0、R12组成绿色指示灯电路，用于装置在正常情况下常亮指示。Atmegal6微处理器U3的40号(PAO)引脚通过端口“EN”连接到“次声波发生电路(图5)”，通过该端口控制次声波产生和关闭。Atmegal6微处理器U3的22~28号(PC0~PC6)引脚连接到NRF903无线传输模块NI，控制其发射“开始计时标志信号”给接收装置。
[0046]图5为次声波发生模块电路图，次声波发生模块的主要功能是产生18Hz的次生波。该电路由555芯片U1，LM386功率放大芯片U2，电阻R1~R7，电容C1~C8，扬声器LSl组成。通过555芯片Ul,电阻RU R2、R3、R4、R5，电容Cl、C2、C3、C4、C5组成18Hz的正弦波发生电路，555芯片Ul的4号引脚通过端口 “EN”连接到“图4”中Atemegal6微处理器U3的40号引脚，该引脚为高电平时，正弦波产生，为低电平时，正弦波停止。上述产生的正弦波功率很小，还需要通过功率放大进行放大处理。LM386功率放大芯片U2，电阻R6、R7，电容C6、C7、C8组成功率放大电路，用于放大18Hz的正弦波信号，正弦波信号通过U2的3号引脚输入，由U2的5号引脚输出，输出的大功率正弦波信号通过一个电容C8去除掉直流偏置，然后驱动扬声器LSl，产生18Hz的次声波。
[0047]第一接收装置B内部结构示意图如图6。第一接收装置B主要原理就是NRF903无线传输模块接收到发射装置发射的开始计时标志信号，然后传送到自身的微处理器Atmegal6，Atmegal6开始计时，直到次声波接收器接收18Hz的次声波，停止计时，得到时间to从而算出发射装置到接收装置的距离t*340 (m)o
[0048]第二接收装置C内部结构示意图如图7。第二接收装置C与第一接收装置B的结构区别仅在于没有“GPRS移动通讯”部分。所以下面只对第一接收装置B的电路进行解释说明。
[0049]图8为第一接收装置B电路图，包括Atmegal6微处理器和NRF903无线传输电路。该电路与发射装置A的“Atmegal6微处理器和NRF903无线传输电路(图4)”的结构大部分相同，都包含复位按键电路、指示灯电路和NRF903无线传输模块。图8与图5的区别在于，图8中Atmegal6微处理器U4不需要控制次声波电路，而是需要接受次声波信号，如Atmegal6微处理器U4的3号引脚通过接口 INT连接到“次声波接受电路(图9)”，当“次声波接受电路”接受到18Hz的次声波时，会将正弦的次声波信号转换成方波信号，通过端口INT传到Atmegal6微处理器U4中，U4通过检测到方波信号的高电平，判断次声波信号接受成功。还需要控制“GPRS移动通讯电路”，如Atmegal6微处理器U4的14、15、16好引脚通过端口 RXD、TXD、DI连接到“GPRS移动通讯电路(图10)”，通过该电路与电脑(监控中心)进行数据交换。
[0050]图9为次声波接收模块电路图。该电路的主要作用是接受18Hz的次声波，并将18Hz次声波转化成18Hz的方波信号，传送给图8中Atmegal6微处理器U4。该电路可分为次声波接受传感器电路、第一级放大电路、带通滤波电路、第二级放大电路、比较器电路五个部分。如:
[0051]I)、次声波接受传感器电路，包括电阻R21、R22、R23，电容Cll、C12和传感器LSI。该电路是给传感器施加电源激励。5V电源通过电阻R21、R22接到的正极，再通过传感器负极接R23到地。当传感器感受到次声波后，振动使其内部的电容值发生变化，然后传感器两端形成电流的充放电，从而产生电流信号。电容Cll与电阻R21组成简单50Hz电源滤波，减少纹波对信号的干扰。C12是隔直电容，用于将电流信号中的直流分量去除。
[0052]2)、第一级信号放大电路，包括AD620仪表放大器UA1，电阻R24。该电路的主要功能是将微弱的电流信号转换成幅值很大的电压信号，放大倍数可以达到1000倍而不会失真。
[0053]3)、带通滤波电路，包括6片0P37A运算放大器UBUUCl，电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32，电容C13、C14、C15、C16。该电路是50Hz~300Hz带通滤波器，主要滤除信号中干扰信号，提高信号的纯净度。通过滤波器出来的信号有两个去向，一个是直接通过端子Al的PAO的AD引脚，另一个送至比较电路。
[0054]4)、第二级信号放大电路，包括0P37A运算放大器UD1，电阻R33、R34、R35组成。该电路的主要功能是对滤波后的信号进行放大，因为滤波对信号有一定的衰减。
[0055]5)、比较电路，由三个LM393比较器UEl组成。每个比较器处理一路经放大滤波后的传感器信号，将信号整理成5V的方波信号。比较电路产生的方波信号通过INT端口送至图8中Atmegal6微处理器U3的3号引脚。
