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.z.說明書基于加速度傳感器的輸電線路舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)技術領域本創(chuàng)造屬于輸變電設備狀態(tài)在線監(jiān)測技術領域，涉及一種輸電線路舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種基于加速度傳感器的輸電線路舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)。背景技術架空輸電線路受自然條件的影響會發(fā)生多種災害事故，而輸電線路舞動是其中較為嚴重的一種災害。輸電線路舞動是在特殊氣象條件下發(fā)生了大面積雨淞天氣，使得架空輸電線路外表覆冰，輸電線路在風的作用下產(chǎn)生低頻率、大振幅的自激振動。輸電線路舞動輕者導致輸電系統(tǒng)發(fā)生閃絡和跳閘，重者使輸電系統(tǒng)發(fā)生金具及絕緣子損壞、導線斷股、斷線，桿塔螺栓松動和脫落，甚至倒塔，導致重大電網(wǎng)事故。造成輸電線路舞動的因素很多，其中舞動半波數(shù)對輸電線路舞動的波形影響較大，不同舞動半波數(shù)導致輸電線路舞動差異很大。具體來說，常見的舞動半波數(shù)主要有1個、2個、3個和4個。5個及以上半波數(shù)的舞動幅值較小，不致引起輸電線路故障。近年來，受災害性氣象條件的影響，架空輸電線路舞動事故發(fā)生的頻率和強度明顯增加，造成了巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響了電網(wǎng)的平安運行，對輸電導線舞動進展有效監(jiān)測成為當務之急。目前，對輸電線路舞動的監(jiān)測，是在覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的根底上通過監(jiān)測舞動的頻率等信息來進展計算，判斷輸電線路是否舞動。由于輸電線路舞動受隨機因素影響大，使得舞動數(shù)學模型不確定，造成計算不準確。同時，輸電線路的舞動特征隨不同影響參量而變化，僅僅監(jiān)測舞動頻率等相關的參量很難準確反映輸電線路的舞動波形。創(chuàng)造內(nèi)容本創(chuàng)造的目的是提供一種基于加速度傳感器的輸電線路舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測輸電線路的舞動，能準確反映輸電線路的舞動波形，對輸電線路舞動進展直接有效的監(jiān)測。本創(chuàng)造所采用的技術方案是，[與權(quán)利要求對應，暫時不寫]本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)的特點：1.采用加速度傳感器測量相應監(jiān)測點處的位移加速度，通過對輸電線路運動軌跡的擬合，實現(xiàn)對輸電線路舞動最直接、最直觀的監(jiān)測，大大提高了監(jiān)測的精度。2.采用ZigBee技術，通過ZigBee節(jié)點方便地組網(wǎng)，實現(xiàn)了低本錢、低耗電、網(wǎng)絡節(jié)點多、傳輸距離遠的加速度無線傳感器網(wǎng)絡。3.采用GPRS無線通信技術進展數(shù)據(jù)傳輸與控制，防止了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式帶來的電纜施工，大大降低了施工的難度和系統(tǒng)安裝本錢；系統(tǒng)既可連續(xù)安裝又可離散安裝。4.采用各種低功耗、超低功耗的傳感器和微處理器芯片，大大降低了系統(tǒng)的功耗；采用太陽能加蓄電池充放電電路，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，使得系統(tǒng)可以連續(xù)、長期、穩(wěn)定地在野外工作。5.采用B/S模式實現(xiàn)遠程監(jiān)控，客戶端免維護，使系統(tǒng)的分布相對集中，有利于系統(tǒng)的維護，具有較好的可擴展性以及靈活性；6.基于對前期導線舞動相關數(shù)據(jù)的研究，監(jiān)控中心的上位機軟件嵌入了多種智能算法，大大減小了數(shù)據(jù)的誤差，提高了數(shù)據(jù)的擬合精度；附圖說明圖1是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)一種實施例的構(gòu)造示意圖；圖2是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中桿塔監(jiān)測分機的構(gòu)造示意圖；圖3是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中的無線加速度傳感器節(jié)點的構(gòu)造示意圖；圖4是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中電源模塊的構(gòu)造示意圖；圖5是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中的無線加速度傳感器節(jié)點的程序流程圖；圖6是本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中桿塔監(jiān)測分機的流程圖。