输电杆塔在线监测系统的制作方法
【专利摘要】输电杆塔在线监测系统，涉及输电杆塔在线监测领域。它是为了解决现有采用有线方式的输电杆塔监测设易受线路上的强电信号干扰、智能化程度低的问题。它通过N个杆塔监测单元进行多点数据采集，数据包括杆塔监测节点的倾斜值、微波值、导线拉力值和振动值然后以无线的方式发送给杆塔监测主单元，杆塔监测主单元监测N个杆塔监测单元和杆塔监测主单元所在区域的温湿度、风速、风向、雨量、气压和日照度，并综合进行数据处理，最后通过GPRS无线通信的方式传送给监控中心及与能够与监控中心通信各移动终端。本发明适用于输电杆塔在线监测。
【专利说明】输电杆塔在线监测系统【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及输电杆塔在线监测领域。
【背景技术】
[0002]随着科技进步及社会的现代化发展，人民生活质量与需求不断的提高，用电量也随之大幅提升。然而，雨雪、大风等自然灾害以及土层塌陷、工程施工、人为破坏等原因却经常造成输电杆塔发生倾斜，导致输电线路中断等事故发生，严重影响了国防、工农业生产与日常生活。并且输电线路极易受区域内的气象环境影响造成线路中断。电力系统现多采用单一的人工巡查，将耗费大量的人力物力资源，而且受到地域影响有些杆塔问题不能被及时发现，存在着重大安全隐患。
[0003]申请号为01108169.4的中国专利公开了一种采用信号有线传输方式，但这种传输方式简单，易受线路上强电信号干扰，成本较高。
[0004]申请号为201220335656.5的中国专利公开了一种监测杆塔状态技术，但其只能监测杆塔状态，监测功能单一，智能化程度低。
[0005]申请号为201020547732.X的中国专利公开了一种杆塔故障信号接力传递装置，未采用ZigBee技术。
[0006]申请号为201020202730.7的中国专利公开了一种输电线路在线监测装置采用单片机加ZigBee模块的方式，成本较高，功耗较大。
[0007]但后两种方案对于输电杆塔监测线路上的强电信号抗干扰能力也较低。
[0008]并且现有产品多采用·电池供电或固定太阳能电池板供电，没有采用光跟踪技术，太阳能利用率低，并且功耗较大。以及，现有产品不能准确判断断线位置，不能监测人员攀配情况。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决现有方式中对于输电杆塔监测线路上的强电信号抗干扰能力低、智能化程度低的问题，从而提供输电杆塔在线监测系统。
[0010]输电杆塔在线监测系统，它包括N个杆塔监测单元1、杆塔监测主单元、监控中心3和电源模块#为正整数；
[0011]每个杆塔监测单元I包括倾斜传感器11、微波传感器12、拉力传感器13、振动传感器14和杆塔监测节点15，所述倾斜传感器11用于监测电杆塔的倾斜值；所述微波传感器12用于监测电杆塔的微波值；拉力传感器13用于监测电杆塔的导线拉力值；振动传感器14用于监测电杆塔的振动值；
[0012]倾斜传感器11的倾斜值输出端与杆塔监测节点15的倾斜值输入端连接；所述微波传感器12的微波值输出端与杆塔监测节点15的微波值输入端连接；拉力传感器13的拉力值输出端与杆塔监测节点15的拉力值输入端连接；振动传感器14的振动值输出端与杆塔监测节点15的振动值输入端连接；[0013]杆塔监测主单元包括杆塔监测主机21、温湿度传感器22、风速传感器23、风向传感器24、雨量传感器25、气压传感器26和日照传感器27 ；
[0014]所述温湿度传感器22用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的温湿度；风速传感器23用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的风速；风向传感器24用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的风向；雨量传感器25用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的雨量；气压传感器26用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的气压；日照传感器27用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的日照量；
