CN112197858A - 一种适用于特高压导线的舞动检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于特高压导线的舞动检测仪，涉及特高压输电线路舞动监测技术领域，包括STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片；STM32L5主芯片用于对MEMS加速度传感器采集的导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度进行处理，得出舞动的振幅和频率；加密芯片用于对STM32L5主芯片发送的振幅和频率进行加密；Semtech LoRa芯片用于接收加密后的振幅和频率，并将加密后的振幅和频率发送至数据接收基站。本发明在保持低功耗的同时还能够提高数据采集精度和数据安全性。

Description

一种适用于特高压导线的舞动检测仪

技术领域

本发明涉及特高压输电线路舞动监测技术领域，特别是涉及一种适用于特高压导线的舞动检测仪。

背景技术

随着特高压电网的广泛兴建，输电线路的运行管理越来越复杂，导线舞动事故的发生也日益频繁。舞动常引起导线断股、断线、金具严重磨损、脱落、杆塔倾倒、线路跳闸等严重事故，容易造成电网大面积停电，给电网运行造成重大经济损失。为了及时掌握架空输电线路导线的运动变化情况，须在易发生舞动区域相关线路上部署导线舞动检测仪，实时采集导线舞动数据。通过输电线路舞动检测仪检测数据，对重要线路，特殊线路的导线舞动现象进行实时监测，为线路巡检人员提供输电线路运行信息。由于特高压输电线路的相邻铁塔之间档距较长，舞动检测仪却需要均匀安装在档距之间，为便于施工人员安装，保证检测仪的检测准确度，舞动检测仪的电池容量受到极大限制，因此具有无线传输、超低功耗特点的物联网技术被广泛应用于电力设备的监测中。

目前，常用的舞动监测方法主要有基于位移传感器、加速度传感器的导线舞动监测装置，传统的基于差分GPS的输电线路舞动监测方法，基于无线GSM传输模块的导线舞动信息数据的监测系统，还有基于视频分析技术的导线舞动在线监测系统，或者采用分布式光纤传感器测得线路动态；参考文献“黄新波,赵隆,周柯宏等.采用惯性传感器的输电导线舞动监测系统[J].高电压技术.2014,05(05):1312-1319”中，对舞动监测系统的硬件设计和舞动定位算法进行了详细分析，提出一种惯性传感器的输电导线舞动监测系统。

经市场调研发现，现存的舞动检测仪存在以下诸多不足之处，比如检测仪电源供给不稳定，系统功耗高，往往三年左右就需要更换电池，造成巡检人员劳动强度高，现场安装施工成本高；检测仪本身重量大，对导线连接处有磨损；舞动检测仪采集精度不够，只采集XY轴方向的数据；舞动检测仪数据采集、传输过程中数据没有加密，无法接入电力专网，存在数据安全风险问题。近几年随着电力物联网的推广，对设备的功耗、数据采集精度、数据安全等要求更加严格，具体为：对设备的功耗提出更高要求，使用寿命要求提高到十年以上，因此必须进行低功耗设计；对数据精度提出新的要求，要求导线舞动数据需要采集Z轴方向；检测仪的采集数据必须进行加密处理，才可以接入电力专网。因此，本领域亟需一种新型舞动检测仪以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于特高压导线的舞动检测仪，在保持低功耗的同时还能够提高数据采集精度和数据安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种适用于特高压导线的舞动检测仪，所述检测仪包括STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和SemtechLoRa芯片；

所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述SemtechLoRa芯片均与所述STM32L5主芯片连接；

所述STM32L5主芯片用于发送采集指令给所述MEMS加速度传感器，以使所述MEMS加速度传感器根据所述采集指令采集导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度；

所述STM32L5主芯片还用于对所述MEMS加速度传感器采集的导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度进行处理，得出舞动的振幅和频率；

所述加密芯片用于对所述STM32L5主芯片发送的所述振幅和频率进行加密，并将加密后的振幅和频率发送至所述STM32L5主芯片；

所述SemtechLoRa芯片用于接收所述STM32L5主芯片发送的所述加密后的振幅和频率，并将所述加密后的振幅和频率发送至数据接收基站。

可选的，所述STM32L5主芯片具体包括：

加速度处理单元，用于分别对X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度进行初始标定、对准，得到载体坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度；