圖中，1.無線加速度傳感器節(jié)點，2.桿塔監(jiān)測分機，3.GPRS通信模塊，4.監(jiān)控中心，5.電源模塊，6.微處理器單元，7.ZigBee通信模塊，8.數(shù)據(jù)存儲單元，9.液晶顯示模塊，10.雨量傳感器，11.壓力傳感器，12.角位移傳感器，13.溫濕度傳感器，14.風速傳感器，15.風向傳感器，日照強度傳感器，17.舞動信息信號處理單元，18.加速度傳感器。其中，5-1.太陽能電池，5-2.充電保護電路，5-3.場效應管A，5-4.+12V蓄電池，5-5.場效應管B，5-6.放電保護電路，5-7定時斷電復位電路，5-8.+5V電源穩(wěn)壓器，7-1.無線單片機，7-2.外部天線，7-3.印刷版微波傳輸線。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本創(chuàng)造進展詳細說明。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)一種實施例的構(gòu)造，如圖1所示，包括多個無線加速度傳感器節(jié)點1、多個桿塔監(jiān)測分機2、GPRS通信模塊3、監(jiān)控中心4和電源模塊5。無線加速度傳感器節(jié)點1，用于采集輸電線路監(jiān)測點的位移加速度信號，并將采集的信號傳輸給桿塔監(jiān)測分機2；桿塔監(jiān)測分機2用于監(jiān)測采集輸電線路周圍環(huán)境的局部氣象信息和桿塔線路的覆冰狀況信息，用于接收無線加速度傳感器節(jié)點1發(fā)送的信號，用于將采集的信息和接收到的信號進展分析處理、儲存和顯示，并將處理得到的數(shù)據(jù)送到GPRS通信模塊3，且一個桿塔監(jiān)測分機2用于接收假設干無線加速度傳感器1傳輸?shù)男盘?；GPRS通信模塊3采用H7118CGPRSDTU，用于接收桿塔監(jiān)測分機2發(fā)送的信息，并將接收到的信息傳輸至監(jiān)控中心4，用于接收監(jiān)控中心4發(fā)出的指令，并將接收到的指令傳輸給桿塔監(jiān)測分機2；監(jiān)控中心4，用于發(fā)出指令，并將該指令發(fā)送給GPRS通信模塊3，用于接收GPRS通信模塊3發(fā)送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進展處理、分析和存儲；電源模塊5由蓄電池、太陽能電池板和太陽能充放電電路組成，用于為無線加速度傳感器節(jié)點1、桿塔監(jiān)測分機2和GPRS通信模塊3提供穩(wěn)定的5V及12V電源。各無線加速度傳感器節(jié)點1都具有獨立的控制器和電源，多個無線加速度傳感器節(jié)點1組成傳感器網(wǎng)絡。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中桿塔監(jiān)測分機2的構(gòu)造，如圖2所示，包括微處理器單元6，微處理器單元6分別與電源模塊5、ZigBee通信模塊7、數(shù)據(jù)存儲單元8、液晶顯示單元9和舞動信息信號處理單元17相連接，舞動信息信號處理單元17分別與雨量傳感器10、壓力傳感器11、角位移傳感器12、溫濕度傳感器13、風速傳感器14、風向傳感器15和日照強度傳感器16相連接。桿塔監(jiān)測分機2主要完成輸電線路周圍環(huán)境氣象信息以及桿塔線路環(huán)境溫濕度、風速、風向、雨量、日照強度、桿塔處線路的拉力和風偏角等信息的采集，并將接收到的無線加速度傳感器節(jié)點1發(fā)送的數(shù)據(jù)進展處理、打包，并存儲重要信息，同時控制液晶顯示和GPRS通訊等。桿塔監(jiān)測分機2中的微處理器單元6選用TI公司的16位MSP430F247微處理器，具備超低功耗和豐富的外設，具有1個帶有3個比擬/捕獲通道的16位定時器A和1個帶有7個比擬/捕獲通道的16位定時器B，微處理器內(nèi)部集成了多個12位ADC模塊，可以快速處理各種數(shù)字信號、模擬信號以及脈沖信號，該微處理器除了活動模式外還有4種低功耗模式，在實現(xiàn)高性能的同時，降低系統(tǒng)功耗溫濕度傳感器13選用瑞士Sensirion公司基于CMOSensTM技術的溫濕度傳感器SHT1*，該傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術相結(jié)合，并帶有工業(yè)標準的I2C總線數(shù)字輸出接口，濕度值和溫度值的輸出分辨率分別為14位和12位，并可編程為12位和8位。