CN101476927B - 高压输电线冰冻状态无线传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压输电线冰冻状态无线传感器，特点是：包括发射装置及接收装置；发射装置包括设在高压输电线铁塔上的覆冰重量感应锤，覆冰重量敏感元件，覆冰重量转换放大器，接收覆冰重量转换放大器输出的信号的A/D转换器，接收A/D转换器输出的信号的微处理器，接收微处理器输出的信号的无线通信模块及发射信号的发射天线；接收装置包括接收天线，单片机，接收接收天线的信号的放大处理器，单片机的功能扩展器、在线编辑器及网络服务器，将单片机输出的信号进行显示的显示屏，将信号输入至单片机的键盘；为上述装置提供工作电压的直流供电电源。其可以有效的随时监测高压输电线冰冻状态，有计划地安排停电和融化线路覆冰，减少停电预试造成的人力、物力和对设备的损伤，具有极大的应用市场。

Description

高压输电线冰冻状态无线传感器
技术领域
本发明涉及一种高压输电线冰冻状态无线传感器。
发明背景
2008年1月，以50年罕见的强势肆虐我国南方10多个省份。暴雪纵横之处，铁塔倾倒，线路中断，电网大面积失电。据资料统计，截至2008年2月15日，低温和雨雪冰冻灾害造成南方电网区域内的贵州、广西、广东和云南4省区电网共7502条线路停运，856个变电站停运。其中有28条500千伏线路和192条220千伏线路停运，有6个500千伏变电站和37个220千伏变电站停运。灾害造成南方电网供电范围内90个县市和1556个乡镇受停电影响，直接经济损失超过数十亿。
目前，市场上还没有可以感应高压输电线冰冻状态情况的产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以感应高压输电线冰冻状态情况的一种高压输电线冰冻状态无线传感器。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其一种高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：包括发射装置及接收装置；发射装置包括设在高压输电线铁塔上的覆冰重量感应锤，与覆冰重量感应锤配合的覆冰重量敏感元件，接收覆冰重量敏感元件发出的信号并转换放大的覆冰重量转换放大器，接收覆冰重量转换放大器输出的信号并经其处理的A/D转换器，接收A/D转换器输出的信号并经其处理的微处理器，接收微处理器输出的信号并经其处理的无线通信模块及将无线通信模块输出的信号发射的发射天线；接收装置包括接收发射天线输出的信号的接收天线，单片机，接收接收天线的信号并放大且将放大的信号输入至单片机的放大处理器，单片机的功能扩展器、在线编辑器及网络服务器，将单片机输出的信号进行显示的显示屏，将信号输入至单片机的键盘；为上述装置提供工作电压的直流供电电源。
所述的覆冰重量敏感元件为霍尔元件；所述的覆冰重量感应锤包括锤及与锤转动连接的齿条，齿条与霍尔元件元件啮合。
所述的覆冰重量转换放大器包括放大集成块IC，电阻R1-R4，可调电阻Rw1、Rw2及电容C1、C2；电阻R2一端接放大集成块IC的负输入端，另一另端接可调电阻Rw1的可调端；电阻R1的一端接放大集成块IC的正输入端，一端接霍尔元件的输出端；可调电阻Rw1的一端接直流供电电源，另一端接地；电阻R3一端接放大集成块IC的负输入端，另一端接地；可调电阻Rw2接在放大集成块IC的负输入端及输出端之间；电容C1与电阻R4并联后，一端接放大集成块IC的输出端，另一端接地；电容C2一端接直流供电电源并接霍尔元件的输入端，另一端接地。
所述的A/D转换器的型号为JN5139，微处理器的型号为LPC2138，无线通信模块的型号为JN5139。
所述的单片机的型号为LPC2138，放大处理器的型号为LM158，功能扩展器的型号为GPRS/GSM，在线编辑器的型号为JTAG标准ARM接口，网络服务器的型号为M735处理器1.7GHZ。
本发明的优点为，可以有效的随时监测高压输电线冰冻状态，有计划地安排停电和融化线路覆冰，减少停电预试造成的人力、物力和对设备的损伤，具有极大的应用市场。
附图说明
