一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统。其技术方案是：RS485收发模块（6）的输入端6a、6b、6c、6d、6e依次与五个倾斜度传感器（1、2、3、4、5）各自的输出端Va、Vb、Vc、Vd、Ve对应连接；单片机（7）的引脚与RS485收发模块（6）、状态选择拨码开关（8）、GPRS数据传输单元（10）、串行时钟芯片（11）、EEPROM存储芯片（12）、硬件看门狗芯片（13）和电池电量监测模块（14）对应连接；电池电量监测模块（14）的输入端与太阳能供电系统（15）的输出端连接；GPRS数据传输单元（10）通过无线网络与监控中心的工业计算机（9）通讯。本发明具有精度高、抗干扰能力强、能在野外供电不便和无人值守的恶劣环境下长期稳定工作的特点。
【专利说明】一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于无线监测【技术领域】。具体涉及一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国电力工业的不断发展，大范围的高压输电网络逐渐形成，在电力系统的容量不断增大的同时，也极大地增加了电网运行过程中电力设备的监测与巡检所需要的工作量。在电力设备的监测方面，要保证输电线路的安全运行，一般每个月需要两次常规巡检。由于电力设备的分布点零散、每个点设备不多的情况，对这些设备的实时监测一直存在着铺设线路成本高、维护费用高的问题。
[0003]输电塔是电力部门的重要设施，受地形和线路的制约，部分铁塔不可避免地建立在矿山采空区上方，加上铁塔本身受到风、雪、覆冰的不良影响，输电塔的基础稳定性一直存在着潜在的隐患。为了保证电力系统的安全性，目前主要采用人工巡检方式，通常要求巡检人员对线路设备定期或不定期巡视，并对输电塔的运行参数记录存档。该方式受人为因素影响较多，存在众多弊端:一是巡检不到位、漏检或不准时；二是手工填报巡检结果效率低、容易漏项或出错；三是管理人员难以及时、准确、全面地了解设备状况，难以制定最佳的保养和维修方案。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种精度高、抗干扰能力强、能在野外供电不便和无人值守的恶劣环境下长期稳定工作的用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:该监测系统包括第一倾斜度传感器、第二倾斜度传感器、第三倾斜度传感器、第四倾斜度传感器、第五倾斜度传感器、RS485收发模块、单片机、状态选择拨码开关、工业计算机、GPRS数据传输单元、串行时钟芯片、EEPROM存储芯片、硬件看门狗芯片、电池电量监测模块和太阳能供电系统。
[0006]RS485收发模块的输入端6a、6b、6c、6d、6e依次与第一倾斜度传感器的输出端Va、第二倾斜度传感器的输出端Vb、第三倾斜度传感器的输出端Vc、第四倾斜度传感器的输出端Vd、第五倾斜度传感器的输出端Ve对应连接，RS485收发模块的输出端RXDl、TXDl与单片机的引脚TXDURXD1对应连接，状态选择拨码开关的输出端SW0-SW5依次与单片机的I/O口 P2.2-P2.7对应连接。GPRS数据传输单元通过无线网络与监控中心的工业计算机通讯，GPRS数据传输单元的引脚TXD、RXD通过RS232串口与单片机的引脚RXD、TXD对应连接，串行时钟芯片的引脚SCL2、SDA2与单片机的I/O 口 P2.0、P2.1对应连接，EEPROM存储芯片的引脚SCLUSDA1与单片机的I/O 口 Pl.0,Pl.1对应连接，硬件看门狗芯片的输入端RES、输出端WDT与单片机的引脚RES、I/0 口 Pl.7对应连接。电池电量监测模块的输出端DB0-DB7依次与单片机的I/O 口 P0.0-P0.7对应连接，太阳能供电系统的输出端Lc、Ld与电池电量监测模块的输入端In+、In_对应连接。
[0007]工业计算机装有采空区输电塔的基础稳定性无线监测软件。
[0008]所述的GPRS数据传输单元由GPRS模块、SM卡模块、启动按钮、复位按钮、网络指示模块和天线组成。GPRS模块的引脚VCC、RST、CLK、GND、DATA依次与SM卡模块的引脚S_VCC、S_RST、S_CLK、S_GND、S_DATA对应连接；GPRS模块的引脚IGT与启动按钮的输出端相连；GPRS模块的引脚RESET与复位按钮的输出端相连；GPRS模块的引脚NET与网络指示模块的输出端NET连接，GPRS模块通过天线连接器与天线连接。GPRS模块的引脚TXD、RXD与单片机的引脚RXD、TXD对应连接；GPRS模块通过天线与监控中心的工业计算机通讯。
