一种用于杂散电流传感器的数据通信方法及系统与流程

1.本发明涉及杂散电流监测技术领域，特别是涉及一种用于杂散电流传感器的数据通信方法及系统。


背景技术：

2.轨道交通杂散电流会入侵城市电网，导致变压器出现直流偏磁危害。随着轨道交通系统发展和社会需求的提升，轨道交通负载日渐攀升，入侵电网的杂散电流居高不下，给城市电网安全运行带来新挑战。故对杂散电流的监测是目前电网内最为有效的风险预警手段。
3.目前电力系统主要使用开口霍尔传感器进行杂散电流监测。开口霍尔传感器仅适用于小尺寸载流导体的杂散电流测量。霍尔传感器直接通过内部的信号调理电路将测量的杂散电流转换为电压信号进行输出。用户如果需要得到杂散电流的实际数据，还需要根据传感器输出的电压进行滤波、模数转换、信号调理等一系列操作方能取得杂散电流测量数据。目前的技术存在以下缺点：只能单一地传输杂散电流的大小，无法传输数据的采样时刻，数字信号处理的时间和接收数据的延迟会造成测量数据的同步偏差；缺少统一的数据格式和标准，无法升级应用于物联网平台，不利于后期拓展应用。
4.同时，现有的用于杂散电流传感器的通信协议也存在一些不足之处：
5.不同厂家的杂散电流传感器通信协议不一，目前还没有形成统一的标准，导致数据解析维护的工作量大，不利于杂散电流传感器测量数据的接入和集成。由于缺少统一的数据格式和标准，无法升级应用于物联网平台，不利于后期拓展应用。
6.现有的杂散电流传感器通信协议只能单一地传输杂散电流的大小，无法传输数据的采样时刻。同时，杂散电流传感器数字信号处理消耗时间和通信延迟会造成测量数据明显滞后于接收机收到数据的时刻，即使是在数据接收端记录数据时刻也无法避免数据的同步偏差。数据的同步偏差将导致多点同步测量无法实现。
7.现有的杂散电流传感器通信协议不支持基波电流，2次谐波电流到19次谐波电流分量的传输，缺乏技术上的灵活性，不利于杂散电流、基波电流和谐波电流的同步检测。且现有的杂散电流传感器通信协议的效率不高，最高采样率仅为1hz，适配于高采样率的传感器会降低通信处理效率。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于杂散电流传感器的数据通信方法，可以提高数据的传送处理效率，以及提高监控数据的全面性以及完整性。
9.为解决上述技术问题，作为本发明的一方面，提供一种用于杂散电流传感器的数据通信方法，其至少包括如下步骤：
10.步骤s10，获得杂散电流传感器所采集的杂散电流相关信息，所述杂散电流相关信息至少包括：变压器中性点的杂散电流、基波电流、多次谐波电流分量；
11.步骤s11，将所述采集的杂散电流相关信息，按照预设定的数据结构生成多个连续的数据帧；
12.步骤s12，将所述多个连续的数据帧发送给上位机fhgc
13.步骤s13，上位机接收所述多个连续的数据帧，对所述接收到的数据帧进行解析，获得杂散电流相关信息；
14.步骤s14，根据所述解析获得的杂散电流相关信息，对杂散电流数据进行绘图并展示。
15.优选地，在所述步骤s11中，所述每一数据帧的数据结构至少包括如下字段：特征帧头标识、设备id、数据帧长度、校验码、时分秒毫秒、电流内容；所述步骤s11进一步包括:
16.步骤s110，形成2字节特征帧头标识，包括1字节高低位和1字节低位的特征帧头标识；
17.步骤s111，形成2字节的设备id，并置于特征帧头标识后；
18.步骤s112，形成2字节的数据帧长度，并置于设备id后；
19.步骤s113，形成1字节的校验码，所述校验码为0xff
–
所有数据位取反之和，并置于数据帧长度后；
20.步骤s114，形成5字节的时分秒毫秒字段，其中包括1字节的小时数、1字节的分钟数、1字节的秒数和2字节的毫秒数，并置于校验码后；
21.步步骤s115，形成最多40字节长的电流内容字段，依次写入杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的有符号整数。
22.优选地，所述步骤s13进一步包括：
23.步骤s130、从缓存中读取1000字节数据，按特征帧头标识确认帧头位置；
24.步骤s131、判断本次所读取的1000字节数据中是否存在有效帧头标识，如果存在，则转至步骤s33；否则转至步骤s32；
25.步骤s132、舍去其中前999字节数据，并将最后一位数据置于开头，随后从缓存读入全新的999字节数据，并转至步骤s131；
26.步骤s133、如果所读取的1000字节数据中可读出有效帧头标识，则进一步读取数据帧长度，若数据帧长度等于0，则转至步骤s132，否则一次性按数据帧长度读取一帧数据；将所述一帧数据的所有数据位取反后求和，如果求和值等于0xff，转至步骤s134，否则转至步骤s132；