角加速度处理单元，用于分别对X方向上的角加速度、Y方向上的角加速度和Z方向上的角加速度进行初始标定、对准后，采用四元素算法得到地理坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度；

融合单元，用于分别对所述载体坐标系下的X方向上的加速度和所述地理坐标系下的X方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Y方向上的加速度和所述地理坐标系下的Y方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Z方向上的加速度和所述地理坐标系下的Z方向上的加速度进行融合，得到地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度；

均值滤波单元，用于分别对所述地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行均值滤波和最小二乘法处理，得到均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度；

第一次积分单元，用于分别对所述均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行第一次积分处理，得到X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度；

第二次积分单元，用于分别对所述X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度进行最小二乘法和第二次积分处理，得到X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值；

傅里叶变换单元，用于分别对所述X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值进行快速傅里叶变换，得到X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值。

可选的，所述STM32L5主芯片还包括：

互补滤波单元，用于采用互补滤波算法分别对所述X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值进行筛选，得到符合筛选条件的X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值；所述筛选条件为根据所述互补滤波算法确定的频率和幅值范围。

可选的，所述检测仪还包括电源转换芯片和高能胶体电池；

所述高能胶体电池与所述电源转换芯片连接；所述电源转换芯片分别与所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述Semtech LoRa芯片连接；所述高能胶体电池通过所述电源转换芯片分别为所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述Semtech LoRa芯片供电。

可选的，所述检测仪还包括外壳和防松螺栓；

所述外壳包括上、下两个半球形外壳，所述上半球形外壳为中空结构；所述上半球形外壳上设置有所述高能胶体电池和所述电源转换芯片；所述下半球形外壳内部设置有电路板；所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器和所述加密芯片均集成在所述电路板上；所述SemtechLoRa芯片设置于所述下半球形外壳上；所述防松螺栓用于将所述上半球形外壳和所述下半球形外壳固定在导线上；所述外壳的材质为金属。

可选的，所述加密芯片的型号为NRSEC3000。

可选的，所述SemtechLoRa芯片的型号为SX1262LoRa。

可选的，所述MEMS加速度传感器为ADXL357三轴MEMS加速度计。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的适用于特高压导线的舞动检测仪，首次将STM32L5系列低功耗芯片应用于舞动检测仪，可以保持舞动检测仪的低功耗，大大延长舞动检测仪的使用寿命；利用MEMS加速度传感器首次采集Z轴方向上的加速度和角速度，也就是说采集XYZ三个方向上的加速度和角加速度六个参数，相比于ADXL204CE双轴加速度传感器只能采集X和Y两个方向上的加速度和角加速度四个参数而言，本发明采用MEMS加速度传感器提高了数据采集精度；STM32L5主芯片对XYZ三个方向上的加速度和角加速度分别进行处理后得到XYZ三个方向上的导线舞动数据，并按照国家电网要求，首次将加密芯片应用于舞动检测仪，对XYZ三个方向上的导线舞动数据进行加密处理，将加密后的数据经过LoRa芯片发送到数据接收基站，提高了数据安全性。该舞动检测仪现场安装方便，系统具有超低功耗，舞动检测仪数据采集精度高，数据传输距离远，符合国家电网相关安全标准。

附图说明

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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例1的内部电路板结构示意图；

图2为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例1的外部结构示意图；

图3为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例2的组成结构示意图；

图4为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例2中舞动定位算法的流程示意图；

图5为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例2中互补滤波算法的流程示意图；

图6为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例2中数据加密流程示意图；

图7为本发明舞动检测仪的应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种适用于特高压导线的舞动检测仪，在保持低功耗的同时还能够提高数据采集精度和数据安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

图1为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例1的内部电路板结构示意图，图2为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例1的外部结构示意图，图2中(a)部分为检测仪未打开示意图，图2中(b)部分为检测仪打开示意图。参见图1和图2，该适用于特高压导线的舞动检测仪包括STM32L5主芯片101、MEMS加速度传感器102、加密芯片103和SemtechLoRa芯片104。所述加密芯片103的型号为NRSEC3000。所述SemtechLoRa芯片104的型号为SX1262LoRa。所述MEMS加速度传感器102为ADXL357三轴MEMS加速度计。

