基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统及方法，包括数据通信模块、中心控制模块、参数采集单元和数据库，数据通信模块包括光纤传输通道、蓝牙传输通道，中心控制模块包括单片机、心跳狗和复位狗，心跳狗和复位狗实现对光纤传输通道、蓝牙传输通道的信号检测、指令控制，当光纤传输通道正常工作时，心跳狗检测光纤通信心跳，一旦光纤信号中断时，心跳狗异常报警，单片机接收光纤传输通道异常指令后向蓝牙通信模块发送启动指令，蓝牙传输通道投入使用，心跳狗检测蓝牙通信心跳；当光纤传输通道恢复时，复位狗工作，解除蓝牙传输通道工作，光纤通信通道正常运行，自此实现光纤—蓝牙—光纤通信模式的动态切换。

【技术实现步骤摘要】
基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统及方法
本专利技术涉及一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统及方法。
技术介绍
随着我国电力工业的发展，电网的容量越来越大，输送的距离越来越远，输电线路的电压等级也在不断提高，高压架空输电线路和变电站(所)建设规模不断扩大。再加上经济开发及人口增长等社会因素的影响，新建的输变电工程逐渐向人口稠密区逼近已经成为大势所趋。近年来许多城市进行供电电力网的改扩建，变电站由城市郊区逐渐建到市区，高压架空输电线路在城市公众活动场所和居民区星罗棋布，变电站和输电线路可能产生的危害逐渐受到人们的关注。目前，国家电网公司电网环境保护工作存在部分问题，一定程度上制约了输变电工程的可研、环评、核准、竣工验收的快速推进，并对工程建成后的环保、水保验收等方面产生了较大影响，主要体现在电磁环境参数监测的气候局限性、测量仪器种类繁多、测量任务复杂性及数据信息零散、报告生成困难、数据录入环境保护管理子系统困难。随着电网建设步伐的不断加快、人们生活水平的不断提高，人们对电网环境保护提出了更高的要求，电网建设也不断受到环境保护方面问题的困扰。一方面，在全国各地不时发生因输电线路临近、跨越民房，变电站、换流站噪声扰民等电网环保问题引发投诉和纠纷。近几年电网环保信访事件数量不断上升，群众阻挠输变电工程施工的事件时有发生，这不仅给电网的建设带来困难，严重影响了电网的安全运行，也给输变电工程环保监管带来诸多问题和压力。另一方面，目前市场上已有的电磁测量仪器通常用于现场测量，无法进行长时间监测和数据存储，需要人工记录数据，操作不方便，且监测受气候条件制约性较大，很难实现多监测点数据同时监测和数据共享，无法与现有电网环保管理子系统形成数据的无缝对接，致使数据零散。科学宣传输变电工程的电磁环境影响、公示输变电工程电磁环境参数水平、合理解释民众遇到的与输变电工程相关的困惑、实现广域全天候电磁环境参数的监测、和数据的智能化集成与应用，是解决问题的根本途径。而现有的关于工频电磁场测量装置及其在线监测系统存在以下两方面的问题：(1)传输通道单一：当前的电磁环境数据传输通道多为以太网，传输通道单一，若网络出现问题，数据中心将无法查阅到检测数据，造成处理问题情况的延后。(2)监测数据无法实现多维度应用当前电磁环境数据监测软件，无法满足多样化数据展示的需求，展示方式过于单一；同时，对于数据的利用程度有限，在数据的查询、分析、价值挖掘以及开放性上，也需要深入研究，保证数据的有效利用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统及方法，本专利技术建立广域全态电磁环境智能监测系统，实现现场数据的存储、远程调阅等功能，向公众展示电磁环境实时数据，协助解决潜在电磁环境纠纷。同时由于国网环保管理子系统缺乏数据的有效支撑，迫切需要丰富的数据支撑，以提高系统的利用率和功能的有效发挥，本系统数据接入环境保护管理子系统，实现监测数据的统一化管理和应用，使输变电工程电磁环境管理便捷化、集成化，为国网环保管理子系统提供数据、信息和决策支持。