可见光的输电线路覆冰监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了可见光的输电线路覆冰监测预警系统，包括FPGA芯片、SRAM静态存储器、光敏二极管、可见光通信发射部分、接收部分和通信系统，然后在FPGA发射板上将这个数据包进行信源编码、数字加密、信道编码来实现高效实时地监测输电线路冰层厚度，本发明专利技术提供的系统有效的保障了人们的正常生活以及国家的经济发展，本发明专利技术加密解密模块通过一个数据包分别发给发射端和接收端的FPGA上进行存储，然后在FPGA发射板上将这个数据包进行信源编码、数字加密、信道编码来实现高效实时地监测输电线路冰层厚度，本发明专利技术提供的系统有效的保障了人们的正常生活以及国家的经济发展。正常生活以及国家的经济发展。正常生活以及国家的经济发展。

【技术实现步骤摘要】
可见光的输电线路覆冰监测预警系统


[0001]本专利技术属于涉及LED可见光通信监测
，尤其涉及可见光的输电线 路覆冰监测预警系统。

技术介绍

[0002]目前随着电力设施全球普及化以及输电线路的设施应用推广，在遭遇雨雪 影响导致线路结冰而发生故障时，输电线路的正常运行因此显得尤为重要。因 此输电线路覆冰监测预警系统成为解决通信系统的稳定性，保障输电线路的安 全性的重要方法。通过利用可见光通信原理，进而达到自动检测输电线路冰层 厚度及时反馈数据，同时获得局部或者整体的线路覆冰情况，减低了输电线路 工作人员的工作难度，减少了输电线路工作人员的工作量。为了满足实时监控 的有效性以及实时性和准确性，并且及大范围的降低不确定性客观因素对于监 测系统的影响，输电线路覆冰监测预警系统在设计过程中应需要考虑如下限制 性因素。首先，为了确保在极端天气，输电线路运行安全，可以及时准确的确 定覆冰厚度以及重量和弧垂显得尤为主要。其次,将系统构建在一个芯片的内 部，即构建所谓的片上系统,大幅度提高系统的稳定性也同样重要。同时，考虑 到工作量以及工作难度，预警系统必须要有较好的摄像监测和提前预报能力。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了可见光的输电线路覆冰监测预警 系统，具备通过FPGA芯片和SRAM静态存储器实现了静态存储，数据读取速度 快，且控制信号简单，易操纵的目的，因此作为高速数据存储介质，其处理速 度和存储容量均满足系统设计的需要。和以往的DSP(数据信号处理器)或DPP (通用处理器)相比，FPGA在某些信号处理任务中表现出非常强的性能，可以 实现数字信号的传输和模块的连接的优点，解决了现有输电线路覆冰监测预警 系统研究中采用的人工、图像、力学等来监测输电线路冰层厚度。然而线路工 人是否要除冰则取决于线路冰层的薄厚现有的输电线路冰层检测技术有基于气 象参数的覆冰厚度预测，无法准确反映微气象环境的线路覆冰厚度，工程应用 中误差大；图像监测法，存在夜间监测盲区、无法准确获取覆冰重量、易受天 气影响等问题；力学监测法通过称重法能获取导线覆冰重量，但缺少准确度高、 普适性广的覆冰厚度换算模型，因此导致风雪天气影响下的输电线路的安全得 不到有效保障的问题。
[0004]本专利技术是这样实现的，可见光的输电线路覆冰监测预警系统，包括FPGA芯 片、SRAM静态存储器、光敏二极管、可见光通信发射部分、接收部分和通信系 统，
[0005]所述通信系统由编译码模块，调制解调模块，频率合成模块，FIR数字滤波 模块，位同步模块以及加密解密模块组成。
[0006]所述可见光通信发射部分包括：将所述信号源信号转换成便于光信道传输 的电信号的输入和处理电路、将所述电信号变化调制成光载波强度变化的LED 可见光驱动调制电路。
[0007]所述可见光通信接收部分包括：能对所述信号光源实现最佳接收的光学系 统、将光信号还原成电信号的光电探测器和前置放大电路、将电信号转换成可 被终端识别的信号处理和输出电路。
[0008]作为本专利技术优选的，所述信源经过预处理后进行信源编码，所述信源编码 带着滤波器输出的信号经过包络检波器后，所述信源编码变为输出信号的数字 信号。
[0009]作为本专利技术优选的，所述数字信号发送0,1通过对所述信号加密，所述电 信号变化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动调制电路。
[0010]作为本专利技术优选的，外部的所述数字信号输入到发射端，所述数字信号经 FPGA芯片处理后，通过2298N驱动电源来驱动发光二极管(LED)发出信号。
[0011]作为本专利技术优选的，所述信号被硅光电传感器捕获，所述信号经接收端FPGA 芯片处理后与所述初始信号进行对比，从而计算得出误码率。
[0012]作为本专利技术优选的，所述FPGA存储器处理的数据包计算得出的所述误码率 进行对比得出最为精准的覆冰厚度值，所述FPGA发射板上将这个数据包进行信 源编码、数字加密、信道编码再通过QAM调制解调技术进行数字调制。
