CN107567063A - 输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法，属于电力无线数据传输技术领域。所述输电线路杆塔检测数据传输装置安置于杆塔上，每个杆塔上均设置有主处理器控制模块、GPRS场强测试电路、GPRS无线传输模块和Zigbee通信电路，其中：所述GPRS场强测试电路用于测试GPRS信号的强度，并将相应数值传输至所述主处理器控制模块电路，所述主处理器控制模块的串行通信输出端连接所述GPRS无线传输模块和Zigbee通信电路；所述主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块或Zigbee通信电路传输数据。本发明既解决了输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能够提高电力输电线路的安全性、可靠性。

Description

输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及电力无线数据传输技术领域，特别是指一种输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，高压大容量输电线路越建越多，随之对电力输电线路的安全监控提出了更高的要求。在电力传输网络监控系统中，作为监控对象的每个杆塔都有数据的上传和下行问题，由于在偏远野外环境下通用大范围的无线传输方式(如GPRS：General Packet Radio Service，通用无线分组业务)可能存在信号偏弱、不稳定甚至无信号的情况，从而难以获取杆塔现场所测量的数据。在这种情况下就需要一种作为补充的传输方式弥补通用传输方式的不足，使得实时数据及时、可靠传输。

现有技术中在无线信号不稳定的区域内通常采取有线传输方式(如CAN：ControllerArea Network，控制器局域网)，传递至信号稳定区域，再用无线网络传输。有线传输方式存在以下缺陷：需对通信缆线作专门的铺设，施工过程繁琐，易出纰漏，成本高；野外环境线路易发生故障或受到破坏；组网方式不灵活，适应性差。因此，有必要提供一种既能克服输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能提高电力输电线路安全性、可靠性的无线数据传输系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能克服输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能提高电力输电线路安全性、可靠性的输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种输电线路杆塔检测数据传输装置，包括主处理器控制模块、GPRS场强测试电路、GPRS无线传输模块和Zigbee(在中国被译为“紫蜂”，与蓝牙类似，是一种新兴的短距离无线技术)通信电路，其中：

所述GPRS场强测试电路用于测试GPRS信号的强度，并将相应数值传输至所述主处理器控制模块，所述主处理器控制模块的串行通信输出端连接所述GPRS无线传输模块和Zigbee通信电路；

所述主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块或Zigbee通信电路传输数据。

进一步的，所述Zigbee通信电路为MESH(无线蜂窝网格网络)网状传输。

进一步的，所述主处理器控制模块采用STM32(STM32代表ARMCortex-M内核的32位微控制器)系列芯片的Cortex内核，所述GPRS无线传输模块采用DATA-6102嵌入式模块，所述Zigbee通信电路采用CC2530芯片。

另一方面，提供一种输电线路杆塔检测数据传输系统，包括杆塔和用于远程监控的中心计算机，每个杆塔上均设置有接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪，所述杆塔上还设置有上述的输电线路杆塔检测数据传输装置，其中：

所述接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪分别连接所述输电线路杆塔检测数据传输装置的主处理器控制模块。

再一方面，提供一种上述输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，包括：

步骤1：所述接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪分别采集所述杆塔的数据和状态，传输至所述主处理器控制模块进行处理；

步骤2：所述GPRS场强测试电路实时测试GPRS信号的强度，并将相应数值在所述ZigBee通信电路的局域网中传播，各主处理器控制模块动态记录各杆塔的GPRS信号强度状况；当GPRS信号的强度高于设定阈值时，杆塔的主处理器控制模块控制GPRS无线传输模块将处理后的数据传输给所述中心计算机，否则，依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，所述主处理器控制模块控制Zigbee通信电路将处理后的数据传输给局域网中GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔，然后由该杆塔将接收的数据传输给所述中心计算机。

进一步的，所述步骤2还包括：若所述杆塔的GPRS信号的强度高于设定阈值，则该杆塔的主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块将处理后的数据传输给所述中心计算机，否则，判断所在ZigBee局域网中是否有GPRS信号强度达到设定阈值的杆塔，如果否，则标记、存储发送失败信息，以备查询；如果是，则由该杆塔发送数据信息。

进一步的，所述步骤2还包括步骤21：若所述杆塔的GPRS信号的强度低于设定阈值，则依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，选择与该杆塔距离最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第一转发杆塔，并选择距离所述第一转发杆塔最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第二转发杆塔；

