CN211012937U - 基于mems传感器的杆塔倾斜度无线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统属于杆塔倾角监测领域，采用的技术方案：包括微处理器模块、运动传感器模块、无线传输模块、电池模块、转换模块以及主控电脑，利用BMI160模块、AK8963模块负责姿态采集，传输给STM32F103CT86微处理器模块，在单片机内部对数据进行状态估算、动力学解算、数字滤波、卡尔曼滤波，单片机对数据进行解算后，利用无线串口通信模块将数据上传到主控电脑。
Description
技术领域
本实用新型属于杆塔倾角监测领域，特别是涉及一种基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统。
背景技术
高压输电线路是我国经济发展和建设的重要部分，输电线路杆塔是高压输电线路上特别重要的建筑。高压电塔重心高、底部面积小，因此容易发生歪斜。其主要损坏现象体现为电塔歪斜、移动和因此引发导线距离地表的安全距离和导线张力的变化等其他现象。并且杆塔的移动和变形被底部和高压线限制。电力铁塔是高电压架空输电线路的基础设施。对电力铁塔进行倾斜监测来保证线路的安全在电力线路工作、保护中有重要意义。电力铁塔比较特殊，杆塔高难以攀登而且塔的形状不统一，由此电力铁塔的倾斜度测量必须根据现场状况采取合适的办法。
目前国家电网正在推广“共享铁塔”，即在电力杆塔上加装移动天线等通讯设备，将通讯设备加装在输电线路上，使电力线路资源获得再次利用和。这对于未来将杆塔倾斜检测联入网络起到强大的推进作用。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，旨在提供一种基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，本系统整体体积小，精度高，内置高分子锂电池，通过该系统，可以远程实时监控，克服了传统检查。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，包括微处理器模块、运动传感器模块、无线传输模块、电池模块、转换模块以及主控电脑，运动传感器模块与微处理器模块电连接并将检测到的姿态数据传输到微处理模块，微处理模块与无线传输模块电连接，微处理模块将接收到的姿态数据进行解算后传输到无线传输模块，无线传输模块通过转换模块与主控电脑连接，无线传输模块将接收的数据通过转换模块传输到主控电脑，电池模块与微处理模块电连接为微处理模块提供电源。
所述运动传感器模块包括BMI160和AK8963，BMI160是惯性测量单元（IMU），用先进的3轴低重力加速度传感器和3轴陀螺仪传感器构成；AK8963是3轴电子罗盘IC，其内部应用了高灵敏度的霍尔传感器技术，超小型封装的AK8963集成磁传感器，可用于检测X轴，Y轴和Z轴的地磁。
所述电池模块采用太阳能层压板并联后与锂电池串联。用4块5v-450ma 太阳能层压板并联，阳光直射能输出5.3、1.7A，普通光照下输出5.1V，0.5A。锂电池选用了4块5000mAh锂电池串联。能保证阴雨天正常工作。
所述无线传输模块采用正点原子的ATK-LORA-01_V2.0。ATK-LORA-01模块的工作温度为-40~+85℃。模块内置看门狗，永不死机，保证长期工作的稳定性。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
本实用新型选用STM32F103CT86为控制器，以BMI160、AK8963为传感器，STM32通过四元数卡尔曼滤波算法对传感器数据进行解算、融合，得到杆塔的倾斜角。整体的安装固定方法简单，成本低。本产品大范围推广，挽回的损失足以抵消成本，随着时间的积累，挽回的损失将远大于成本，并且会带来不可估量的经济效益。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1为微处理器模块，2为运动传感器模块，3为无线传输模块，4为电池模块，5为转换模块，6为主控电脑。
具体实施方式
如图1所示，基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，包括微处理器模块1、运动传感器模块2、无线传输模块3、电池模块4、转换模块5以及主控电脑6，运动传感器模块2与微处理器模块1电连接并将检测到的姿态数据传输到微处理模块，微处理模块与无线传输模块3电连接，微处理模块将接收到的姿态数据进行解算后传输到无线传输模块3，无线传输模块3通过转换模块5与主控电脑6连接，无线传输模块3将接收的数据通过转换模块5传输到主控电脑6，电池模块4与微处理模块电连接为微处理模块提供电源。
本实用新型的杆塔倾斜监测系统的BMI160模块、AK8963模块负责姿态采集，传输给STM32F103CT86微处理器模块1，在单片机内部对数据进行状态估算、动力学解算、数字滤波、卡尔曼滤波，单片机对数据进行解算后，利用无线串口通信模块将数据上传到主控电脑6。
运动传感器模块包括BMI160和AK8963，BMI160是惯性测量单元（IMU），用先进的3轴低重力加速度传感器和3轴陀螺仪传感器构成；AK8963是3轴电子罗盘IC，其内部应用了高灵敏度的霍尔传感器技术，超小型封装的AK8963集成磁传感器，可用于检测X轴，Y轴和Z轴的地磁。
电池模块4采用太阳能层压板并联后与锂电池串联。用4块5v-450ma 太阳能层压板并联，阳光直射能输出5.3、1.7A，普通光照下输出5.1V，0.5A。锂电池选用了4块5000mAh锂电池串联。能保证阴雨天正常工作。
无线传输模块3采用正点原子的ATK-LORA-01_V2.0。ATK-LORA-01模块的工作温度为-40~+85℃。模块内置看门狗，永不死机，保证长期工作的稳定性。
本实用新型利用加速度计测量加速度。陀螺仪利用科里奥利力的原理来检测角速度。利用三轴电子罗盘IC测得磁场矢量值，进行姿态角解算，通过基于四元数的卡尔曼滤波算法数据融合，得到杆塔的倾斜角，通过无线通信系统实现对杆塔的远程监控。
上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，其特征在于：包括微处理器模块（1）、运动传感器模块（2）、无线传输模块（3）、电池模块（4）、转换模块（5）以及主控电脑（6），运动传感器模块（2）与微处理器模块（1）电连接并将检测到的姿态数据传输到微处理模块，微处理模块与无线传输模块（3）电连接，微处理模块将接收到的姿态数据进行解算后传输到无线传输模块（3），无线传输模块（3）通过转换模块（5）与主控电脑（6）连接，无线传输模块（3）将接收的数据通过转换模块（5）传输到主控电脑（6），电池模块（4）与微处理模块电连接为微处理模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，其特征在于：所述运动传感器模块（2）包括BMI160和AK8963，BMI160用于由低重力加速度传感器和3轴陀螺仪传感器构成，AK8963集成磁传感器，可用于检测X轴，Y轴和Z轴的地磁。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，其特征在于：所述电池模块（4）采用太阳能层压板并联后与锂电池串联。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的杆塔倾斜度无线监测系统，其特征在于：所述无线传输模块（3）采用正点原子的ATK-LORA-01_V2.0。
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| CN202020061983.0U CN211012937U (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 基于mems传感器的杆塔倾斜度无线监测系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113340305A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-03 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于mems的液压支架姿态监测方法 |
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2020
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