具体的，使用正交序列（walsh-hadamard码）用于同步头，因为它们在正交空间中具有零交叉相关性，这有助于在多用户环境中区分不同的信号；

19、功率控制指令用于指示接收端调整其接收灵敏度，功率控制指令通过改变前导码的功率级别来传递功率控制信息，使用自适应功率调整，发送端根据接收端反馈的信号强度来调整其发射功率。若接收端信号弱，发送端增加功率；若信号强，则减少功率，从而优化接收端的功耗；

20、唤醒标识用于告知接收端进行唤醒操作，使用序列10100011作为唤醒指令，此序列在设计时考虑到易于识别且不易由噪声随机产生；

21、结束码用于标识信号的结束，，使用与前导码相似但不完全相同的序列10100101；

22、纠错编码用于确保信号的可靠性，使用汉明码用于检测和纠正单个比特错误。

23、进一步的，还包括上位机，上位机与信息汇集单元通过4g通信模块传递数据，数据加密处理完成后，打开4g通信模块的电源端和时钟端，并与上位机建立连接，将加密后的数据上传至上位机。

24、进一步的，信息汇集单元和多状态监测单元通过dma方式传递数据。

25、进一步的，多状态监测单元的数量为多个，同一时刻，仅有一台多状态监测单元处于唤醒状态。

26、进一步的，进入睡眠状态之前，信息汇集单元保存现有的系统状态和配置信息。

27、本发明公开一种低功耗的无线配电电缆多状态监测方法，包括以下步骤：

28、s01）、系统初始化，信息汇集单元和多状态监测单元均处于睡眠状态，等待唤醒信号；

29、s02）、信息汇集单元根据自适应时间表自动从睡眠状态唤醒，进入工作状态；

30、s03）、信息汇集单元通过无线通信模块向多状态监测单元发送低功耗唤醒信号；

31、s04）、多状态监测单元在接收到唤醒信号后，从睡眠状态切换到唤醒状态，开始执行数据采集任务；

32、s05）、多状态监测单元通过无线通信模块将采集的数据发送给信息汇集单元；

33、s06）、信息汇集单元使用dma技术接收来自多状态监测单元的数据，对接收的数据进行数据校验、异常检测、趋势分析和故障诊断；

34、s07）、信息汇集单元将处理后的数据存储在内部存储器中，并根据需要将数据通过4g通讯模块上传到云端服务器或监控中心；

35、s08）、数据处理和上传完成后，信息汇集单元和多状态监测单元再次进入睡眠状态。

36、本发明的有益效果：本发明实施例提出了一种创新的配电电缆多状态监测方法，特别针对在地理环境复杂、成本限制或其他约束条件下无法铺设传统通信线缆的场景。该方法巧妙地利用了无线通信模块和物联网通信技术，不仅实现了对配电电缆接头运行状态的实时监测，还确保了数据的高效上传，同时引入了低功耗设计，以实现在能源受限的环境中的长期稳定运行。

37、通过采用先进的低功耗无线通信技术，无线通信模块特别设计用于在保证数据传输质量的同时，最小化能量消耗。这些模块能够在监测数据发送期间激活，而在无需传输时自动进入低功耗模式，显著延长了电池寿命和减少了维护频率。

38、信息汇聚单元采用自设计的自适应定时查询功能，该功能通过深入分析监测数据，自动识别关键趋势和模式。系统能够自动优化监测策略和设备唤醒时间表，确保在关键时刻提供精确监测，同时减少非必要能耗。这种动态调整不仅提升了监测效率，还显著降低了能耗，实现了监测任务的智能化与高效能源管理的完美结合。

39、本发明实施例的配电电缆多状态监测方法及装置，通过结合物联网通信技术和低功耗设计，为无法进行传统布线的环境中提供了一种高效、经济且环保的监测解决方案。这不仅解决了实际部署中的难题，还为电力系统的智能化管理和维护提供了强有力的技术支持。