27.步骤s134、按设备id、时分秒毫秒字段、杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的顺序读出相应的2字节整数，若时分秒毫秒字段不符合实际，转至步骤s132，否则转至步骤s135；
28.步骤s135，将所读出的各个杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的2字节整数，带符号整数除以100获得相应的真实值，并存储。
29.相应地，本发明的另一方面，还提供一种用于杂散电流传感器的数据通信系统，其至少包括：
30.杂散电流信息获取单元，用于获得杂散电流传感器所采集的杂散电流相关信息，所述杂散电流相关信息至少包括：变压器中性点的杂散电流、基波电流、多次谐波电流分量；
31.数据帧生成单元，用于将所述采集的杂散电流相关信息，按照预设定的数据结构生成多个连续的数据帧；
32.数据帧发送单元，用于将所述多个连续的数据帧发送给上位机；
33.数据帧解析单元，用于上位机接收所述多个连续的数据帧，对所述接收到的数据帧进行解析，获得杂散电流相关信息；
34.杂散电流数据展示单元，用于根据所述解析获得的杂散电流相关信息，对杂散电流数据进行绘图并展示。
35.优选地，所述每一数据帧的数据结构至少包括如下字段：特征帧头标识、设备id、数据帧长度、校验码、时分秒毫秒、电流内容；所述电流内容字段存储有杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的有符号整数。
36.优选地，所述数据帧解析单元进一步包括：
37.读取确定单元，用于从缓存中读取1000字节数据，按特征帧头标识确认帧头位置；
38.有效帧头标识判断单元，用于判断本次所读取的1000字节数据中是否存在有效帧头标识；
39.数据帧长度读取单元，用于在所读取的1000字节数据中可读出有效帧头标识，则读取数据帧长度；
40.数据取反求和处理单元，用于在所读取的数据帧长度不为0时一次性按数据帧长度读取一帧数据；并将所述一帧数据的所有数据位取反后求和，判断所述求和值是否等于0xff；
41.电流内容读取单元，用于在求和值等于0xff时，按设备id、时分秒毫秒字段、杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的顺序读出相应的2字节整数；
42.真实值获取单元，用于将所读出的各个杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的2字节整数，带符号整数除以100获得相应的真实值，并存储；
43.异常处理单元，用于在出现异常时，舍去本次读取的1000字节数据中的前999字节数据，并将最后一位数据置于开头，形成新的1000字节数据。
44.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
45.本发明提供了一种用于杂散电流传感器的数据通信方法及系统，其采用了一种新型的杂散电流传感器的物联网通信协议。该物联网通信协议实现了数据帧头和设备id识别，集成数据校验、自定义数据帧长度、数据帧的时-分-秒-毫秒记录、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据记录等功能，可完全满足杂散电流传感器(如便携式开口线圈型杂散电流传感器)每秒10个数据上传的需求，克服了过往杂散电流传感器无高采样率数据输出协议支持的缺陷。
46.同时，本发明还提供该物联网通信协议的数据解析接口，可从每帧数据中辨识数据帧头和设备id，验证数据是否有效，读取有效数据长度以及数据帧发生的具体时间(精确到毫秒)、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据等关键信息。
47.本发明提出的通信方法及系统，可以为杂散电流现场检测数据的物联网传输提供可靠高效的技术手段，提高了数据的传送效率以及数据的完整性。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
49.图1为本发明提供的一种用于杂散电流传感器的数据通信方法的一个实施例的主流程示意图；
50.图2为本发明涉及的两个连续的数据帧结构示意图；
51.图3为本发明涉及的接收端的数据处理的流程示意图；
52.图4为本发明提供的一种用于杂散电流传感器的数据通信系统的一个实施例的结构示意图；