[0009]所述的太阳能供电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、浪涌保护器、胶体蓄电池、直流防雷器组成。太阳能电池板的正极22a、负极22b与直流防雷器的正极26a、负极26b对应连接，太阳能控制器的公共端23a、输入端23b与直流防雷器的正极26a、负极26b对应连接；胶体蓄电池的正极25a、负极25b与太阳能控制器的公共端23a、输入端23c对应连接；太阳能控制器的公共端23a、输出端23d与浪涌保护器输入端的正极La、负极Lb对应连接。浪涌保护器输出端的正极Lc、负极Ld与电池电量监测模块的输入端Ιη+、Ιη_对应连接。
[0010]所述的采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件的主流程是:
S-1:采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件初始化；
S-2:建立通信端口，当GPRS数据传输单元的连接请求到达通信端口时与其建立通信链路；
S-3:等待接收GPRS数据传输单元发送的监测数据包；
S-4:接收GPRS数据传输单元发送的监测数据包；
S-5:校验监测数据包数据的正确性，若校验正确，则对所述数据进行格式转换处理；若校验错误，则返回S-3;
S-6:根据输电塔信息数据库历史数据，判断该输电塔倾斜度是否超出安全范围，若未超出安全范围，则进行下一步；若超出安全范围，则发送预警信息；
S-7:存储数据至输电塔信息数据库中；
S-8:继续等待采集GPRS数据传输单元发送的监测数据包。
[0011]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果:
由于高压现场的环境恶劣，外部干扰较多，本发明使用了硬件看门狗芯片，该芯片可以在单片机工作异常时，自动对其进行复位操作，大大提高了监测系统的抗干扰能力。此外，由于野外供电不便，本发明搭建了一套太阳能供电系统为设备提供电源，根据监测系统的实际功耗、现场的日照情况等因素配置太阳能电池板的功率和胶体蓄电池的容量，使设备能够在野外供电不便的环境下长期连续工作。
[0012]本发明以钻孔倾斜法作为主要监测手段，采用五路高精度倾斜度传感器，多层次、多角度、全天候地对输电塔基础的倾斜度进行监测，并实时地将各个输电塔的线塔编号、数据采集时间、五路采集数据发送至监控中心，保证监测数据的精确全面。为了获取准确的数据采集时间，本发明采用内置晶振的高精度串行时钟芯片，芯片自带时钟精度数字调整功能，能长期提供精准的实时时钟。
[0013]五路倾斜度传感器将采集到的倾斜度信息通过RS485总线传送给RS485收发模块，RS485收发模块为磁隔离型，能提高五路倾斜度传感器和单片机之间的收发速率。数据经过单片机加密、校验与打包处理，一方面存储在EEPROM存储芯片中，必要时可以通过232串口将数据读出，保证了历史数据的可追溯性；另一方面通过GPRS无线网络发送到监控中心的工业计算机，供监测中心实时掌控塔基稳定性情况，并根据输电塔信息数据库历史数据，判断该输电塔倾斜度是否超出安全范围，提高了监测效率，便于电力部门对输电塔进行管理和制定维护方案。
[0014]因此，本发明具有精度高、抗干扰能力强、能在野外供电不便和无人值守的恶劣环境下长期稳定工作、监测数据精确全面、历史数据可追溯的特点，能提高监测效率，便于电力部门对输电塔进行管理和制定维护方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1中GPRS数据传输单元10的结构示意图；
图3是图1中太阳能供电系统15的结构示意图；
图4是本发明的采空区输电塔的基础稳定性无线监测软件的主流程框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制:
实施例1
一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统，如图1所示:该监测系统包括第一倾斜度传感器1、第二倾斜度传感器2、第三倾斜度传感器3、第四倾斜度传感器4、第五倾斜度传感器5、RS485收发模块6、单片机7、状态选择拨码开关8、工业计算机9、GPRS数据传输单元10、串行时钟芯片11、EEPROM存储芯片12、硬件看门狗芯片13、电池电量监测模块14和太阳能供电系统15。
[0017]RS485收发模块6的输入端6a、6b、6c、6d、6e依次与第一倾斜度传感器I的输出端Va、第二倾斜度传感器2的输出端Vb、第三倾斜度传感器3的输出端Vc、第四倾斜度传感器4的输出端Vd、第五倾斜度传感器5的输出端Ve对应连接，RS485收发模块6的输出端RXDKTXDI与单片机7的引脚TXDURXD1对应连接，状态选择拨码开关8的输出端SW0-SW5依次与单片机7的I/O 口 P2.2-P2.7对应连接。GPRS数据传输单元10通过无线网络与监控中心的工业计算机9通讯，GPRS数据传输单元10的引脚TXD、RXD通过RS232串口与单片机7的引脚RXD、TXD对应连接，串行时钟芯片11的引脚SCL2、SDA2与单片机7的I/O 口 P2.0、P2.1对应连接，EEPROM存储芯片12的引脚SCL1、SDA1与单片机7的I/O 口 Pl.0, Pl.1对应连接，硬件看门狗芯片13的输入端RES、输出端WDT与单片机7的引脚RES、I/O 口 Pl.7对应连接。电池电量监测模块14的输出端DB0-DB7依次与单片机7的I/O 口 P0.0-P0.7对应连接，太阳能供电系统15的输出端Lc、Ld与电池电量监测模块14的输入端Ιη+、Ιη_对应连接。