所述步骤2还包括步骤22：所述主处理器控制模块控制Zigbee通信电路将处理后的数据传输给所述第一转发杆塔，此时，若该第一转发杆塔的GPRS信号强度高于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块将接收的数据传输给所述中心计算机；若该第一转发杆塔的GPRS信号强度低于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块控制所述Zigbee通信电路将接收的数据传输给所述第二转发杆塔，通过所述第二转发杆塔将数据传输给所述中心计算机。

进一步的，如果采用第一转发杆塔向所述中心计算机发送数据，则在发送成功后，由第一转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功消息，如果发送失败，则由第二转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功反馈信息或数据转发失败消息；如果第二转发杆塔发送失败，则数据来源杆塔重新采用上述方法向外发送。

进一步的，所述步骤2之后还包括：

步骤3：当所述中心计算机接收到所述处理后的数据后，按原路向相应杆塔发送成功接收确认信号。

本发明具有以下有益效果：

本发明的输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法包括杆塔和用于采集杆塔的数据和状态的接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置、微气象测试仪，接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪将采集的数据分别传输至主处理器控制模块进行处理，然后主处理器控制模块根据GPRS场强测试电路测试的GPRS信号的强弱来判断通过GPRS无线传输模块或Zigbee通信电路传输数据。在正常情况下，检测到的数据由GPRS无线传输模块上传，当杆塔处的GPRS信号没有覆盖或较弱时，由主处理器控制模块做出判断，改为由Zigbee通信电路将数据向所在ZigBee局域网内符合要求的杆塔传输，再由该杆塔的GPRS无线传输模块上传。本发明的输电线路杆塔检测数据传输装置和系统及其工作方法不仅克服了有线传输方式存在的施工过程繁琐、易出纰漏、成本高、组网方式不灵活、适应性差等缺陷，而且解决了输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能够提高电力输电线路的安全性、可靠性。

附图说明

图1为本发明的输电线路杆塔检测数据传输装置和系统的结构示意图；

图2为本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法的流程示意图；

图3为本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法的步骤2的具体流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种输电线路杆塔检测数据传输装置，如图1所示，包括杆塔，每个杆塔上均设置有主处理器控制模块1、GPRS场强测试电路2、GPRS无线传输模块3和Zigbee通信电路4，其中：

GPRS场强测试电路2用于测试GPRS信号的强度，并将相应数值传输至主处理器控制模块1，主处理器控制模块1的串行通信输出端连接GPRS无线传输模块3和Zigbee通信电路4；

主处理器控制模块1控制GPRS无线传输模块3或Zigbee通信电路4传输数据。

本发明的输电线路杆塔检测数据传输装置不仅克服了有线传输方式存在的施工过程繁琐、易出纰漏、成本高、组网方式不灵活、适应性差等缺陷，而且解决了输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能够提高电力输电线路的安全性、可靠性。

进一步的，Zigbee通信电路4为MESH网状传输，Zigbee通信电路4结合主处理器控制模块1兼有基于GPRS信号强度的判断、记录、选择逻辑功能。具体地，杆塔之间的Zigbee通信电路，要求为MESH网状传输，可实现点对点传送和广播传送，某节点以透明传输+短地址方式向网内所有节点发送数据可视为广播传输；ZigBee网络内任意两节点之间，通过点对点传输指令传送数据视为点对点传输，一定范围内相邻杆塔通信控制器的PAN ID相同，可在任意节点之间相互通信数据。

进一步的，主处理器控制模块1优选采用STM32系列芯片的Cortex内核，GPRS无线传输模块3优选采用DATA-6102嵌入式模块，Zigbee通信电路4以采用CC2530芯片。STM32系列芯片的Cortex内核具有体积小、功耗低、高性能、低成本的优点，适合作为测控系统的控制CPU；CC2530芯片可实现一对多，多对多的快速及时通信。需要说明的是，GPRS场强测试电路用于测试该GPRS信号的强度，当信号强度较弱而低于设定阈值时，通知主处理器控制模块，此功能也可以集成到GPRS无线通信模块中，此时则需要主处理器控制模块通过GPRS无线通信模块定时查询场强信息，做出判断。

另一方面，本发明还提供一种输电线路杆塔检测数据传输系统，如图1所示，包括杆塔和用于远程监控的中心计算机，每个杆塔上均设置有接地电阻测试仪5、杆塔姿态检测仪6、电池低温辅助加热装置7和微气象测试仪8，杆塔上还设置有上述的输电线路杆塔检测数据传输装置，其中：