53.图5为图4中数据帧解析单元的结构示意图。
具体实施方式
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
55.如图2所示，示出了本发明提供的一种用于杂散电流传感器的数据通信方法的一个实施例的主流程示意图。一并结合图2和图3所示，在本实施例中，所述方法至少包括如下步骤：
56.步骤s10，获得杂散电流传感器所采集的杂散电流相关信息，所述杂散电流相关信息至少包括：变压器中性点的杂散电流、基波电流、多次谐波电流分量；可以理解的是，此处的杂散电流传感器可以是诸如便携式开口线圈型杂散电流传感器，其可以测量变压器中性点的杂散电流，还能够测量流过中性点的基波电流，2次谐波电流到19次谐波电流分量。同时，在一些实施例中，所述传感器还可以满足现场大尺寸载流导体的杂散电流测量要求，适用场景包括电缆杂散电流监测、接地线/避雷线杂散电流测量，等等。
57.步骤s11，将所述采集的杂散电流相关信息，按照预设定的数据结构生成多个连续的数据帧；
58.步骤s12，将所述多个连续的数据帧发送给上位机，直到测量结束；
59.步骤s13，上位机接收所述多个连续的数据帧，对所述接收到的数据帧进行解析，获得杂散电流相关信息；
60.步骤s14，根据所述解析获得的杂散电流相关信息，对杂散电流数据进行绘图并展示。
61.在一个具体的例子中，在所述步骤s11中，所述每一数据帧的数据结构至少包括如下字段：特征帧头标识、设备id、数据帧长度、校验码、时分秒毫秒、电流内容；所述电流内容字段存储有杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的有符号整数。具体地，所述步骤s11进一步包括:
62.步骤s110，形成2字节特征帧头标识，包括1字节高低位和1字节低位的特征帧头标识；例如，在一个例子中，可以将1字节高低位和1字节低位均设置为“0xaa”，也可由用户指定，但应该避免“0x00”和“0xff”等情况。
63.步骤s111，形成2字节的设备id，并置于特征帧头标识后；
64.步骤s112，形成2字节的数据帧长度，并置于设备id后；数据帧长度典型值为53，用户也可以自行指定。
65.步骤s113，形成1字节的校验码，所述校验码为0xff
–
所有数据位取反之和，并置于数据帧长度后；
66.步骤s114，形成5字节的时分秒毫秒字段，其中包括1字节的小时数(0-23)、1字节的分钟数(0-29)、1字节的秒数(0-59)和2字节的毫秒数(0-999)，并置于校验码后；
67.步步骤s115，以2字节电流字段为基础，形成最多40字节长的电流内容字段，依次写入杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的有符号整数，电流数据为真实值乘以100后取整。
68.每一数据帧的数据结构可以参考图2所示。
69.更具体地，在接收端对数据进行解析的过程可以参考图3所示。在一个具体的例子中，所述步骤s13进一步包括：
70.步骤s130、从缓存中读取1000字节数据，按特征帧头标识确认帧头位置；
71.步骤s131、判断本次所读取的1000字节数据中是否存在有效帧头标识，如果存在，则转至步骤s33；否则转至步骤s32；
72.步骤s132、舍去其中前999字节数据，并将最后一位数据置于开头，随后从缓存读入全新的999字节数据，并转至步骤s131；
73.步骤s133、如果所读取的1000字节数据中可读出有效帧头标识，则进一步读取数据帧长度，若数据帧长度等于0，则转至步骤s132，否则一次性按数据帧长度读取一帧数据；将所述一帧数据的所有数据位取反后求和，如果求和值等于0xff，转至步骤s134，否则转至步骤s132；
74.步骤s134、按设备id、时分秒毫秒字段、杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的顺序读出相应的2字节整数，若时分秒毫秒字段不符合实际，转至步骤s132，否则转至步骤s135；
75.步骤s135，将所读出的各个杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的2字节整数，带符号整数除以100获得相应的真实值，并存储。