[0056]图10为GPRS移动通讯模块电路图。GPRS移动通讯电路的作用是将计算出来的弧垂等数据上传到电脑中。该电路由非门U5，串口转485芯片U6(SP3485)，USR-GPRS DTU-710移动通讯模块P1，电容C9、ClO组成。SP3485是协议转换芯片，将USART串行协议转换成RS485半双工协议，USR-GPRS DTU-710也移动通讯模块，可将RS485数据转换成GPRS无线数据发送处处。U6 (SP3485)的1、4号引脚(发送、接收)分别通过端口 RXD、TXD接到图8中Atmegal6微处理器U3的14、15号引脚(该引脚为Atmegal6微处理器的USART串行接口)。 U6 (SP3485)的2、3号引脚连接到非门U4的输入输出引脚，非门U4输入引脚通过端口 CRL连接到图8中Atmegal6微处理器U3的16号引脚。U6 (SP3485)的2、3号引脚为RS485半双工通讯收发功能的使能控制引脚。由于RS485是半双工通讯，收数据和发数据不能同时进行，所以采用非门电路U5，可使图8中Atmegaie微处理器U3只通过一个引脚就可以控制U6 (SP3485)的接收和发送功能切换使能，优化资源利用。U6 (SP3485)的6、7号引脚连接到USR-GPRSDTU-710移动通讯模块Pl的2、3号引脚，通过Pl的2、3两个引脚就可以将RS485数据转换到GPRS数据。完成数据传送。
【主权项】
1.基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，包括设置于输电线路(2)上的、位于线路最低处的发射装置A，安装在塔杆(I)上的第一接收装置B、第二接收装置C，其特征在于，所述发射装置A包括第一处理器模块，第一处理器模块连接第一无线传输模块、次声波发生丰吴块； 所述第一接收装置B包括第二处理器模块，第二处理器模块连接第二无线传输模块、第一次声波接收模块、GPRS移动通讯模块； 所述第二接收装置C包括第三处理器模块，第三处理器模块连接第三无线传输模块、 第二次声波接收模块。
2.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，次声波发生模块用于产生18HZ的次声波，该次声波发生模块包括555芯片Ul、功率放大芯片U2、电阻R1~R7、电容Cl~ C8、扬声器LXSl，555芯片U1、电阻R1~R5、电容Cl~ C5连接组成18HZ的正弦波发生电路；功率放大芯片U2、电阻R6、电阻R7、电容C6~ C8连接组成功率放大电路，该功率放大电路用于放大18HZ的正弦波信号，放大18HZ的正弦波信号驱动扬声器LXSl产生18HZ的次声波。
3.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第一次声波接收模块接收到18HZ的次声波时，将正弦的次声信号转换为方波信号，方波信号传输到第二处理器模块中，第二处理器模块检测到方波信号的高电平，判断次声信号接受成功。
4.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第一次声波接收模块、第二次声波接收模块均包括依次连接的:次声波接受传感器电路、第一级放大电路、带通滤波电路、第二级放大电路、比较器电路。
5.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述GPRS移动通讯模块连接监控中心，第二处理器模块通过GPRS移动通讯模块与监控中心进行数据交换。
6.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第一处理器模块连接外围指示灯电路，外围指示灯电路包括电阻R9、三极管Q1、电阻R11、发光二极管Dl依次连接构成的红色指示灯电路；以及电阻R10、三极管Q2、电阻R12、发光二极管D2依次连接构成的绿色指示灯电路。
7.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第二处理器模块连接外围指示灯电路，外围指示灯电路包括电阻R13、三极管Q3、电阻R14、发光二极管D3依次连接构成的红色指示灯电路；以及电阻R15、三极管Q4、电阻R16、发光二极管D4依次连接构成的绿色指示灯电路。
8.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第一处理器模块、第二处理器模块、第三处理器模块均为Atmegal6微处理器。
9.根据权利要求1所述基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，其特征在于，所述第一无线传输模块、第二无线传输模块、第三无线传输模块均为NRF903无线传输模块。
【专利摘要】基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，包括设置于输电导线上的、位于线路最低处的发射装置A，安装在塔杆上的第一接收装置B、第二接收装置C，所述发射装置A包括第一处理器模块，第一处理器模块连接第一无线传输模块、次声波发生模块。所述第一接收装置B包括第二处理器模块，第二处理器模块连接第二无线传输模块、第一次声波接收模块、GPRS移动通讯模块。所述第二接收装置C包括第三处理器模块，第三处理器模块连接第三无线传输模块、第二次声波接收模块。本实用新型能实时监测高压输电线路的弧垂变化，并能将监测数据传输到后台监测中心，确保电力线路安全运行。
【IPC分类】G01B17-00
【公开号】CN204495306
【申请号】CN201520226610
【发明人】徐浩, 张昭, 张坤, 王楚雄, 周晓霞, 甘齐峰, 李廷
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月15日