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，包括数据通信模块、中心控制模块、参数采集单元和数据库，其中：所述参数采集单元至少包括工频电场传感器和工频磁场传感器，采集监测区域的电场和磁场信息，信息处理模块对采集的信息进行放大、滤波、交直流信号转换处理后传输给中心控制模块，所述中心控制模块对处理后的信号进行显示，并打包通过数据通信模块传输给数据库进行存储；所述数据通信模块包括光纤传输通道、蓝牙传输通道，所述中心控制模块包括单片机、心跳狗和复位狗，心跳狗和复位狗实现对光纤传输通道、蓝牙传输通道的信号检测、指令控制，当光纤传输通道正常工作时，心跳狗检测光纤通信心跳，一旦光纤信号中断时，心跳狗异常报警，单片机接收光纤传输通道异常指令后向蓝牙通信模块发送启动指令，蓝牙传输通道投入使用，心跳狗检测蓝牙通信心跳；当光纤传输通道恢复时，复位狗工作，解除蓝牙传输通道工作，光纤通信通道正常运行，自此实现光纤—蓝牙—光纤通信模式的动态切换。所述参数采集单元还包括噪声、温湿度传感器和气压传感器。所述中心控制模块将工频电场模拟信号的有效值和工频磁场模拟信号的有效值进行模数转换分别生成对应的工频电场数字信号和工频磁场数字信号传输到光纤传输通道，光纤传输通道将工频电场数字信号和工频磁场数字信号通过光纤传输给远端分析显示装置。当光纤传输通道出现故障后，中心控制模块控制切换模块将光纤模块断开，并接通蓝牙传输通道，蓝牙传输通道将工频电场数字信号和工频磁场数字信号通传输给远端分析显示装置。所述数据通信模块将接收到的信号发送至数据处理与分析单元，实现信号的解析、脏数据剔除、校验，为数据实时展示单元提供可靠、实时的监测数据。所述数据通信模块以光纤传输通道为主、蓝牙传输通道为冷备用。所述工频电场传感器将电场探头制作到PCB印制电路板上，选择一对圆铜焊盘作为平行板，利用中间的环氧树脂作为绝缘材料，工频电场的信号处理电路包括依次相连的滤波电路、交直流转换电路、放大电路和AD转换电路，滤波电路滤除电场信号中的高频部分和低频部分，将工频信号保留，交直流转换电路将工频信号转换为直流信号，再利用放大电路和AD转换电路进行放大电路和AD转换。所述工频磁场传感器包括三路采集电路，采集XYZ三个方向的磁场，工频磁场的信号处理电路包括依次相连的磁场复位置位电路、真有效值转换电路、放大电路和AD转换电路，所述磁场复位置位电路产生置位/复位脉冲作用在工频磁场传感器的电流带上，大电流产生一个强大磁场，将随机排列的磁畴重新排列，校正到同一个方向上，并通过真有效值转换电路、放大电路和AD转换电路得到磁场有效值。所述光纤传输通道包括依次相连的调制器、光驱动器、光源、光电检测器、放大器和解调器，输入信号注入调制器，调制器将信号进行电信号的调制处理，然后将调制处理后的信号驱动放大，转换成信号电流，以此驱动光源，完成电信号到光信号的转换，然后将此光信号耦合到光纤介质中；在接收端，光电检测器对光纤介质中的光信号检波，以此将光信号转换还原成电信号，然后再经过放大电路对信号传输过程中的损耗进行补偿，最后对信号进行解调输出，以此完成整个光纤传输系统的信号传输过程。所述蓝牙传输通道采用分布式网络，网络中每个移动终端的地位平等，并独立进行分组转发的决策。一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测方法，采集工频电场和磁场模拟信号，对信号进行放大、滤波和交直流信号转换，调理过的信号进行打包，读取光纤传输通道、蓝牙传输通道的状态，当光纤传输通道的信号中断时，向蓝牙传输通道发送启动指令，蓝牙通道投入使用，检测蓝牙通信心跳；当光纤传输通道恢复时，解除蓝牙传输通道的工作，光纤通信通道正常运行，自此实现光纤和蓝牙冗余信道的通信模式的动态切换；当接收到监测数据后，将数据放入一个Byte数组中，判断数组的第一个字节是否为0XFA，如果不是0XFA，则不进行后续操作，如果接收首字节为0XFA，进行下一步流程CRC校验；若CRC校验正确，则接收数据与监测系统数据一致，进行下一步数据的解包，否则不进行后续操作，解包的数据通过拆