CN105371743A - 一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置及方法，包括：敏感器件单元、信号处理单元、单片机、USB接口、USB无线网卡、计算机及电源模块；所述敏感器件单元、信号处理单元、单片机、USB接口、无线网卡依次连接；所述电源模块分别与敏感器件单元、信号处理单元、单片机、计算机连接；所述电源模块包括供电部分和可控制开关部分，其中供电部分采用太阳能发电、风力发电和蓄电池组合，实现供电的可靠性和绿色环保。本发明还提供了一种采用所述装置的铁塔应力节能监测方法，本发明一方面能实现杆塔应力监测；另一方面又能使整个数据采集系统达到节能效果，市场应用前景广阔。

Description

一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置及方法

技术领域

本发明涉及输电线路在线监测领域，特别涉及一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置及方法。

背景技术

现代社会的快速发展对电力系统安全稳定运性的要求越来越高，一旦出现电网事故，将会对国民生活造成巨大影响，在各种事故中电力系统输电线路环节中倒塔的事故越来越受到人们的关注，我国地域广大，各地气候条件又大不相同，不同地方的输电铁塔所在环境差异很大，如沿海地带的气候湿润，盐碱地多对输电铁塔腐蚀性严重，另外沿海又是台风多发区是输电铁塔安全的潜在隐患；在我国北部气温偏低，常常下大雪，覆冰是造成输电线路事故的很大一部分因素，像08年湖南等地，由于降雪而造成大面积倒塔事故。现年来是地震高发期，地震对于输电杆塔来说也是一个安全因素，所以输电铁塔在强风、覆冰、振动等动态荷载时的应力监测非常有必要。

关于输电铁塔应力在线监测，主要是采用应力传感器采集数据和分析的方法，传统应力传感器功能单一，缺乏智能控制单元，且全天候监测功耗大。输电杆塔在线监测要实现全天候、实时的监控这对供电模块来说要求非常苛刻。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足与缺点，提供一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，包括：

敏感器件单元，用于采集杆塔形变应力信号并转化为电信号；

信号处理单元，用于将感器件单元传来的电信号处理，包括滤波、放大；

单片机、用于在唤醒状态下根据信号处理单元处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，并根据判断的结果向电源模7和计算机发送相应信号；

USB接口，用于连接单片机和USB无线网卡；

USB无线网卡，用于实现与计算机的无线通讯；

计算机，用于向单片机发送唤醒指令，以及根据单片机发回的相应信号进入相应状态；

电源模块，包括供电部分和由单片机控制的可控制开关部分，用于在单片机控制下向感器件单元、信号处理单元、单片机和计算机供电。

进一步地，所述根据判断的结果向计算机发送相应信号具体包括：若判断无杆塔形变信号，则通过可控制开关部分使电源模块与敏感器件单元、信号处理单元断开，单片机自身进入睡眠状态，同时给计算机无线发送自睡眠信号；若有杆塔形变信号，则进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内，则通过可控制开关部分使电源模块与敏感器件单元、信号处理单元断开，单片机自身进入睡眠状态，同时给计算机无线发送自睡眠信号，若不在安全阈值内，则给计算机发送杆塔形变预警信号。

进一步地，所述根据单片机发回的相应信号进入相应状态具体包括：当接收到单片机发送的自睡眠信号时，计算机进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机自动唤醒，同时向单片机发送唤醒指令；当接收到单片机发送的杆塔形变预警信号时，计算机报警。

进一步地，所述单片机采用超低功耗单片机。

进一步地，所述供电部分采用太阳能发电、风力发电和蓄电池组合供电，实现供电的可靠性和绿色环保。

一种采用所述装置的铁塔应力节能监测方法，包括步骤：

步骤1：启动计算机，初始化后计算机发送唤醒指令唤醒单片机；

步骤2：单片机接收信号处理单元处理后的电信号，包括滤波、放大；

步骤3：单片机根据信号处理单元处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，若有形变信号执行步骤4，没有则执行步骤5；

步骤4：单片机进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内执行步骤5，若不在安全阈值内，执行步骤6；