[0015]所述温湿度传感器22的温湿度信号输出端与杆塔监测主机21的温湿度信号输入端连接；风速传感器23的风速信号输出端与杆塔监测主机21的风速信号输入端连接；风向传感器24的风向信号输出端与杆塔监测主机21的风向信号输入端连接；雨量传感器25的雨量信号输出端与杆塔监测主机21的雨量信号输入端连接；气压传感器26的气压信号输出端与杆塔监测主机21的气压信号输入端连接；日照传感器27的日照信号输出端与杆塔监测主机21的日照信号输入端连接；杆塔监测主机21用于与N个杆塔监测节点15进行无线通信；
[0016]监控中心3包括GPRS通信模块31和监控中心移动终端32 ;所述GPRS通信模块31的GPRS信号输出端与监控中心移动终端32的GPRS信号输入端连接；GPRS通信模块31用于接收杆塔监测主机21发射的无线信号；
[0017]电源模块用于给杆塔监测节点15和杆塔监测主机21提供工作电源。
[0018]每个杆塔监测节点15均采用Zigbee模块实现。
[0019]杆塔监测主机21采用Zigbee模块实现。
[0020]电源模块包括太阳能电池板4、锂电池充电板5、锂电池6、光照采集单元7、无线单片机8、电机驱动器9和步进电机10 ；
[0021]太阳能电池板4的电源信号输出端与锂电池充电板5的电源信号输入端连接；所述锂电池充电板5用于给锂电池充电；所述锂电池的电源信号输出端与无线单片机8的电源信号输入端连接；光照采集单元7用于采集太阳能电池板4上的光照量；所述光照采集单元7的光照量输出端与无线单片机8的光照量输入端连接；所述无线单片机8的驱动信号输出端与电机驱动器9的驱动信号输入端连接；所述电机驱动器9用于驱动步进电机10工作；太阳能电池板4固定在步进电机10的输出轴上。
[0022]本发明涉及一种输电杆塔在线监测系统，解决了现有设备监测功能单一、智能化程度低、信号传输不稳定、能源利用率低的问题。它包括杆塔监测节点、杆塔检测主机、电源模块、监控中心及移动终端。杆塔监测节点位于每个杆塔顶端，连接有三轴加速度传感器、微波感应器、拉力传感器、振动传感器，分别用来监测杆塔倾角、人员攀爬、导线拉力、杆塔振动情况。每个监测节点之间通过ZigBee网络与杆塔检测主机连接，杆塔监测主机通过ZigBee网络收集每个节点监测信息，并连接有微气象传感器,监测本地区温湿度、风速、风向、雨量、气压、日照气象参数。杆塔检测主机上连接有GPRS通信模块，通过无线通信技术将本地区所有信息打包传输至监控中心与移动终端。电源模块使用具有光跟踪的太阳能电池板进行供电。本发明对于输电杆塔监测线路上的强电信号的抗干扰能力强，同比提高20%以上。【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的结构示意图；
[0024]图2是本发明的监测原理示意图；
[0025]图3是电源模块的结构示意图；
[0026]图4是杆塔监测节点电路连接示意图，实线框内为ZigBee通信模块无线单片机及其外围电路；
[0027]图5是杆塔监测主机电路连接示意图，实线框内为ZigBee通信模块无线单片机及其外围电路。
【具体实施方式】
[0028]【具体实施方式】一、结合图1说明本【具体实施方式】，输电杆塔在线监测系统，它包括N个杆塔监测单元1、杆塔监测主单元、监控中心3和电源模块；N为正整数；
[0029]每个杆塔监测单元I包括倾斜传感器11、微波传感器12、拉力传感器13、振动传感器14和杆塔监测节点15，所述倾斜传感器11用于监测电杆塔的倾斜值；所述微波传感器12用于监测电杆塔的微波值；拉力传感器13用于监测电杆塔的导线拉力值；振动传感器14用于监测电杆塔的振动值；
[0030]倾斜传感器11的倾斜值输出端与杆塔监测节点15的倾斜值输入端连接；所述微波传感器12的微波值输出端与杆塔监测节点15的微波值输入端连接；拉力传感器13的拉力值输出端与杆塔监测节点15的拉力值输入端连接；振动传感器14的振动值输出端与杆塔监测节点15的振动值输入端连接；
[0031]杆塔监测主单元包括杆塔监测主机21、温湿度传感器22、风速传感器23、风向传感器24、雨量传感器25、气压传感器26和日照传感器27 ；
[0032]所述温湿度传感器22用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的温湿度；风速传感器23用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的风速；风向传感器24用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的风向；雨量传感器25用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的雨量；气压传感器26用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的气压；日照传感器27用于监测N个杆塔监测单元I和杆塔监测主单元所在区域的日照量；杆塔监测主机21用于与N个杆塔监测节点15进行无线通信；