[0013]作为本专利技术优选的，所述数字调制通过D/A转换(L298N)驱动发光二极管 发光，所述二极管发光接收端硅光电传感器通过接收发光二极管的光产生电流， 再通过所述A/D转换实现模拟向数字的转变。
[0014]作为本专利技术优选的，所述数字经过QAM解调，再经过信道译码、信道解密、 信源解码最后传到接收端FPGA寄存器里，所述FPGA寄存器和前方所传的数据 包进行对比最后算出误码率。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016]1、本专利技术加密解密模块通过一个数据包分别发给发射端和接收端的FPGA 上进行存储，然后在FPGA发射板上将这个数据包进行信源编码、数字加密、信 道编码来实现高效实时地监测输电线路冰层厚度，本专利技术提供的系统有效的保 障了人们的正常生活以及国家的经济发展。
[0017]2、本专利技术冰层检测装置的原理是不同冰层厚度的误码率不同。用以解决现 有技术中人们获取实时线路覆冰数据难度大,时效性不高。对输电线网络系统的 正常稳定运行存在极大的影响,严重威胁电网的安全运行的问题。
[0018]3、本专利技术信源编码实现了两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，二 是模拟信号完成AD转换后，可以实现数字化传输。
[0019]4、本专利技术通过FPGA芯片和SRAM静态存储器实现了静态存储，数据读取速 度快，且控制信号简单，易操纵的目的，因此作为高速数据存储介质，其处理 速度和存储容量均满足系统设计的需要。和以往的DSP(数据信号处理器)或DPP (通用处理器)相比，FPGA在某些信号处理任务中表现出非常强的性能，可以 实现数字信号的传输和模块的连接。
[0020]5、本专利技术由于需要驱动二极管进行发光正常的3v芯片供电无法满足。所 以在FPGA的发射板和二极管之间用一个L298n将LED发光二极管驱动。接收端 采用XD3
‑
10光敏二极管模块。同时考虑到成本低，体积小使用方便，可以扩大 经济效益。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例提供的一种基于可见光通信的FPGA的片上数字通信系 统的通信方法示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例提供的采用基于可见光的通信系统的通信发射部分 RTL级通信流程图；
[0023]图3是本专利技术实施例提供的采用基于可见光的通信系统的通信接收部分 RTL级通信流程图；
[0024]图4是本专利技术实施例提供的以可见光通信为基础的输电线路冰层检测系统 设计流程图；
[0025]图5是本专利技术实施例提供的正交幅度调制解调流程图；
[0026]图6是本专利技术实施例提供的cosωct和sinωct解调后的两路输出信号示意 图；
[0027]图7是本专利技术实施例提供的基带信号示意图；图8是本专利技术实施例提供的误码率示意图。
具体实施方式
[0028]为能进一步了解本专利技术的本
技术实现思路
、特点及功效，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可见光的输电线路覆冰监测预警系统，包括FPGA芯片、SRAM静态存储器、光敏二极管、可见光通信发射部分、接收部分和通信系统，其特征在于：所述通信系统由编译码模块，调制解调模块，频率合成模块，FIR数字滤波模块，位同步模块以及加密解密模块组成。所述可见光通信发射部分包括：将所述信号源信号转换成便于光信道传输的电信号的输入和处理电路、将所述电信号变化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动调制电路。所述可见光通信接收部分包括：能对所述信号光源实现最佳接收的光学系统、将光信号还原成电信号的光电探测器和前置放大电路、将电信号转换成可被终端识别的信号处理和输出电路。2.如权利要求1所述的可见光的输电线路覆冰监测预警系统，其特征在于：所述预处理进行信源编码，所述信源编码带着滤波器输出的信号经过包络检波器后，所述信源编码变为输出信号的数字信号。3.如权利要求2所述的可见光的输电线路覆冰监测预警系统，其特征在于：所述数字信号发送0,1通过对所述信号加密，所述电信号变化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动调制电路。4.如权利要求1所述的可见光的输电线路覆冰监测预警系统，其特征在于：外部的所述数字信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟菲，陈云飞，刘慧，佟浩，杨文俊，鲁敬烨，王雪菲，姜玉蛟，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：