接地电阻测试仪5、杆塔姿态检测仪6、电池低温辅助加热装置7和微气象测试仪8分别连接输电线路杆塔检测数据传输装置的主处理器控制模块1。

本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统中的接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪分别用于测量杆塔的接地电阻和状态，微气象测试仪测试杆塔周围的气象情况，电池低温辅助加热装置用于监控、保护电池。采集的杆塔的数据分别传输至主处理器控制模块进行处理，然后主处理器控制模块控制GPRS无线传输模块或Zigbee通信电路将处理后的数据传输给中心计算机。本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统不仅可以实现杆塔各种数据的远程快速测量，减轻工作人员的劳动强度，而且运用GPRS技术与Zigbee通讯技术相结合的传输方式解决了输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，提高了电力输电线路的安全性、可靠性。

再一方面，本发明还提供一种上述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，如图1～2所示，包括：

步骤S1：接地电阻测试仪5、杆塔姿态检测仪6和微气象测试仪8分别采集杆塔的数据和状态，传输至主处理器控制模块1进行处理；

步骤S2：GPRS场强测试电路2实时测试GPRS信号的强度，并将相应数值在ZigBee通信电路4的局域网中传播，各主处理器控制模块1动态记录各杆塔的GPRS信号强度状况；当GPRS信号的强度高于设定阈值时，杆塔的主处理器控制模块1控制GPRS无线传输模块3将处理后的数据传输给中心计算机，否则，依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，主处理器控制模块1控制Zigbee通信电路4将处理后的数据传输给局域网中GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔，然后由该杆塔将接收的数据传输给中心计算机。

本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，在正常情况下，杆塔的数据和状态由GPRS无线传输模块上传，并接收下行数据，当杆塔处的GPRS信号没有低于设定阈值(阈值根据经验初步确定，并多次调试获得)时，由主处理器控制模块做出判断，改为由Zigbee通信电路向局域网内优选杆塔传输数据，再由该杆塔的GPRS无线传输模块上传。需要说明的是，依据实时记录的所在ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度数值，判断同一PAN ID(Personal Area Network ID，网络的ID，即网络标识符)的相邻杆塔中是否有信号强度超过设定阈值的杆塔，并按照一定规则(链路最近或GPRS信号最强)优选信号强度符合要求的杆塔。本发明的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法不仅克服了有线传输方式存在的施工过程繁琐、易出纰漏、成本高、组网方式不灵活、适应性差等缺陷，而且解决了输电线路杆塔监测系统中因偏远地域无线信号不稳定影响数据传输的问题，又能够提高电力输电线路的安全性、可靠性。

进一步的，步骤S2还包括：若杆塔的GPRS信号的强度高于设定阈值，则该杆塔的主处理器控制模块1控制GPRS无线传输模块3将处理后的数据传输给中心计算机，否则，判断所在ZigBee局域网中是否有GPRS信号强度达到设定阈值的杆塔，如果否，则标记、存储发送失败信息，以备查询；如果是，则由该杆塔发送数据信息。在运用ZigBee通信电路传输数据时，标志、记录Zigbee的通信链路，以备数据上行成功后，中心计算机按原路径返回确认信息。

作为本发明工作方法的一种改进，如图1、3所示，步骤S2还包括步骤S21：若杆塔的GPRS信号的强度低于设定阈值，则依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，选择与该杆塔距离最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第一转发杆塔，并选择距离第一转发杆塔最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第二转发杆塔；

步骤S2还包括步骤S22：主处理器控制模块1控制Zigbee通信电路4将处理后的数据传输给第一转发杆塔，此时，若该第一转发杆塔的GPRS信号强度高于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块1控制GPRS无线传输模块3将接收的数据传输给中心计算机；若该第一转发杆塔的GPRS信号强度低于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块1控制Zigbee通信电路4将接收的数据传输给第二转发杆塔，通过第二转发杆塔将数据传输给中心计算机。

GPRS信号的强度随时变化，当数据通过Zigbee通信电路发送给第一转发杆塔时，第一转发杆塔的GPRS信号强度可能会变差，导致无法顺利向外发送，此时，本实施例中设置了第二转发杆塔，两个杆塔信号都变差的概率相对会较低，故能够较好的规避该问题。

进一步的，如果采用第一转发杆塔向中心计算机发送数据，则在发送成功后，由第一转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功消息；如果发送失败，则由第二转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功反馈信息或数据转发失败消息；如果第二转发杆塔发送失败，则数据来源杆塔重新采用上述方法(步骤S21和S22)向外发送。这样不仅可以节约传输时间，提高工作效率，而且可以扩大本发明工作方法的适用范围。