图1是本发明的传感器的发射装置的原理图；
图2是覆冰重量敏感元件与覆冰重量感应锤配合的结构原理图；
图3是霍尔元件磁通量变化所产生电压变化的曲线图；
图4是图1中的覆冰重量转换放大器的电路原理图；
图5是本发明的接收装置的原理图；
图6是本发明的接收装置的网络原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详述：
如图1至5所示，其一种高压输电线冰冻状态无线传感器，本发明的特点是：包括发射装置及接收装置；发射装置包括设在高压输电线铁塔上的覆冰重量感应锤，与覆冰重量感应锤配合的覆冰重量敏感元件，接收覆冰重量敏感元件发出的信号并转换放大的覆冰重量转换放大器，接收覆冰重量转换放大器输出的信号并经其处理的A/D转换器，接收A/D转换器输出的信号并经其处理的微处理器，接收微处理器输出的信号并经其处理的无线通信模块及将无线通信模块输出的信号发射的发射天线；接收装置包括接收发射天线输出的信号的接收天线，单片机，接收接收天线的信号并放大且将放大的信号输入至单片机的放大处理器，单片机的功能扩展器、在线编辑器及网络服务器，将单片机输出的信号进行显示的显示屏，将信号输入至单片机的键盘；为上述装置提供工作电压的直流供电电源。
本实施例中的覆冰重量敏感元件为霍尔元件3，也可为可变电阻或由电阻应变片、电感、电容、开关组、霍尔元件、超声波换能器、光导纤维、光电耦合器等；覆冰重量感应锤包括锤1及与锤转动连接的齿条2，霍尔元件与齿条啮合。覆冰重量转换放大器包括放大集成块IC，电阻R1-R4，可调电阻Rw1、Rw2及电容C1、C2；电阻R2一端接放大集成块IC的负输入端，另一端接可调电阻Rw1的可调端；电阻R1的一端接放大集成块IC的正输入端，另一端接霍尔元件3的输出端；可调电阻Rw1的一端接直流供电电源，另一端接地；电阻R3一端接放大集成块IC的负输入端，另一端接地；可调电阻Rw2接在放大集成块IC的负输入端及输出端之间；电容C1与电阻R4并联后，一端接放大集成块IC的输出端，另一端接地；电容C2一端接直流供电电源并接霍尔元件的输入端，另一端接地；放大集成块IC的输出端接A/D转换器的输入端。A/D转换器的型号为JN5139，微处理器的型号为LPC2138，无线通信模块的型号为JN5139。单片机的型号为LPC2138，放大处理器的型号为LM158，功能扩展器的型号为GPRS/GSM，在线编辑器的型号为JTAG标准ARM接口，网络服务器的型号为M735处理器1.7GHZ。
工作时，在高压输电线冰冻状态无线传感器安装在高压输电线铁塔上，覆冰重量感应锤与高压输电线在同一覆冰环境，覆冻重量通过覆冻重量感应锤传递到覆冰重量敏感元件上。覆冰重量通过覆冰重量感应锤的连接杆，经过连接杆上的齿条，改变霍尔元件的转角，使穿过霍尔元件的磁通量改变，磁通量改变量与覆冰重量感应锤上的覆冰重量成正比，如图2所示。磁通量改变量使霍尔元件的输出电压发生改变，如图3所示；当霍尔元件感应到磁场变化时，其3脚的输出电压也会相应变化。如图4所示，该电压经放大集成块LM158放大后输出，电压放大倍数由Rw2/R1比值决定，Rw1、R2、R3完成调零功能。R4、C2实现滤波。C1滤除电源中的纹波成分，消除噪声干扰。覆冰重量信号放大后输出，经A/D转换成数字信号并送入微处理器，微处理器存储和处理本身采集的数据以及其他传感器节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源模块为传感器，处理器，无线模块提供运行所需的能量，并对能量进行管理，采用干电池供电(2节1.5V)。接收装置接收到发射天线发出的信号号通过显示器进行显示，从而监控人员可以知道什么地方发生冰冻及情况。