[0018]工业计算机9装有采空区输电塔的基础稳定性无线监测软件。
[0019]所述的GPRS数据传输单元10如图2所示，由GPRS模块16、SM卡模块17、启动按钮18、复位按钮19、网络指示模块20和天线21组成。GPRS模块16的引脚VCC、RST、CLK、GND,DATA 依次与 SM 卡模块 17 的引脚 S_VCC、S_RST、S_CLK、S_GND、S_DATA 对应连接；GPRS模块16的引脚IGT与启动按钮18的输出端相连；GPRS模块16的引脚RESET与复位按钮19的输出端相连；GPRS模块16的引脚NET与网络指示模块20的输出端NET连接，GPRS模块16通过天线连接器与天线21连接。GPRS模块16的引脚TXD、RXD与单片机7的引脚RXD、TXD对应连接；GPRS模块16通过天线与监控中心的工业计算机9通讯。
[0020]所述的太阳能供电系统15如图3所示，由太阳能电池板22、太阳能控制器23、浪涌保护器24、胶体蓄电池25、直流防雷器26组成。太阳能电池板22的正极22a、负极22b与直流防雷器26的正极26a、负极26b对应连接，太阳能控制器23的公共端23a、输入端23b与直流防雷器26的正极26a、负极26b对应连接；胶体蓄电池25的正极25a、负极25b与太阳能控制器23的公共端23a、输入端23c对应连接；太阳能控制器23的公共端23a、输出端23d与浪涌保护器24输入端的正极La、负极Lb对应连接。浪涌保护器24输出端的正极Lc、负极Ld与电池电量监测模块14的输入端In+、IrT对应连接。
[0021]所述的采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件的主流程如图4所示:
S-1:采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件初始化；
S-2:建立通信端口，当GPRS数据传输单元10的连接请求到达通信端口时与其建立通信链路；
S-3:等待接收GPRS数据传输单元10发送的监测数据包；
S-4:接收GPRS数据传输单元10发送的监测数据包；
S-5:校验监测数据包数据的正确性，若校验正确，则对所述数据进行格式转换处理；若校验错误，则返回S-3;
S-6:根据输电塔信息数据库历史数据，判断该输电塔倾斜度是否超出安全范围，若未超出安全范围，则进行下一步；若超出安全范围，则发送预警信息；
S-7:存储数据至输电塔信息数据库中；
S-8:继续等待采集GPRS数据传输单元10发送的监测数据包。
[0022]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果:
由于高压现场的环境恶劣，外部干扰较多，本发明使用了硬件看门狗芯片13，该芯片可以在单片机7工作异常时，自动对其进行复位操作，大大提高了监测系统的抗干扰能力。此夕卜，由于野外供电不便，本发明搭建了一套太阳能供电系统15为设备提供电源，根据监测系统的实际功耗、现场的日照情况等因素配置太阳能电池板22的功率和胶体蓄电池25的容量，使设备能够在野外供电不便的环境下长期连续工作。
[0023]本发明以钻孔倾斜法作为主要监测手段，采用五路高精度倾斜度传感器，多层次、多角度、全天候地对输电塔基础的倾斜度进行监测，并实时地将各个输电塔的线塔编号、数据采集时间、五路采集数据发送至监控中心，保证监测数据的精确全面。为了获取准确的数据采集时间，本发明采用内置晶振的高精度串行时钟芯片11，芯片自带时钟精度数字调整功能，能长期提供精准的实时时钟。
[0024]五路倾斜度传感器将采集到的倾斜度信息通过RS485总线传送给RS485收发模块6，RS485收发模块6为磁隔离型，能提高五路倾斜度传感器和单片机7之间的收发速率。数据经过单片机7加密、校验与打包处理，一方面存储在EEPROM存储芯片12中，必要时可以通过232串口将数据读出，保证了历史数据的可追溯性；另一方面通过GPRS无线网络发送至IJ监控中心的工业计算机9，供监测中心实时掌控塔基稳定性情况，并根据输电塔信息数据库历史数据，判断该输电塔倾斜度是否超出安全范围，提高了监测效率，便于电力部门对输电塔进行管理和制定维护方案。
[0025]因此，本发明具有精度高、抗干扰能力强、能在野外供电不便和无人值守的恶劣环境下长期稳定工作、监测数据精确全面、历史数据可追溯的特点，能提高监测效率，便于电力部门对输电塔进行管理和制定维护方案。
【权利要求】