所述MEMS加速度传感器102、所述加密芯片103和所述SemtechLoRa芯片104均与所述STM32L5主芯片101连接。

所述STM32L5主芯片101用于发送采集指令给所述MEMS加速度传感器102，以使所述MEMS加速度传感器102根据所述采集指令采集导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度。

所述STM32L5主芯片101还用于对所述MEMS加速度传感器102采集的导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度进行处理，得出舞动的振幅和频率。

所述STM32L5主芯片101具体包括：

加速度处理单元，用于分别对X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度进行初始标定、对准，得到载体坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度。

角加速度处理单元，用于分别对X方向上的角加速度、Y方向上的角加速度和Z方向上的角加速度进行初始标定、对准后，采用四元素算法得到地理坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度。

融合单元，用于分别对所述载体坐标系下的X方向上的加速度和所述地理坐标系下的X方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Y方向上的加速度和所述地理坐标系下的Y方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Z方向上的加速度和所述地理坐标系下的Z方向上的加速度进行融合，得到地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度。

均值滤波单元，用于分别对所述地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行均值滤波和最小二乘法处理，得到均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度。

第一次积分单元，用于分别对所述均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行第一次积分处理，得到X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度。

第二次积分单元，用于分别对所述X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度进行最小二乘法和第二次积分处理，得到X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值。

傅里叶变换单元，用于分别对所述X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值进行快速傅里叶变换，得到X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值。

所述STM32L5主芯片101还包括：

互补滤波单元，用于采用互补滤波算法分别对所述X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值进行筛选，得到符合筛选条件的X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值；所述筛选条件为根据所述互补滤波算法确定的频率和幅值范围。

所述加密芯片103用于对所述STM32L5主芯片101发送的所述振幅和频率进行加密，并将加密后的振幅和频率发送至所述STM32L5主芯片101。

所述SemtechLoRa芯片104用于接收所述STM32L5主芯片101发送的所述加密后的振幅和频率，并将所述加密后的振幅和频率发送至数据接收基站。

所述检测仪还包括电源转换芯片和高能胶体电池201。所述高能胶体电池201通过所述电源转换芯片给舞动检测仪各部分电子器件提供电源。

所述高能胶体电池201与所述电源转换芯片连接；所述电源转换芯片分别与所述STM32L5主芯片101、所述MEMS加速度传感器102、所述加密芯片103和所述SemtechLoRa芯片104连接；所述高能胶体电池201通过所述电源转换芯片分别为所述STM32L5主芯片101、所述MEMS加速度传感器102、所述加密芯片103和所述SemtechLoRa芯片104供电。所述高能胶体电池201是12V电压，通过电源转换芯片转换出3.3V电源给所述STM32L5主芯片101供电，转换出5V电源给所述MEMS加速度传感器102、所述加密芯片103供电。

所述检测仪还包括外壳202和防松螺栓203。

所述外壳202包括上、下两个半球形外壳，所述上半球形外壳为中空结构；所述上半球形外壳上设置有所述高能胶体电池201和所述电源转换芯片；所述下半球形外壳内部设置有电路板；所述STM32L5主芯片101、所述MEMS加速度传感器102和所述加密芯片103均集成在所述电路板上；所述Semtech LoRa芯片104设置于所述下半球形外壳上；所述SemtechLoRa芯片104自身包含有天线模块，即LoRa天线，LoRa天线用于和基站通信，所述SemtechLoRa芯片104通过它的天线将数据发送出去；所述防松螺栓203用于将所述上半球形外壳和所述下半球形外壳固定在导线上；所述外壳202的材质为金属，具体的，所述外壳202采用铝合金材质。

实施例2：

图3为本发明适用于特高压导线的舞动检测仪实施例2的组成结构示意图。参见图3，该适用于特高压导线的舞动检测仪主要由STM32L5主芯片、高能胶体电池、MEMS加速度传感器、加密模块(加密芯片)和SemtechLoRa模块(Lora芯片)组成。

