基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，所述可见光差速冰层态势感知系统包括发送端和接收端，其中：所述发送端包括信号发生模块、编码模块、DPSK调制模块、LED发送模块；所述接收端包括光电二极管接收模块、DPSK解调模块、解码模块、冰层厚度计算模块。本发明专利技术基于FPGA的片上数字通信系统，建立对于输电线路冰层态势感知系统，充分利用了可见光通信的实时性以及FPGA的精确性，设计时也着重考虑了降低装置的运行功耗、保证数据的准确性和提高运行稳定性。确性和提高运行稳定性。确性和提高运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统


[0001]本专利技术属于可见光通信
，涉及一种覆冰监测装置，具体涉及一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统。

技术介绍

[0002]随着我国国民经济的日益提高，我国的电网电力系统的建设也进入飞速发展时期。然而输电线路覆冰对社会的平稳运行以及人民的财产安全具有非常大的隐患，是影响我国输电线路运作的重要因素。在多山、空气湿度大、极易产生冰雪的地区，输电线路表面凝聚的大量水汽形成覆冰对电力系统会造成冰冻伤害。从而引起输电线路的舞动倒塌、断线、跳闸等一系列问题，会给电网造成灾难性后果，严重影响群众正常用电，甚至威胁到国家电网的正常稳定运作和供电系统的可靠性、安全性。因此能够及时准确监测输电线路的冰层厚度，显得尤为重要。
[0003]目前常用的覆冰监测主要有人工巡视监测、观冰站等传统方法，但对于一些气象环境复杂地区仍不能完全解决输电线路覆冰冻灾问题。因此对输电线路覆冰状态进行监控，及时提醒作业人员采取措施，避免事故发生，是非常有必要的。现有各大研究单位对于降低电网覆冰事故损失展开了大量研究，现有的覆冰监测方法有视频图像法、称重法、倾角弧垂法、覆冰速率计法以及准分布式光纤法等。视频图像法是联动APP将图像采集模块采集的输电线路导线的图片发送至覆冰图像检测模块根据图片确定输电线路导线的覆冰厚度。但是受天气和时间的影响，无法全方位考虑特殊场景问题的解决，存在较大误差，且主要设备取能很有限，对功耗要求比较高。称重法是通过测量绝缘子串偏角以及所承受垂直拉力，结合线路及周围环境参数来计算覆冰重量及厚度，该方法装置安装不方便，会改变线路金具的原有结构。倾角弧垂法是通过测量导线温度、倾角，结合导线安装参数，用导线状态方程来推算导线的弧垂、荷载以及覆冰量。但是这两个监测数据受很多因素影响，稍有误差，所计算出来的覆冰质量就会相差很大。