76.可以理解的是，在本发明的实施例中，本发明提出一种新的物联网通信协议，可以实现数据帧头和设备id识别，集成数据校验、自定义数据帧长度、数据帧的时-分-秒-毫秒记录、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据记录等功能，可完全满足现有各种杂散电流传感器数据上传的需求，克服了过往杂散电流传感器无高采样率数据输出协议支持的缺陷。同时，本发明还提供了物联网通信协议的数据解析接口，可从每帧数据中辨识数据帧头和设备id，验证数据是否有效，读取有效数据长度以及数据帧发生的具体时间(精确到毫秒)、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据等关键信息。从而提高了数据传输的效率以及完整性。
77.如图4所示，示出了本发明提供的一种用于杂散电流传感器的数据通信系统的一个实施例的结构示意图。一并结合图5所示，所述系统1至少包括：
78.杂散电流信息获取单元10，用于获得杂散电流传感器所采集的杂散电流相关信息，所述杂散电流相关信息至少包括：变压器中性点的杂散电流、基波电流、多次谐波电流
分量；
79.数据帧生成单元11，用于将所述采集的杂散电流相关信息，按照预设定的数据结构生成多个连续的数据帧；
80.数据帧发送单元12，用于将所述多个连续的数据帧发送给上位机；
81.数据帧解析单元3，用于上位机接收所述多个连续的数据帧，对所述接收到的数据帧进行解析，获得杂散电流相关信息；
82.杂散电流数据展示单元14，用于根据所述解析获得的杂散电流相关信息，对杂散电流数据进行绘图并展示。
83.更具体地，所述每一数据帧的数据结构至少包括如下字段：特征帧头标识、设备id、数据帧长度、校验码、时分秒毫秒、电流内容；所述电流内容字段存储有杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的有符号整数。数据帧的数据结构可参见图2所示。
84.更具体地，所述数据帧解析单元13进一步包括：
85.读取确定单元130，用于从缓存中读取1000字节数据，按特征帧头标识确认帧头位置；
86.有效帧头标识判断单元131，用于判断本次所读取的1000字节数据中是否存在有效帧头标识；
87.数据帧长度读取单元132，用于在所读取的1000字节数据中可读出有效帧头标识，则读取数据帧长度；
88.数据取反求和处理单元133，用于在所读取的数据帧长度不为0时一次性按数据帧长度读取一帧数据；并将所述一帧数据的所有数据位取反后求和，判断所述求和值是否等于0xff；
89.电流内容读取单元134，用于在求和值等于0xff时，按设备id、时分秒毫秒字段、杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的顺序读出相应的2字节整数；
90.真实值获取单元135，用于将所读出的各个杂散电流、基波电流、2次谐波电流～19次谐波电流的2字节整数，带符号整数除以100获得相应的真实值，并存储；
91.异常处理单元136，用于在出现异常时，舍去本次读取的1000字节数据中的前999字节数据，并将最后一位数据置于开头，形成新的1000字节数据。
92.可以理解的是，数据帧解析单元13的处理逻辑以及其他更多的细节，可以参考并结合前述对图1至图3的描述，在此不进行赘述。
93.实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
94.本发明提供了一种用于杂散电流传感器的数据通信方法及系统，其采用了一种新型的杂散电流传感器的物联网通信协议。该物联网通信协议实现了数据帧头和设备id识别，集成数据校验、自定义数据帧长度、数据帧的时-分-秒-毫秒记录、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据记录等功能，可完全满足杂散电流传感器(如便携式开口线圈型杂散电流传感器)每秒10个数据上传的需求，克服了过往杂散电流传感器无高采样率数据输出协议支持的缺陷。
95.同时，本发明还提供该物联网通信协议的数据解析接口，可从每帧数据中辨识数据帧头和设备id，验证数据是否有效，读取有效数据长度以及数据帧发生的具体时间(精确到毫秒)、杂散电流、基波、2次谐波～19次谐波数据等关键信息。
96.本发明提出的通信方法及系统，可以为杂散电流现场检测数据的物联网传输提供可靠高效的技术手段，提高了数据的传送效率以及数据的完整性。
97.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
98.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
99.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。