为了提高电力输电线路的安全性和可靠性，本发明的工作方法在步骤S2之后还包括步骤S3：当中心计算机接收到处理后的数据后，按原路向相应杆塔发送成功接收确认信号。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种输电线路杆塔检测数据传输装置，其特征在于，包括主处理器控制模块、GPRS场强测试电路、GPRS无线传输模块和Zigbee通信电路，其中：

所述GPRS场强测试电路用于测试GPRS信号的强度，并将相应数值传输至所述主处理器控制模块，所述主处理器控制模块的串行通信输出端连接所述GPRS无线传输模块和Zigbee通信电路；

所述主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块或Zigbee通信电路传输数据。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔检测数据传输装置，其特征在于，所述Zigbee通信电路为MESH网状传输。

3.根据权利要求2所述的输电线路杆塔检测数据传输装置，其特征在于，所述主处理器控制模块采用STM32系列芯片的Cortex内核，所述GPRS无线传输模块采用DATA-6102嵌入式模块，所述Zigbee通信电路采用CC2530芯片。

4.一种输电线路杆塔检测数据传输系统，包括杆塔和用于远程监控的中心计算机，每个杆塔上均设置有接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪，其特征在于，所述杆塔上还设置有权利要求1-3任一所述的输电线路杆塔检测数据传输装置，其中：

所述接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪、电池低温辅助加热装置和微气象测试仪分别连接所述输电线路杆塔检测数据传输装置的主处理器控制模块。

5.权利要求4所述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，其特征在于，包括：

步骤1：所述接地电阻测试仪、杆塔姿态检测仪和微气象测试仪分别采集所述杆塔的数据和状态，传输至所述主处理器控制模块进行处理；

步骤2：所述GPRS场强测试电路实时测试GPRS信号的强度，并将相应数值在所述ZigBee通信电路的局域网中传播，各主处理器控制模块动态记录各杆塔的GPRS信号强度状况；当GPRS信号的强度高于设定阈值时，杆塔的主处理器控制模块控制GPRS无线传输模块将处理后的数据传输给所述中心计算机，否则，依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，所述主处理器控制模块控制Zigbee通信电路将处理后的数据传输给局域网中GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔，然后由该杆塔将接收的数据传输给所述中心计算机。

6.根据权利要求5所述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，其特征在于，

所述步骤2还包括：若所述杆塔的GPRS信号的强度高于设定阈值，则该杆塔的主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块将处理后的数据传输给所述中心计算机，否则，判断所在ZigBee局域网中是否有GPRS信号强度达到设定阈值的杆塔，如果否，则标记、存储发送失败信息，以备查询；如果是，则由该杆塔发送数据信息。

7.根据权利要求6所述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，其特征在于，

所述步骤2还包括步骤21：若所述杆塔的GPRS信号的强度低于设定阈值，则依据实时记录的ZigBee局域网内各杆塔的GPRS信号强度状况，选择与该杆塔距离最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第一转发杆塔，并选择距离所述第一转发杆塔最近且GPRS信号强度高于设定阈值的杆塔为第二转发杆塔；

所述步骤2还包括步骤22：所述主处理器控制模块控制Zigbee通信电路将处理后的数据传输给所述第一转发杆塔，此时，若该第一转发杆塔的GPRS信号强度高于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块控制所述GPRS无线传输模块将接收的数据传输给所述中心计算机；若该第一转发杆塔的GPRS信号强度低于设定阈值，则该第一转发杆塔的主处理器控制模块控制所述Zigbee通信电路将接收的数据传输给所述第二转发杆塔，通过所述第二转发杆塔将数据传输给所述中心计算机。

8.根据权利要求7所述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，其特征在于，如果采用第一转发杆塔向所述中心计算机发送数据，则在发送成功后，由第一转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功消息，如果发送失败，则由第二转发杆塔向数据来源杆塔发送数据转发成功反馈信息或数据转发失败消息；如果第二转发杆塔发送失败，则数据来源杆塔重新采用上述方法向外发送。

9.根据权利要求5～8任一所述的输电线路杆塔检测数据传输系统的工作方法，其特征在于，所述步骤2之后还包括：

步骤3：当所述中心计算机接收到所述处理后的数据后，按原路向相应杆塔发送成功接收确认信号。