該傳感器測量時的電流消耗為550μA，平均為28μA，休眠時為3μA，并且具有很好的穩(wěn)定性。風速傳感器14采用低門檻值〔0.4m/s〕、測量范圍0～75m/s的三杯式光電風速傳感器WAA15，其輸出信號為脈沖信號，信號頻率與風速成正比，通過單位時間內(nèi)的計頻完成風速測量。風向傳感器15為單翼風標，風標轉(zhuǎn)動時，帶動格雷碼盤〔七位，分辨率為2.80〕轉(zhuǎn)動，格雷碼盤每轉(zhuǎn)動2.80，光電管組產(chǎn)生新的七位并行格雷碼數(shù)字信號輸出。雨量傳感器10采用翻斗雨量傳感器，輸出脈沖信號。角位移傳感器12和壓力傳感器11分別輸出0～5V的模擬信號，該模擬信號直接輸入接到微處理器單元6的模擬I/O進展處理。日照強度傳感器16采用**陽光科技開展**的TBQ-2傳感器，用于測量日照強度，該傳感器輸出0～20mV的模擬電壓信號，經(jīng)過多極放大后調(diào)制為0～2.5V的模擬信號。桿塔監(jiān)測分機2的微處理器單元6為3.3V低功耗系統(tǒng)，很多輸入輸出信號不匹配，為此系統(tǒng)中采用了大量的保護電路，同時由于工作在2.4G頻率帶上的ZigBee節(jié)點，系統(tǒng)采用了高頻干擾，在桿塔監(jiān)測分機2中采取了多種抗干擾措施，確保了桿塔監(jiān)測分機2工作的穩(wěn)定性。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中無線加速度傳感器節(jié)點1的構(gòu)造，如圖3所示，包括相連接的ZigBee通信模塊7和加速度傳感器18，ZigBee通信模塊7包括無線單片機7-1，無線單片機7-1的引腳16、引腳17和引腳18分別與加速度傳感器18的引腳12、引腳10和引腳8相連接，無線單片機7-1的引腳44與電容C1串聯(lián)，電容C1接地，無線單片機7-1的引腳43與電容C2串聯(lián)，電容C2接地，引腳44與引腳43之間并聯(lián)有晶振1；無線單片機7-1的引腳19與電容C5串聯(lián)，電容C5接地，無線單片機7-1的引腳21與電容C4串聯(lián)，電容C4接地；無線單片機7-1的引腳32分別與電感L2的一端和印刷版微波傳輸線7-3的一端相連接，電感L2的另一端與無線單片機7-1的引腳34相連接，印刷版微波傳輸線7-3的另一端分別與電感L2的另一端、引腳34和電感L3的一端相連接，電感L3的另一端與電容C3串聯(lián)，電容C3與外部天線7-2相連接。加速度傳感器18采用三軸加速度傳感器AD*L330。三軸加速度傳感器AD*L330功耗低、靈敏度高，最大測量范圍為+/-3g，*軸和Y軸的帶寬為0.5～1600Hz，Z軸帶寬為0.5～550Hz；ZigBee通信模塊7采用TI公司的低功耗芯片CC2430，工作時的電流損耗為27mA，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA?？商峁┠M電壓輸出，能測量出任意時刻輸出導線沿*軸、Y軸和Z軸三個方向的位移ZigBee通信模塊7基于TI公司的低功耗芯片CC2430，采用了非平衡天線和與其相連接的非平衡變壓器。非平衡變壓器由電感L1、電感L2和印刷版微波傳輸線7-3組成，能滿足RF輸入/輸出匹配電阻〔50Ω〕的要求，為了進一步提高無線傳輸距離，增加了接收天線,該接收天線由電容C3、電感L3H和外部天線7-3構(gòu)成；晶振1、電容C1和電容C2為無線單片機7-1提供32.768KHz的時鐘源；晶振2、電容C4和電容C5為無線單片機7-1提供32M的時鐘源。加速度傳感器18三個方向的輸出引腳12、引腳10和引腳8分別接到無線單片機7-1的模擬輸入引腳16、引腳17和引腳18，實現(xiàn)了無線單片機7-1對加速度傳感器18產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)的采集。無線加速度傳感器節(jié)點1由兩節(jié)串聯(lián)的1.5伏電池提供3伏電源。在一段輸電線路上布置假設干個無線加速度傳感器節(jié)點1，各無線加速度傳感器節(jié)點1共同組成樹狀的無線加速度傳感器網(wǎng)絡，該傳感器網(wǎng)絡中，路由器節(jié)點和終端節(jié)點定時/實時發(fā)送各自的三個方向的加速度分量至桿塔監(jiān)測分機2的接收模塊〔協(xié)調(diào)器節(jié)點〕，同時各路由器節(jié)點還負責該傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的中繼。協(xié)調(diào)器節(jié)點一方面負責整個網(wǎng)絡的維護工作，另一方面將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給桿塔監(jiān)測分機2的微處理器單元6。