步骤5：单片机通过控制电源模块中的可控制开关切断电源模块7与敏感器件单元、信号处理单元的电路连接后执行步骤7；

步骤6：单片机向计算机发送杆塔形变预警信号，计算机报警同时返回并执行步骤2；

步骤7：单片机自身进入睡眠状态，同时给计算机无线发送自睡眠信号；

步骤8：计算机收到单片机的自睡眠信号后，进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机自动唤醒；

步骤9：计算机唤醒后给单片机发送唤醒指令，单片机唤醒后，返回并执行步骤2。

进一步地，步骤8中，所述时钟定时器由用户根据自己实际需求预先设定。

相比现有技术，本发明的有益效果包括：

1、采用超低功耗单片机利用无线网卡实现与计算机通讯，灵活、高效，方面远程控制与操作，且功耗低；

2、通过一套具体节能控制方法，实现节能效果，在外力作用于输电铁塔没有发生形变和形变在安全阈值内即输电铁塔不易发生安全事故的情况下，单片机通过程序控制使敏感器件单元、信号处理单元与电源断开，自身进入睡眠状态，同时给计算机发送自睡眠信号，计算机接收到单片机自睡眠信号后，也进入睡眠状态，到了设定时间又重新判断，使整个系统到达节能效果；

3、具有很强的推广价值，本发明一方面能实现杆塔应力监测；另一方面又能使整个数据采集系统达到节能效果，市场应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例的节能应力监测装置结构框图。

图2为本发明实施例的节能应力监测方法流程示意图。

图中示出：1-敏感器件单元，2-信号处理单元，3-单片机，4-USB接口，5-无线网卡，6-计算机，7-电源模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，包括：

敏感器件单元1，用于采集杆塔形变应力信号并转化为电信号；

信号处理单元2，用于将感器件单元1传来的电信号处理，包括滤波、放大；

单片机3，本实施例中单片机采用32位超低功耗单片机，型号为stm32l152，用于在唤醒状态下根据信号处理单元2处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，并根据判断的结果向电源模块7和计算机6发送相应信号；

USB接口4，用于连接单片机和USB无线网卡5；

USB无线网卡5，用于实现与计算机6的无线通讯，本实施例中USB无线网卡5采用TP－LINKTL－WN821N；

计算机6，用于向单片机3发送唤醒指令，以及根据单片机3发回的相应信号进入相应状态；

电源模块7，包括供电部分和由单片机3控制的可控制开关部分，用于在单片机3控制下向感器件单元1、信号处理单元2、单片机3和计算机6供电，所述供电部分采用太阳能发电、风力发电和蓄电池组合供电，实现供电的可靠性和绿色环保。

具体而言，所述根据判断的结果向计算机6发送相应信号具体包括：若判断无杆塔形变信号，则通过可控制开关部分使电源模块7与敏感器件单元1、信号处理单元2断开，单片机3自身进入睡眠状态，同时给计算机6无线发送自睡眠信号；若有杆塔形变信号，则进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内，则通过可控制开关部分使电源模块7与敏感器件单元1、信号处理单元2断开，单片机3自身进入睡眠状态，同时给计算机6无线发送自睡眠信号，若不在安全阈值内，则给计算机6发送杆塔形变预警信号。

具体而言，所述根据单片机3发回的相应信号进入相应状态具体包括：当接收到单片机3发送的自睡眠信号时，计算机6进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机6自动唤醒，同时向单片机3发送唤醒指令；当接收到单片机3发送的杆塔形变预警信号时，计算机6报警。

组装时，先将所述敏感器件单元1、信号处理单元2、单片机3、USB接口4、USB无线网卡5依次连接；再将电源模块7分别与敏感器件单元1、信号处理单元2、单片机3、计算机6相连接。

如图2所示，一种采用所述装置的铁塔应力节能监测方法，包括步骤：

步骤1：启动计算机6，初始化后计算机6发送唤醒指令唤醒单片机3，开始时候单片机3处在睡眠状态，靠计算机6唤醒指令唤醒；

步骤2：单片机3接收信号处理单元2处理后的电信号，包括滤波、放大；

步骤3：单片机3根据信号处理单元2处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，若有形变信号执行步骤4，没有则执行步骤5；

步骤4：单片机3进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内执行步骤5，若不在安全阈值内，执行步骤6；

步骤5：单片机3通过控制电源模块7中的可控制开关切断电源模块7与敏感器件单元1、信号处理单元2的电路连接后执行步骤7；

步骤6：单片机3向计算机6发送杆塔形变预警信号，计算机6报警同时返回并执行步骤2；

步骤7：单片机3自身进入睡眠状态，同时给计算机6无线发送自睡眠信号；

步骤8：计算机6收到单片机3的自睡眠信号后，进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机6自动唤醒；

