[发明专利]一种基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备

权利要求书

1.一种基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备的监测方法，其特征在于：基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备包括电流传感器、AD转换模块、主控芯片、PC终端、上位机、NB-IOT无线通信模块、传感器组和电源管理模块，所述电流传感器通过所述AD转换模块与所述主控芯片连接，所述电流传感器和所述传感器组采集高压电缆的数据，所述传感器组与所述主控芯片的信号输入端连接，所述主控芯片的数据输出端与所述PC终端连接，所述主控芯片的数据传输端通过所述NB-IOT无线通信模块与所述上位机通信连接；

所述基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备的监测方法包括以下步骤：

步骤一：数据采集

高压电缆的运行数据采集是整个设备运行的基础，通过电流传感器采集高压电缆金属护层接地环流，接地环流是本设备最主要用来判断电缆运行情况的数据，温度传感器，湿度传感器负责采集电缆运行温度，湿度；

步骤二：高频故障录波，电流采样计算与有效值计算

对多通道采集的电流传感器进行电流采样计算，其中从电缆采集的电流设置为，传感器变比，经过传感器后电流为，其中，采样电阻为，经过运算放大器，设置运放倍数为，此时共模输入端电压，共模偏移电压=2.5v,AD采样读取电压，此时也可以得到从电缆采集的电流，经过上述计算就可以得到最终的电流采样值；之后在主控中对多路电流传感器采集并进行初步采样计算的电流进行有效值计算，鉴于高压传输电传输的是周期交流信号，其有效值不能直接计算平均值需要对实时采样值进行RMS（均方根值）计算，将周期信号中的一个周期内的信号进行平方和后求平均，再开方，公式为其中为上述计算的电流实时采样值经过模数转换后的数字量，代表经过RMS计算后的有效值，获取有效值之后对有效数据大小进行检测，发现数值波动超过特定阈值，则启动录波，记录故障点前200ms和后800ms的采样数据并将故障前后采样值保存在Flash缓存中；

步骤三：无效数据剔除

通过对暂存在缓存中的数据包进行数据长度分析，通过代码设置，剔除过长数据包与数据段，其中上报数据包的内容格式规定标准大小为108Byte，若实际上传数据包大小超过规定格式的两倍时，会将后续数据剔除，对其中每个数据段的大小设置为4Byte，包括录波数据，电流数据，温度，振动数据，数据段存入缓存时若大小超过8Byte，主控芯片也会将其自动剔除；

步骤四：配置设备工作模式

经过步骤一、二、三后，此时需要配置设备的工作模式，通过检测功能模拟功率输出，进行周期电压监测判断，当能够长时间维持设备所需电压供电时，启用正常工作模式，数据高效高频率传输；电压维持不稳定甚至面临无法维持设备工作的风险时，启动内置电源，可根据所需维持时间的需求，切换至非稳定工作模式或掉电工作模式，提高数据传输间隔，降低电流采样计算频率，更改NB-IOT模块状态至IDLE或PSM，以维持设备的最大时间正常运行，等待检修；

步骤五：通信信号强度判断

通过对NB=IOT使用AT指令AT+CSQ时，会返回信号质量结果+CSQ：AA.BB，AA为信号质量，取值范围为0-31，BB为误码率，正常工作下在0-99之间；通过返回结果进行通信判断，选择通信信号良好时间段进行数据通信，可以有效降低丢包率；

步骤六：数据上传

经过步骤五的判断之后，设备将进行数据上传。

2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备的监测方法 ，其特征在于：所述主控芯片采用低功耗的STM32L4单片机作为数据处理系统的核心。

3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的高压电缆低功耗在线监测设备的监测方法 ，其特征在于：所述电源管理模块由太阳能电池板，大容量铁锂电池，电压转换模块，内置掉电保护电源组成。