技术实现思路

[0004]为了解决市场上监测装置误差大的难题，本专利技术提出了一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，其主要原理是利用在不同介质中，光信号传输速率不同。在FPGA发射板上由信号发生模块产生信号，然后将这个数据包进行信源编码，通过DPSK调制技术进行数字调制，并且以冰层和空气作为信道进行数字信号传输。当信号开始传输时FPGA内计时器开始计时。在接收端接收到信号并对解调后数据进行解码和原数据包对比，确定一致后FPGA内计时器停止计时，得到信号传输所用时间，从而得出冰层厚度，用于应对现极端天气人们获取实时线路覆冰数据难度加大，研究装置的运行功耗无法满足的问题，来保障国家电网电力系统的稳定运行。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，包括发送端和接收端，其中：
[0007]所述发送端包括信号发生模块、编码模块、DPSK调制模块、LED发送模块；
[0008]所述接收端包括光电二极管接收模块、DPSK解调模块、解码模块、冰层厚度计算模块；
[0009]所述信号发生模块用于产生数字信号；
[0010]所述编码模块用于对信号发生模块产生的数字信号进行编码；
[0011]所述DPSK调制模块用于对编码模块输出的数字信号进行数字调制；
[0012]所述LED发送模块用于对DPSK调制模块输出的数字信号调制成光载波强度变化的LED可见光驱动的信号，并通过传输信道转变为待解调信息信号进入接收端；
[0013]所述光电二极管接收模块用于接收LED发送模块输出的信号；
[0014]所述DPSK解调模块用于对光电二极管接收模块输出的信号进行解调，得到解调信号；
[0015]所述解码模块用于对DPSK解调模块输出的解调信号进行解码，解码后将信号传到冰层厚度计算模块中；
[0016]所述冰层厚度计算模块用于判断冰层厚度。
[0017]一种利用上述可见光差速冰层态势感知系统进行基于FPGA的可见光差速冰层态势感知的方法，包括如下步骤：
[0018]步骤一、信号发生模块产生数字信号，通过编码模块对信号发生模块产生的数字信号进行编码，输出信号为数字信号，分别发送0,1；
[0019]步骤二、DPSK调制模块通过DPSK调制方式对编码模块输出的数字信号进行数字调制输出DPSK信号；
[0020]步骤三、DPSK信号通过LED发送模块驱动发光二极管发光，将数字信号调制成光载波强度变化的LED可见光驱动的信号，与此同时开始计时；
[0021]步骤四、LED发送模块输出的信号通过传输信道转变为待解调信息信号；
[0022]步骤五、光电二极管接收模块接收LED发送模块输出的信号，通过DPSK解调模块进行解调、解码模块进行解码，解码后若判定为所发信号后停止计时；
[0023]步骤六、将信号传到冰层厚度计算模块中，当信号传输完毕后，得出信号在信道中的传输时间，由冰层厚度计算模块利用传输时间的差值来判断冰层厚度。
[0024]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0025]本专利技术基于FPGA的片上数字通信系统，建立对于输电线路冰层态势感知系统，充分利用了可见光通信的实时性以及FPGA的精确性，设计时也着重考虑了降低装置的运行功耗、保证数据的准确性和提高运行稳定性。
附图说明
[0026]图1为采用基于可见光的通信系统的通信发射模块和接收模块通信流程图；
[0027]图2为DPSK调制技术进行数字调制的原理图；
[0028]图3为DPSK解调技术进行数字调制的原理图；
[0029]图4为8B
‑
10B码编码模块原理图；
[0030]图5为以FPGA为基础的可见光差速冰层态势感知系统的设计流程图；
[0031]图6为以FPGA为基础的可见光差速冰层态势感知系统的实物结构图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0033]本专利技术提供了一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，该系统利用FPGA单纯的实现了数字信号的传输，利用可见光通信实现了数字信号的传输并且通过所传输的信号测出了冰层厚度。如图1和图6所示，所述系统包括发送端和接收端，其中：所述发送端包括信号发生模块、编码模块、DPSK调制模块、LED发送模块；所述接收端包括光电二极管接收模块、DPSK解调模块、解码模块、冰层厚度计算模块；所述DPSK调制模块中包含频率合成模块，DPSK解调模块中包含FIR数字滤波模块、位同步模块；所述信号发生模块、编码模块、解码模块、DPSK调制模块、DPSK解调模块由FPGA主控芯片进行控制。
[0034]图2是本专利技术采用的调制方法DPSK的部分原理图。DPSK(DifferentialPhase ShiftKeying本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，其特征在于所述可见光差速冰层态势感知系统包括发送端和接收端，其中：所述发送端包括信号发生模块、编码模块、DPSK调制模块、LED发送模块；所述接收端包括光电二极管接收模块、DPSK解调模块、解码模块、冰层厚度计算模块；所述信号发生模块用于产生数字信号；所述编码模块用于对信号发生模块产生的数字信号进行编码；所述DPSK调制模块用于对编码模块输出的数字信号进行数字调制；所述LED发送模块用于对DPSK调制模块输出的数字信号调制成光载波强度变化的LED可见光驱动的信号，并通过传输信道转变为待解调信息信号进入接收端；所述光电二极管接收模块用于接收LED发送模块输出的信号；所述DPSK解调模块用于对光电二极管接收模块输出的信号进行解调，得到解调信号；所述解码模块用于对DPSK解调模块输出的解调信号进行解码，解码后将信号传到冰层厚度计算模块中；所述冰层厚度计算模块用于判断冰层厚度。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的可见光差速冰层态势感知系统，其特征在于所述发送端和接收端由同一个FPGA芯片进行控制。3.一种利用权...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟菲，郑文，张运波，佟浩，刘慧，刘洋，孟乐锦，姜志宏，陈云飞，熊文斌，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：