监测区域每点的数据是通过节点逐级进行传输，在传输过程中监测的数据经过多跳后汇集到网关节点，再由网关节点将数据传输到接收装置并通入INTERNET网络服务器，系统构建如图6所示。网关节点的主要作用是：接收各传感器节点的数据，并对数据进行相应处理后发送到监控中心；接收监控中心指令，确定节点的工作状态。为了网络的组建以实现数据的有效传输，并保证节点电能的最大效率，传感器节点采用Zigbee协议。IEEE 802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率[4]、工作在2.4GHz和868/928MHz的短距离无线技术，是Zigbee应用层和网络层协议的基础。基于这个标准，在许多微小传感器节点之间相互协调实现通信，这些传感器节点只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器节点传到另一个节点，而达到较高的通信效率。网关节点一部分与传感器节点通信则采用相同协议，而另一部分要与监测中心通信，采用TCP/IP协议，与监测中心通信利用现有的GPRS网络，不需要单独组网，能够很容易地连接到INTERNET，而MC55模块内嵌TCP/IP协议，降低了设计的难度。
本发明的接收装置采用具有嵌入式系统和TCP/IP协议的单板机模块对高压输电线冰冻状态现场的分散采集，使用2.4G公用频，组建多跳式无线传感器采集网络，进入具有TCP/IP协议的嵌入式单板机接收装置，并将采集数据实时送到INTERNET网络服务器数据库中存储，为用户提供浏览访问和远程调用，实现自动监测报警。系统使用2.4G公用频段组建多跳式无线传感器采集网络，采集数据由基站通过GPRS无线通信将数据转发至INTERNET网络服务器上，自动监测报警，及时提醒实施“带负荷融化线路覆冰″，及时解决高压输电线冰冻灾害，减轻高压输电线护线工的劳动强度，避免不必要的伤亡，意义重大。

Claims (5)

1.一种高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：包括发射装置及接收装置；发射装置包括设在高压输电线铁塔上的覆冰重量感应锤，与覆冰重量感应锤配合的覆冰重量敏感元件，接收覆冰重量敏感元件发出的信号并转换放大的覆冰重量转换放大器，接收覆冰重量转换放大器输出的信号并经其处理的A/D转换器，接收A/D转换器输出的信号并经其处理的微处理器，接收微处理器输出的信号并经其处理的无线通信模块及将无线通信模块输出的信号发射的发射天线；接收装置包括接收发射天线输出的信号的接收天线，单片机，接收接收天线的信号并放大且将放大的信号输入至单片机的放大处理器，单片机的功能扩展器、在线编辑器及网络服务器，将单片机输出的信号进行显示的显示屏，将信号输入至单片机的键盘；为上述装置提供工作电压的直流供电电源。
2.根据权利要求1所述的高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：所述的覆冰重量敏感元件为霍尔元件(3)；所述的覆冰重量感应锤包括锤(1)及与锤转动连接的齿条(2)，齿条与霍尔元件元件啮合。
3.根据权利要求1或2所述的高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：所述的覆冰重量转换放大器包括放大集成块IC，电阻R1-R4，可调电阻Rw1、Rw2及电容C1、C2；电阻R2一端接放大集成块IC的负输入端，另一端接可调电阻Rw1的可调端；电阻R1的一端接放大集成块IC的正输入端，另一端接霍尔元件的输出端；可调电阻Rw1的一端接直流供电电源，另一端接地；电阻R3一端接放大集成块IC的负输入端，另一端接地；可调电阻Rw2接在放大集成块IC的负输入端及输出端之间；电容C1与电阻R4并联后，一端接放大集成块IC的输出端，另一端接地；电容C2一端接直流供电电源并接霍尔元件的输入端，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：所述的A/D转换器的型号为JN5139，微处理器的型号为LPC2138，无线通信模块的型号为JN5139。
5.根据权利要求1所述的高压输电线冰冻状态无线传感器，其特征在于：所述的单片机的型号为LPC2138，放大处理器的型号为LM158，功能扩展器的型号为GPRS/GSM，在线编辑器的型号为JTAG标准ARM接口，网络服务器的型号为M735处理器1.7GHZ。
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