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)中電源模塊5的構(gòu)造，如圖4所示，包括依次并聯(lián)設置的太陽能電池5-1、電阻R1、充電保護電路5-2、場效應管A5-3、+12V蓄電池5-4、放電保護電路5-6、定時斷電電路5-7和+5V電源穩(wěn)壓器5-8，太陽能電池5-1的正極和負極分別與+12V蓄電池5-4的正極和負極相連接，太陽能電池5-1和+12V蓄電池5-4的負極接地，太陽能電池5-1的正極與+12V蓄電池5-4的正極之間串聯(lián)有二極管D1，二極管D1位于+12V蓄電池5-4和場效應管A5-3之間，二極管D1的負極與+12V蓄電池5-4的正極相連接，場效應管A5-3還與充電保護電路5-2相連接，電阻R2與放電保護電路5-6之間連接有場效應管B5-5，場效應管B5-5與+12V蓄電池5-4的負極相連接。本監(jiān)測系統(tǒng)在野外工作，很難取電，電源模塊5采用太陽能加蓄電池的供電模式，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5伏和12伏電源。并采用了充電保護電路5-2、放電保護電路5-6和定時斷電復位電路5-7。二極管D1用于陰雨天和夜晚無太陽光時，+12V蓄電池5-4對太陽能電池5-1放電；電阻R1和電阻R2為壓敏電阻，用于防雷擊保護；場效應管A5-3用于充電控制，場效應管B5-5用于放電控制。GPRS通信模塊3支持雙頻GSM/GPRS，符合ETSIGSMPhase2+標準，數(shù)據(jù)終端永遠在線，支持A5/1&A5/5加密算法、透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)、短消息數(shù)據(jù)備用通道〔選項〕，支持動態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址，支持RS-232/422/485或以太網(wǎng)接口，可通過*modem協(xié)議進展軟件升級，并具備自診斷、告警輸出和抗干擾性能，適于電磁環(huán)境惡劣環(huán)境中應用的需求，該模塊采用先進電源技術，供電電源適應范圍寬，穩(wěn)定性較好，選配防潮外殼，適合室外使用。可直接與監(jiān)控終端設備連接，實現(xiàn)GPRS撥號上網(wǎng)功能。該模塊性能穩(wěn)定，足以滿足系統(tǒng)設計需要。本監(jiān)測系統(tǒng)中各個無線加速度傳感器節(jié)點1為了降低功耗，上電后就處于睡眠狀態(tài)〔低功耗狀態(tài)〕，當接收到協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送的采集加速度值的命令后，即刻從休眠模式轉(zhuǎn)到主動模式，開場采集監(jiān)測點處輸電導線三個方向的位移加速度值，并將采集的位移加速度值發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點，發(fā)送成功后無線加速度傳感器節(jié)點1再次轉(zhuǎn)入睡眠模式，其流程圖，如圖6所示。桿塔監(jiān)測分機2的流程圖，如圖7所示，桿塔監(jiān)測分機2上電自檢成功后，為減少系統(tǒng)的功耗，轉(zhuǎn)入低功耗模式。當桿塔監(jiān)測分機2接收到監(jiān)控中心4發(fā)出的采集和發(fā)送數(shù)據(jù)的命令后，立刻從低功耗模式轉(zhuǎn)入活動模式，一方面讓安裝于桿塔監(jiān)測分機2上的協(xié)調(diào)器節(jié)點向其它節(jié)點發(fā)送采集加速度值的命令，另一方面微處理器單元6開場采集桿塔上各個傳感器發(fā)出的信號，當兩路數(shù)據(jù)全部采集完畢后，微處理器單元6控制GPRS通信模塊3，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心4，數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，桿塔監(jiān)測分機2再次轉(zhuǎn)入低功耗狀態(tài)。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程：將傳感器網(wǎng)絡的各節(jié)點安裝于輸電導線的特征點上，在輸電導線運動過程中協(xié)調(diào)器節(jié)點命令其它各節(jié)點控制器，通過加速度傳感器18采集輸電導線各監(jiān)測點在運動過程中三個坐標的位移加速度分量。終端節(jié)點、路由節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間采取樹形網(wǎng)絡拓樸構(gòu)造，利用ZigBee無線方式進展短距離通信，將采集的信息發(fā)送至桿塔監(jiān)測分機2。