为有效降低系统功耗，延长电池使用寿命，在低功耗STM32L5主芯片上移植RT-Thread物联网操作系统，即根据使用的芯片型号，修改RT-Thread系统的BSP文件、驱动文件、系统启动文件等代码，根据设备开发要求，对RT-Thread内核代码进行裁剪，去掉不需要的组件。STM32L5主芯片利用RT-Thread物联网操作系统可以灵活设置各任务启动、关闭和配置采样周期，开启任务调度、定时器设置、信号量通信，在非测量时间舞动监测仪关闭各任务，进入低功耗休眠状态。通过RT-Thread物联网操作系统，STM32L5主芯片可以在有效降低系统功耗，延长电池使用寿命的基础上达到使用操作系统的效果，通过使用RT-Thread物联网操作系统，能够对多任务进行有效控制调度，对系统任务进行管理，对任务操作进行优化。

图3中，电源控制部分为STM32L5主芯片内的程序，无实际器件，即利用RT-Thread多任务操作系统，在非测量时间关闭非必要任务以及电子器件的电源，进入系统低功耗状态；采集时间到，打开电子器件的电源，开启系统各任务，进入工作状态；根据任务设计，对检测仪设备的电源进行调节控制，降低系统功耗。

舞动数据的采集使用MEMS加速度传感器，MEMS加速度传感器测量导线在XYZ三个方向上的加速度值和角加速度值，发送给低通滤波器滤波，滤波后的数据再通过SPI1接口发送给STM32L5主芯片，STM32L5主芯片对滤波后的数据采用二次积分算法、数据矫正、快速傅里叶变换(FFT)后，得出舞动的振幅、频率参数。

考虑到输电线路野外环境十分恶劣复杂，为实现舞动参数的精确测量，采用ADXL357模块，即ADXL357三轴MEMS加速度计，作为MEMS加速度传感器测量舞动参数，ADXL357三轴MEMS加速度计体积小巧，集成度高，功耗低，最小仅需200uA的电流，是要求超低功耗的舞动检测仪的理想选择。导线舞动属于低频率、大振幅，其舞动幅度为0-10m，频率为0.1-5Hz。

ADXL357模块通过SPI1接口，即STM32L5主芯片的SPI1接口，与STM32L5主芯片通讯，ADXL357模块收到主芯片发送的采集指令便开始采集XYZ轴加速度值和角加速度值，利用低通滤波器去除不符合条件的噪声；STM32L5主芯片采用舞动定位算法对采集到的角速率值，即XYZ三个方向的角速度值，进行数据处理，消除趋势项和直流分量，得到载体坐标下的加速度值，将载体坐标系下的加速度经姿态变换转换成地理坐标系下的值，利用时域积分将加速度值转换为位移值，对位移值经过快速傅里叶变换(FFT)得到舞动位移特征值，即舞动频率和幅值。舞动定位算法的流程示意图如图4所示，XYZ三个方向上的加速度和角加速度经过初始标定后，角加速度经过四元素算法得到地理坐标系下的加速度，该地理坐标系下的加速度和载体坐标系下的加速度融合后得到地理坐标系下的加速度值，经过均值滤波去除不合理数据，经过第一次积分得到速度值，再经过最小二乘法和第二次积分，得到位移值，最后经过快速傅里叶变换(FFT)得到舞动频率和幅值。由于受到外部机械振动和电磁环境影响，MEMS陀螺输出数据漂移较大，导致陀螺积分分解算出的姿态角误差会随着时间累计增长，因此STM32L5主芯片需要对对采集到的加速度值通过基于陀螺和加速度计的互补滤波算法实现消除累计误差，进而提高采集精度。互补滤波算法的流程示意图如图5所示，采用MEMS输出的角速度通过积分解算得到姿态角，但由于周围环境以及MEMS传感器自身的原因，角速度计积分出来的角度误差会随时间累积，长时间可能引起严重的角度偏移；根据加速度计的输出计算出物体在重力场中的倾角，这种计算倾角的方法虽然易受物体运动加速度的影响，但没有累积误差，尤其当物体加速运动不是很显著的情况下精度较高，可以用来对角度进行纠正。所以陀螺和加速度计这两个传感器正好可以弥补相互的缺点。