步骤9：计算机6唤醒后给单片机3发送唤醒指令，单片机3唤醒后，返回并执行步骤2。

具体而言，步骤8中，所述时钟定时器由用户根据自己实际需求预先设定。

铁塔应力节能监测方法通过一套具体节能控制步骤，实现节能效果，在外力作用于输电铁塔没有发生形变和形变在安全阈值内即输电铁塔不易发生安全事故的情况下，单片机3通过程序控制使敏感器件单元1、信号处理单元2与电源断开，自身进入睡眠状态，同时给计算机6发送自睡眠信号，计算机6接收到单片机自睡眠信号后，也进入睡眠状态，到了设定时间又重新判断，使整个系统到达节能效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，包括：

敏感器件单元(1)，用于采集杆塔形变应力信号并转化为电信号；

信号处理单元(2)，用于将感器件单元(1)传来的电信号处理，包括滤波、放大；

单片机(3)、用于在唤醒状态下根据信号处理单元(2)处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，并根据判断的结果向电源模块(7)和计算机(6)发送相应信号；

USB接口(4)，用于连接单片机和USB无线网卡(5)；

USB无线网卡(5)，用于实现与计算机(6)的无线通讯；

计算机(6)，用于向单片机(3)发送唤醒指令，以及根据单片机(3)发回的相应信号进入相应状态；

电源模块(7)，包括供电部分和由单片机(3)控制的可控制开关部分，用于在单片机(3)控制下向感器件单元(1)、信号处理单元(2)、单片机(3)和计算机(6)供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，其特征在于：所述根据判断的结果向计算机(6)发送相应信号具体包括：若判断无杆塔形变信号，则通过可控制开关部分使电源模块(7)与敏感器件单元(1)、信号处理单元(2)断开，单片机(3)自身进入睡眠状态，同时给计算机(6)无线发送自睡眠信号；若有杆塔形变信号，则进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内，则通过可控制开关部分使电源模块(7)与敏感器件单元(1)、信号处理单元(2)断开，单片机(3)自身进入睡眠状态，同时给计算机(6)无线发送自睡眠信号，若不在安全阈值内，则给计算机(6)发送杆塔形变预警信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，其特征在于：所述根据单片机(3)发回的相应信号进入相应状态具体包括：当接收到单片机(3)发送的自睡眠信号时，计算机(6)进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机(6)自动唤醒，同时向单片机(3)发送唤醒指令；当接收到单片机(3)发送的杆塔形变预警信号时，计算机(6)报警。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，其特征在于：所述单片机(3)采用超低功耗单片机。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的铁塔应力节能监测装置，其特征在于：所述供电部分采用太阳能发电、风力发电和蓄电池组合供电。

6.一种采用权利要求1至5中任一项所述装置的铁塔应力节能监测方法，包括步骤：

步骤1：启动计算机(6)，初始化后计算机(6)发送唤醒指令唤醒单片机(3)；

步骤2：单片机(3)接收信号处理单元(2)处理后的电信号，包括滤波、放大；

步骤3：单片机(3)根据信号处理单元(2)处理后的电信号判断是否有杆塔形变信号，若有形变信号执行步骤4，没有则执行步骤5；

步骤4：单片机(3)进一步判断形变尺度是否在安全阈值内，若在安全阈值内执行步骤5，若不在安全阈值内，执行步骤6；

步骤5：单片机(3)通过控制电源模块(7)中的可控制开关切断电源模块(7)与敏感器件单元(1)、信号处理单元(2)的电路连接后执行步骤7；

步骤6：单片机(3)向计算机(6)发送杆塔形变预警信号，计算机(6)报警同时返回并执行步骤2；

步骤7：单片机(3)自身进入睡眠状态，同时给计算机(6)无线发送自睡眠信号；

步骤8：计算机(6)收到单片机(3)的自睡眠信号后，进入睡眠状态并启动时钟定时器，到了设定时间后计算机(6)自动唤醒；

步骤9：计算机(6)唤醒后给单片机(3)发送唤醒指令，单片机(3)唤醒后，返回并执行步骤2。

7.根据权利要求6所述的节能监测方法，其特征在于：步骤8中，所述时钟定时器由用户根据自己实际需求预先设定。