桿塔監(jiān)測分機2一方面集中各傳感器節(jié)點上傳的信息，另一方面通過對輸電線路覆冰厚度〔桿塔線路處的拉力、風偏角〕、氣象信息〔溫度、濕度、風速、風向和雨量等〕，計算出一些重要的輸電線路舞動信息，并對該兩局部信息進展分析和相應的數(shù)據(jù)處理后，將處理后的數(shù)據(jù)通過GPRS通信模塊3遠距離無線輸送到監(jiān)控中心4。監(jiān)控中心4根據(jù)接收到的實時輸電線路舞動信息數(shù)據(jù)進展不同的處理，對相應的數(shù)據(jù)進展擬合，實時生成輸電導線*一監(jiān)測點在不同時期的位移變化圖以及整條輸電線路的位移變化圖，還可以根據(jù)得到的相關信息預測未來*一時刻輸電線路位移變化的圖形。本創(chuàng)造監(jiān)測系統(tǒng)，實時/定時采集輸電線路各監(jiān)測點處三個方向的位移加速度值，經(jīng)過定量計算和定性分析，準確得到輸電線路各監(jiān)測點處的相對位移，并擬合出輸電線路在每一時刻的運動軌跡，實現(xiàn)了對輸電線路導線舞動最直接、最有效的監(jiān)測。說明書附圖圖1圖2〔圖中17是獨立的一個單元？如是自己設計的，請給出該單元的構(gòu)造圖〕圖3圖4圖5圖6權(quán)利要求書1.基于加速度傳感器的輸電線路舞動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測系統(tǒng)包括多個無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕、多個桿塔監(jiān)測分機〔2〕、GPRS通信模塊〔3〕、監(jiān)控中心〔4〕和電源模塊〔5〕，其中，無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕用于采集輸電線路監(jiān)測點的位移加速度信號，并將采集的信號傳輸給桿塔監(jiān)測分機〔2〕；桿塔監(jiān)測分機〔2〕，用于監(jiān)測采集輸電線路周圍環(huán)境的局部氣象信息和桿塔線路的覆冰狀況信息，用于接收無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕發(fā)送的信號，用于將采集的信息和接收到的信號進展分析處理、儲存和顯示，并將處理得到的數(shù)據(jù)送到GPRS通信模塊〔3〕，且一個桿塔監(jiān)測分機〔2〕用于接收假設干無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕發(fā)送的信號；GPRS通信模塊〔3〕采用H7118CGPRSDTU，用于接收桿塔監(jiān)測分機〔2〕發(fā)送的信息，并將接收到的信息傳輸至監(jiān)控中心〔4〕，用于接收監(jiān)控中心〔4〕發(fā)出的指令，并將接收到的指令傳輸給桿塔監(jiān)測分機〔2〕；監(jiān)控中心〔4〕，用于發(fā)出指令，并將該指令發(fā)送給GPRS通信模塊〔3〕，用于接收桿GPRS通信模塊〔3〕發(fā)送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進展處理、分析和存儲；電源模塊〔5〕，用于為無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕、桿塔監(jiān)測分機〔2〕和GPRS通信模塊〔3〕提供穩(wěn)定的5V及12V電源。2.按照權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線加速度傳感器節(jié)點〔1〕包括相連接的ZigBee通信模塊〔7〕和加速度傳感器〔18〕，所述的加速度傳感器〔18〕采用三軸加速度傳感器AD*L330，所述的ZigBee通信模塊〔7〕包括無線單片機〔7-1〕，無線單片機〔7-1〕的引腳16、引腳17和引腳18分別與加速度傳感器〔18〕的引腳12、引腳10和引腳8相連接，無線單片機〔7-1〕的引腳44與電容C1串聯(lián)，電容C1接地，無線單片機〔7-1〕的引腳43與電容C2串聯(lián)，電容C2接地，無線單片機〔7-1〕的引腳44與引腳43之間并聯(lián)有晶振1，無線單片機〔7-1〕的引腳19與電容C5串聯(lián)，電容C5接地，無線單片機〔7-1〕的引腳21與電容C4串聯(lián)，電容C4接地，無線單片機〔7-1〕的引腳32分別與電感L2的一端和印刷版微波傳輸線〔7-3〕的一端相連接，電感L2的另一端與無線單片機〔7-1〕的引腳34相連接，印刷版微波傳輸線〔7-3〕的另一端分別與電感L2的另一端、引腳34和電感L3的一端相連接，電感L3的另一端與電容C3串聯(lián)，電容C3與外部天線〔7-2〕相連接。3.按照權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的桿塔監(jiān)測分機〔2〕的構(gòu)造包括：微處理器單元〔6〕分別與數(shù)據(jù)存儲單元〔8〕、液晶顯示單元〔9〕和舞動信息信號處理單元〔17〕相連接，舞動信息