所述舞动位移特征值经过频率响应校正后，经SPI2口传输给加密模块进行加密，为保证数据传输的安全性，将舞动数据，即舞动的振幅、频率参数经过加密后再通过LoRa芯片发送到数据接收基站。随着针对智能电网通信报文攻击的频发，输电线路监测设备的通信数据安全问题已成为当下物联网设备开发必须解决的问题之一。国家电力调度通信中心要求输变电设备采用基于调度证书的非对称密钥算法实现控制命令以及参数设置指令的单向认证与报文完整性保护。本实施例的舞动检测仪采用南瑞集团加密芯片对舞动数据进行加密，主芯片STM32L5首先通过SPI1接收MEMS加速度传感器ADXL357采集的舞动数据，主芯片再将舞动数据传递给加密芯片，采用基于ECC的SM2算法运算库对舞动数据进行加密处理，然后将数据传回主芯片，最后主芯片将加密后的舞动数据通过SemtechLoRa芯片发送到数据接收基站。舞动检测仪的数据加密流程示意图如图6所示。

最后将加密后的数据经过LoRa模块发送到数据接收基站；布置在后台服务器上的在线监测专家系统，结合气象、线温、振动等数据，对舞动数据进行分析，为舞动现象的发生提供有效预警。相对于2.4G、ZigBee、WiFi或者蓝牙等传统无线通讯方式，LoRa通信模块(LoRa模块)采用的低功耗广域物联网(LPWAN)是一种物联网网络层技术。它面向物联网技术中传输范围广和传输信息量少的应用终端，同时还具有低功耗、远距离、高可靠无线通信等优点。考虑到舞动检测仪是安装在输电导线上，其数据传输量小，且必须确保其具有超低功耗特点，综合以上考虑，选用Semtech公司生产的SX1262LoRa芯片，用于实现舞动检测仪与远端的LoRa网关进行数据通信，其发射功率可调，最大传输距离可以达到30公里，发射电流最大120mA，电池续航时间长达10年以上。

图7为本发明舞动检测仪的应用示意图。参见图7，舞动检测仪5个为一组(图中只示出3个)，安装在输电线路铁塔的档距之间。输电导线长期处于高压、高温、潮湿等复杂环境中，为有效防止尖端放电，舞动检测仪外壳采用圆弧设计，为有效防止电磁干扰，舞动检测仪电气部分采用金属外壳屏蔽。

本发明设计研发的基于物联网技术的新型特高压导线舞动检测仪，具有如下优点：一、采用STM32L5系列低功耗芯片，移植完全自主开发的国产物联网操作系统RT-Thread，管理舞动检测仪各任务启动、关闭和配置采样周期，实现了超低功耗设计，极大降低了系统的功耗，检测仪电池的使用寿命达到10年以上；二、采用三轴MEMS加速度传感器，采集XYZ三个方向的加速度和角速度数据(舞动参数)，提高了舞动数据的采集计算精度；三、搭建舞动测试平台，对舞动检测仪的可行性和数据准确性进行了测试，测量数据精度达到国家电网企业标准所规定的架空输电线路在线监测要求；四、采用南瑞集团研发的加密芯片，保障了舞动检测仪采集数据的安全性。该舞动检测仪经过浙江舟山现场实际运行测试，证明其采集数据精度高，舞动现象检测数据准确、提高了输电线路运行管理的效率和智能化水平。

相比于现有的舞动检测仪，本发明公开的适用于特高压导线的舞动检测仪，其有益效果在于：1、采用了超低功耗设计，即采用STM32L5系列低功耗芯片，移植物联网操作系统RT-Thread，管理舞动检测仪各任务启动、关闭和配置采样周期，极大降低了系统的功耗，舞动检测仪电池的使用寿命可达到10年以上，解决了传统舞动检测仪功耗大、使用寿命短、维护成本高的难题。此外，使用国产物联网操作系统RT-Thread，便于后期设备升级管理以及对舞动检测仪工作任务进行管理。2、采用三轴MEMS加速度传感器，采集XYZ三个方向的加速度和角速度数据，提高了舞动数据的采集计算精度，解决了舞动检测仪对舞动现象判定不准确的问题。3、采用全新LoRa模块，其发射功率可调，有效降低了数据收发功耗，扩大了传输距离，其最大传输距离可以达到30公里。4、采用南瑞集团研发的加密芯片对舞动数据按照国家电网要求进行加密处理，有效提高了舞动检测仪数据采集、数据传输的安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述检测仪包括STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片；