[0033]所述温湿度传感器22的温湿度信号输出端与杆塔监测主机21的温湿度信号输入端连接；风速传感器23的风速信号输出端与杆塔监测主机21的风速信号输入端连接；风向传感器24的风向信号输出端与杆塔监测主机21的风向信号输入端连接；雨量传感器25的雨量信号输出端与杆塔监测主机21的雨量信号输入端连接；气压传感器26的气压信号输出端与杆塔监测主机21的气压信号输入端连接；日照传感器27的日照信号输出端与杆塔监测主机21的日照信号输入端连接；
[0034]监控中心3包括GPRS通信模块31和监控中心移动终端32 ;所述GPRS通信模块31的GPRS信号输出端与监控中心移动终端32的GPRS信号输入端连接；GPRS通信模块31用于接收杆塔监测主机21发射的无线信号；[0035]电源模块用于给杆塔监测节点15和杆塔监测主机21提供工作电源。
[0036]【具体实施方式】二、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的输电杆塔在线监测系统的在于，每个杆塔监测节点15均采用Zigbee模块实现。
[0037]【具体实施方式】三、本【具体实施方式】与【具体实施方式】二所述的输电杆塔在线监测系统的在于，杆塔监测主机21采用Zigbee模块实现。
[0038]【具体实施方式】四、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一、二或三所述的输电杆塔在线监测系统的在于，电源模块包括太阳能电池板4、锂电池充电板5、锂电池6、光照采集单元7、无线单片机8、电机驱动器9和步进电机10 ；
[0039]太阳能电池板4的电源信号输出端与锂电池充电板5的电源信号输入端连接；所述锂电池充电板5用于给锂电池充电；所述锂电池的电源信号输出端与无线单片机8的电源信号输入端连接；光照采集单元7用于采集太阳能电池板4上的光照量；所述光照采集单元7的光照量输出端与无线单片机8的光照量输入端连接；所述无线单片机8的驱动信号输出端与电机驱动器9的驱动信号输入端连接；所述电机驱动器9用于驱动步进电机10工作；太阳能电池板4固定在步进电机10的输出轴上。
[0040]工作原理:它包括杆塔监测节点、杆塔监测主机、电源模块、监控中心及移动终端。若干杆塔监测节点与一个杆塔监测主机通过ZigBee网络组成一个网络用来监测次区域内各个杆塔的状态以及本区域的气象指标，杆塔监测主机通过GPRS模块将此区域内的数据打包发送至监测中心和移动终端。各个杆塔监测节点与杆塔监测主机均由电源模块进行供电。
[0041]杆塔检测节点用来监测输电杆塔的倾斜状态、振动状态、导线拉力以及人员攀爬情况。由倾斜传感器、微波感应器、拉力传感器、振动传感器以及无线单片机组成，各个传感器模块采集得到的数据由无线单片机进行处理。无线单片机除了作为信号的采集和处理终端，还兼有数据的传递功能，成为本区域无线网络的协调器。
[0042]杆塔监测主机用来监测本区域的微气象单元，并通过GPRS模块将本区域的监测信息发送至监控中心及移动终端。由无线单片机、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、日照传感器、气压传感器及GPRS通信模块组成。其中无线单片机对各个模块采集的数据进行处理，并整合各个杆塔检测节点的数据进行打包发送至监控中心。
[0043]电源模块用来对各个区域网络内的杆塔检测节点、杆塔监测主机进行供电。包括太阳能电池板、锂电池充电板、锂电池、光照采集单元、步进电机驱动器及步进电机构成。通过锂电池充电板将太阳能电池板采集的电能存储在锂电池中，并通过光照采集单元采集太阳光强信息，无线单片机通过对光强信息进行处理，控制电机旋转至光强最大值处。
[0044]监控中心及移动终端，监控中心用来实时监测各个杆塔状态，并根据阈值发出报警，报警信号能及时送达至移动终端。
[0045]本发明的效果及优点:
[0046]1.实时监测杆塔每个杆塔状态，智能化程度高。通过三轴加速度传感器实时监测杆塔倾角，拉力传感器检测导线拉力，振动传感器检测杆塔受外力情况，微波感应器监测人员攀爬情况，微气象单元提供本区域气象数据。