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：包括数据通信模块、中心控制模块、参数采集单元和数据库，其中：所述参数采集单元至少包括工频电场传感器和工频磁场传感器，采集监测区域的电场和磁场信息，信息处理模块对采集的信息进行放大、滤波、交直流信号转换处理后传输给中心控制模块，所述中心控制模块对处理后的信号进行显示，并打包通过数据通信模块传输给数据库进行存储；所述数据通信模块包括光纤传输通道、蓝牙传输通道，所述中心控制模块包括单片机、心跳狗和复位狗，心跳狗和复位狗实现对光纤传输通道、蓝牙传输通道的信号检测、指令控制，当光纤传输通道正常工作时，心跳狗检测光纤通信心跳，一旦光纤信号中断时，心跳狗异常报警，单片机接收光纤传输通道异常指令后向蓝牙通信模块发送启动指令，蓝牙传输通道投入使用，心跳狗检测蓝牙通信心跳；当光纤传输通道恢复时，复位狗工作，解除蓝牙传输通道工作，光纤通信通道正常运行，自此实现光纤—蓝牙—光纤通信模式的动态切换。

【技术特征摘要】
1.一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：包括数据通信模块、中心控制模块、参数采集单元和数据库，其中：所述参数采集单元至少包括工频电场传感器和工频磁场传感器，采集监测区域的电场和磁场信息，信息处理模块对采集的信息进行放大、滤波、交直流信号转换处理后传输给中心控制模块，所述中心控制模块对处理后的信号进行显示，并打包通过数据通信模块传输给数据库进行存储；所述数据通信模块包括光纤传输通道、蓝牙传输通道，所述中心控制模块包括单片机、心跳狗和复位狗，心跳狗和复位狗实现对光纤传输通道、蓝牙传输通道的信号检测、指令控制，当光纤传输通道正常工作时，心跳狗检测光纤通信心跳，一旦光纤信号中断时，心跳狗异常报警，单片机接收光纤传输通道异常指令后向蓝牙通信模块发送启动指令，蓝牙传输通道投入使用，心跳狗检测蓝牙通信心跳；当光纤传输通道恢复时，复位狗工作，解除蓝牙传输通道工作，光纤通信通道正常运行，自此实现光纤—蓝牙—光纤通信模式的动态切换。2.如权利要求1所述的一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：所述中心控制模块将工频电场模拟信号的有效值和工频磁场模拟信号的有效值进行模数转换分别生成对应的工频电场数字信号和工频磁场数字信号传输到光纤传输通道，光纤传输通道将工频电场数字信号和工频磁场数字信号通过光纤传输给远端分析显示装置。3.如权利要求1所述的一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：当光纤传输通道出现故障后，中心控制模块控制切换模块将光纤模块断开，并接通蓝牙传输通道，蓝牙传输通道将工频电场数字信号和工频磁场数字信号通传输给远端分析显示装置。4.如权利要求1所述的一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：所述数据通信模块将接收到的信号发送至数据处理与分析单元，实现信号的解析、脏数据剔除、校验，为数据实时展示单元提供可靠、实时的监测数据。5.如权利要求1所述的一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：所述数据通信模块以光纤传输通道为主、蓝牙传输通道为冷备用。6.如权利要求1所述的一种基于信道冗余的动态切换电磁环境实时监测系统，其特征是：所述工频电场传感器将电场探头制作到PCB印制电路板上，选择一对圆铜焊盘作为平行板，利用中间的环氧树脂作为绝缘材料，工频电场的信号处理电路包括依次相连的滤波电路、交直流转换电路、放大电路和AD转换电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧玉魏，赵岩，谢连科，张永，张广洲，张国英，马新刚，刘辉，陈素红，冯智慧，王飞，李勇，尹建光，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37