所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述Semtech LoRa芯片均与所述STM32L5主芯片连接；

所述STM32L5主芯片用于发送采集指令给所述MEMS加速度传感器，以使所述MEMS加速度传感器根据所述采集指令采集导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度；

所述STM32L5主芯片还用于对所述MEMS加速度传感器采集的导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度进行处理，得出舞动的振幅和频率；

所述加密芯片用于对所述STM32L5主芯片发送的所述振幅和频率进行加密，并将加密后的振幅和频率发送至所述STM32L5主芯片；

所述Semtech LoRa芯片用于接收所述STM32L5主芯片发送的所述加密后的振幅和频率，并将所述加密后的振幅和频率发送至数据接收基站。

2.根据权利要求1所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述STM32L5主芯片具体包括：

加速度处理单元，用于分别对X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度进行初始标定、对准，得到载体坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度；

角加速度处理单元，用于分别对X方向上的角加速度、Y方向上的角加速度和Z方向上的角加速度进行初始标定、对准后，采用四元素算法得到地理坐标系下的X方向上的加速度、Y方向上的加速度和Z方向上的加速度；

融合单元，用于分别对所述载体坐标系下的X方向上的加速度和所述地理坐标系下的X方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Y方向上的加速度和所述地理坐标系下的Y方向上的加速度进行融合、对所述载体坐标系下的Z方向上的加速度和所述地理坐标系下的Z方向上的加速度进行融合，得到地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度；

均值滤波单元，用于分别对所述地理坐标系下的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行均值滤波和最小二乘法处理，得到均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度；

第一次积分单元，用于分别对所述均值滤波后的X方向上的总加速度、Y方向上的总加速度和Z方向上的总加速度进行第一次积分处理，得到X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度；

第二次积分单元，用于分别对所述X方向上的速度、Y方向上的速度和Z方向上的速度进行最小二乘法和第二次积分处理，得到X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值；

傅里叶变换单元，用于分别对所述X方向上的位移值、Y方向上的位移值和Z方向上的位移值进行快速傅里叶变换，得到X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值。

3.根据权利要求2所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述STM32L5主芯片还包括：

互补滤波单元，用于采用互补滤波算法分别对所述X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值进行筛选，得到符合筛选条件的X方向上舞动的频率和幅值、Y方向上舞动的频率和幅值和Z方向上舞动的频率和幅值；所述筛选条件为根据所述互补滤波算法确定的频率和幅值范围。

4.根据权利要求1所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括电源转换芯片和高能胶体电池；

所述高能胶体电池与所述电源转换芯片连接；所述电源转换芯片分别与所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述Semtech LoRa芯片连接；所述高能胶体电池通过所述电源转换芯片分别为所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器、所述加密芯片和所述Semtech LoRa芯片供电。

5.根据权利要求4所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括外壳和防松螺栓；

所述外壳包括上、下两个半球形外壳，所述上半球形外壳为中空结构；所述上半球形外壳上设置有所述高能胶体电池和所述电源转换芯片；所述下半球形外壳内部设置有电路板；所述STM32L5主芯片、所述MEMS加速度传感器和所述加密芯片均集成在所述电路板上；所述Semtech LoRa芯片设置于所述下半球形外壳上；所述防松螺栓用于将所述上半球形外壳和所述下半球形外壳固定在导线上；所述外壳的材质为金属。

6.根据权利要求1所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述加密芯片的型号为NRSEC3000。

7.根据权利要求1所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述SemtechLoRa芯片的型号为SX1262 LoRa。

8.根据权利要求1所述的适用于特高压导线的舞动检测仪，其特征在于，所述MEMS加速度传感器为ADXL357三轴MEMS加速度计。

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