[0047]2.采用ZigBee技术,通过ZigBee网络,实现低成本、网络节点多、传输距离远的稳定无线传输网络。[0048]3.采用GPRS无线通信技术进行数据传输，避免传统数据传输带来的电缆施工，大大降低施工难度和安装成本。
[0049]4.采用各种低功耗的传感器和无线单片机，大大降低了系统功耗，采用太阳能电池进行供电，为系统提供稳定电源，使得系统可以长期稳定的在野外工作，并使用光跟踪技术，增加了太阳能的利用效率。
[0050]5.通过监控中心进行远程监控，超过阈值能及时报警，使用移动终端更加快捷、方便。
[0051]具体实施例:
[0052]本实施例的结构如图1所示，包括杆塔监测节点、杆塔检测主机、电源模块、监控中心及移动终端。若干杆塔监测节点与一个杆塔监测主机通过ZigBee网络组成一个网络用来监测次区域内各个杆塔的状态以及本区域的气象指标，杆塔监测主机通过GPRS模块将此区域内的数据打包发送至监测中心和移动终端。各个杆塔监测节点与杆塔监测主机均由电源模块进行供电。
[0053]杆塔检测节点用来监测输电杆塔的倾斜状态、振动状态、导线拉力以及人员攀爬情况。由倾斜传感器、微波感应器、拉力传感器、振动传感器以及无线单片机组成，各个传感器模块采集得到的数据由无线单片机进行处理。无线单片机除了作为信号的采集和处理终端，还兼有数据的传递功能，成为本区域无线网络的协调器。
[0054]其中，无线单片机选用TI公司的CC2530，CC2530是一个兼容IEEE802.15.4的真正的片上系统，支持专有的802.15.1市场以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE标准。具有优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO以及更丰富的外设。倾角传感器采用三轴加速度传感器ADXL345，ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI或I2C数字接口访问。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。振动传感器采用aout NEW振动检测传感器，灵敏度可调，具有双路信号输出，TTL检测电平输出和模拟信号输出。微波感应器利用电磁波的多普勒原理，反应速度快、灵敏度更高、感应区域广、安全性稳定性高、不受温度、气流、尘埃及烟雾等的影响。采用S型拉力传感器，能够满足被替代金具的各种功能并已经通过相应的试验，能经受设计工作电流(包括短路电流、雷击电流)、抗干扰、工作温度及环境条件等情况的考验，标称破坏载荷应大于相应悬挂金具标称破坏载荷的1.2倍,米用合适的材料和生产工艺制造，满足使用寿命的要求。
[0055]杆塔监测主机用来监测本区域的微气象单元，并通过GPRS模块将本区域的监测信息发送至监控中心及移动终端。由无线单片机、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、日照传感器、气压传感器及GPRS通信模块组成。其中无线单片机对各个模块采集的数据进行处理，并整合各个杆塔检测节点的数据进行打包发送至监控中心。其中，无线单片机选用TI公司的CC2530，GPRS模块采用工业级无线透传模块DTU，MD-609G是低功耗专用GPRS模块，数据接口波特率可设、支持标准TCP/IP协议，UDP, TCP、心跳间隔及心跳超时可设、支持短信及振铃唤醒、支持串口数据唤醒支持多中心、支持短信发送。温湿度传感器选用基于CMOSensTM技术的SHTl I，该传感器工业标准的I2C总线数字接口，温度值和湿度值的输出分辨率为14位和12位，具有很带有好的稳定性。风速传感器采用低门槛值、测量范围0-75m/s的三杯式光电风速传感器WAA15,其输出信号为脉冲信号,信号频率与风速成正比,通过单位时间计频完成风速测量。风向传感器为单翼风标,风标转动时带动格雷码盘转动来产生格雷码数字信号输出。雨量传感器采用翻斗雨量传感器，输出脉冲信号。日照强度传感器采用TBQ-2传感器，输出模拟信号。
[0056]电源模块用来对各个区域网络内的杆塔检测节点、杆塔监测主机进行供电。包括太阳能电池板、锂电池充电板、锂电池、光照采集单元、步进电机驱动器及步进电机构成。通过锂电池充电板将太阳能电池板采集的电能存储在锂电池中，并通过光照采集单元采集太阳光强信息，无线单片机通过对光强信息进行处理，控制电机旋转至光强最大值处。
[0057]监控中心及移动终端，监控中心用来实时监测各个杆塔状态，并根据阈值发出报警，报警信号能及时送达至移动终端。
【权利要求】
1.输电杆塔在线监测系统，其特征是:它包括N个杆塔监测单元(I)、杆塔监测主单元、监控中心(3)和电源模块#为正整数； 每个杆塔监测单元(I)包括倾斜传感器(11)、微波传感器(12)、拉力传感器(13)、振动传感器(14)和杆塔监测节点(15 )，所述倾斜传感器(11)用于监测电杆塔的倾斜值；所述微波传感器(12)用于监测电杆塔的微波值；拉力传感器(13)用于监测电杆塔的导线拉力值；振动传感器(14)用于监测电杆塔的振动值； 倾斜传感器(11)的倾斜值输出端与杆塔监测节点(15)的倾斜值输入端连接；所述微波传感器(12)的微波值输出端与杆塔监测节点(15)的微波值输入端连接；拉力传感器(13)的拉力值输出端与杆塔监测节点(15)的拉力值输入端连接；振动传感器(14)的振动值输出端与杆塔监测节点(15)的振动值输入端连接； 杆塔监测主单元包括杆塔监测主机(21)、温湿度传感器(22)、风速传感器(23)、风向传感器(24)、雨量传感器(25)、气压传感器(26)和日照传感器(27); 所述温湿度传感器(22)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的温湿度；风速传感器(23)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的风速；风向传感器(24)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的风向；雨量传感器(25)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的雨量；气压传感器(26)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的气压；日照传感器(27)用于监测N个杆塔监测单元(I)和杆塔监测主单元所在区域的日照量；杆塔监测主机(21)用于与N个杆塔监测节点(15 )进行无线通信； 所述温湿度传感器(22) 的温湿度信号输出端与杆塔监测主机(21)的温湿度信号输入端连接；风速传感器(23)的风速信号输出端与杆塔监测主机(21)的风速信号输入端连接；风向传感器(24)的风向信号输出端与杆塔监测主机(21)的风向信号输入端连接；雨量传感器(25)的雨量信号输出端与杆塔监测主机(21)的雨量信号输入端连接；气压传感器(26)的气压信号输出端与杆塔监测主机(21)的气压信号输入端连接；日照传感器(27)的日照信号输出端与杆塔监测主机(21)的日照信号输入端连接； 监控中心(3)包括GPRS通信模块(31)和监控中心移动终端(32);所述GPRS通信模块(31)的GPRS信号输出端与监控中心移动终端(32)的GPRS信号输入端连接；GPRS通信模块(31)用于接收杆塔监测主机(21)发射的无线信号； 电源模块用于给杆塔监测节点(15)和杆塔监测主机(21)提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的输电杆塔在线监测系统，其特征在于每个杆塔监测节点(15)均采用ZigBee模块实现。
3.根据权利要求2所述的输电杆塔在线监测系统，其特征在于杆塔监测主机(21)采用ZigBee模块实现。
4.根据权利要求1、2或3所述的输电杆塔在线监测系统，其特征在于电源模块包括太阳能电池板(4)、锂电池充电板(5)、锂电池(6)、光照采集单元(7)、无线单片机(8)、电机驱动器(9)和步进电机(10)； 太阳能电池板(4)的电源信号输出端与锂电池充电板(5)的电源信号输入端连接；所述锂电池充电板(5)用于给锂电池(6)充电；所述锂电池(6)的电源信号输出端与无线单片机(8)的电源信号输入端连接；光照采集单元(7)用于采集太阳能电池板(4)上的光照量；所述光照采集单元(7)的光照量输出端与无线单片机(8)的光照量输入端连接；所述无线单片机(8)的驱动信号输出端与电机驱动器(9)的驱动信号输入端连接；所述电机驱动器 (9)用于驱动步进电机(10)工作；太阳能电池板(4)固定在步进电机(10)的输出轴上。
【文档编号】G08C17/02GK103575335SQ201310556345
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】房俊龙, 赵朝阳, 王润涛, 吕洪圣, 李明 申请人:东北农业大学