1.一种用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统，其特征在于该监测系统包括第一倾斜度传感器(I)、第二倾斜度传感器(2)、第三倾斜度传感器(3)、第四倾斜度传感器(4)、第五倾斜度传感器(5)、RS485收发模块(6)、单片机(7)、状态选择拨码开关(8)、工业计算机(9 )、GPRS数据传输单元(10 )、串行时钟芯片(11)、EEPROM存储芯片(12)、硬件看门狗芯片(13)、电池电量监测模块(14)和太阳能供电系统(15)； RS485收发模块(6)的输入端6a、6b、6c、6d、6e依次与第一倾斜度传感器(I)的输出端Va、第二倾斜度传感器(2)的输出端Vb、第三倾斜度传感器(3)的输出端Vc、第四倾斜度传感器(4)的输出端Vd、第五倾斜度传感器(5)的输出端Ve对应连接；RS485收发模块(6)的输出端RXDUTXD1与单片机(7)的引脚TXDURXD1对应连接，状态选择拨码开关(8)的输出端SW0-SW5依次与单片机(7)的I/O 口 P2.2-P2.7对应连接；GPRS数据传输单元(10)通过无线网络与监控中心的工业计算机(9)通讯，GPRS数据传输单元(10)的引脚TXD、RXD通过RS232串口与单片机(7)的引脚RXD、TXD对应连接，串行时钟芯片(11)的引脚SCL2、SDA2与单片机(7)的I/O 口 P2.0、P2.1对应连接，EEPROM存储芯片(12)的引脚SCL1、SDAl与单片机(7)的I/O 口 P1.0、P1.1对应连接，硬件看门狗芯片(13)的输入端RES、输出端WDT与单片机(7)的引脚RES、I/0 口 Pl.7对应连接；电池电量监测模块(14)的输出端DB0-DB7依次与单片机(7)的I/O 口 P0.0-P0.7对应连接，太阳能供电系统(15)的输出端Lc、Ld与电池电量监测模块(14)的输入端In+、IrT对应连接； 工业计算机(9)装有采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件。
2.根据权利要求1所述的用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统，其特征在于所述的GPRS数据传输 单元(10)由GPRS模块(16)、SM卡模块(17)、启动按钮(18)、复位按钮(19 )、网络指示模块(20 )和天线(21)组成； GPRS模块(16)的引脚VCC、RST、CLK、GND、DATA依次与SM卡模块(17)的引脚S_VCC、S_RST、S_CLK、S_GND、S_DATA对应连接，GPRS模块(16)的引脚IGT与启动按钮(18)的输出端相连，GPRS模块(16)的引脚RESET与复位按钮(19)的输出端相连，GPRS模块(16)的引脚NET与网络指示模块(20)的输出端NET连接，GPRS模块(16)通过天线连接器与天线(21)连接； GPRS模块(16 )的引脚TXD、RXD与单片机(7 )的引脚RXD、TXD对应连接；GPRS模块(16 )通过天线与监控中心的工业计算机(9)通讯。
3.根据权利要求1所述的用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统，其特征在于所 述的太阳能供电系统(15)由太阳能电池板(22)、太阳能控制器(23)、浪涌保护器(24)、胶体蓄电池(25)、直流防雷器(26)组成； 太阳能电池板(22)的正极22a、负极22b与直流防雷器(26)的正极26a、负极26b对应连接，太阳能控制器(23)的公共端23a、输入端23b与直流防雷器(26)的正极26a、负极26b对应连接；胶体蓄电池(25)的正极25a、负极25b与太阳能控制器(23)的公共端23a、输入端23c对应连接；太阳能控制器(23)的公共端23a、输出端23d与浪涌保护器(24)输入端的正极La、负极Lb对应连接； 浪涌保护器(24)输出端的正极Lc、负极Ld与电池电量监测模块(14)的输入端In+、In_对应连接。
4.根据权利要求1所述的用于采空区输电塔基础稳定性的无线监测系统，其特征在于所述的采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件的主流程是: S-1:采空区输电塔基础稳定性的无线监测软件初始化； S-2:建立通信端口，当GPRS数据传输单元(10)的连接请求到达通信端口时与其建立通信链路； S-3:等待接收GPRS数据传输单元(10)发送的监测数据包； S-4:接收GPRS数据传输单元(10)发送的监测数据包； S-5:校验监测数据包数据的正确性，若校验正确，则对所述数据进行格式转换处理；若校验错误，则返回S-3; S-6:根据输电塔信息数据库历史数据，判断该输电塔倾斜度是否超出安全范围，若未超出安全范围，则进行下一步；若超出安全范围，则发送预警信息； S-7:存储数据至输电塔信息数据库中； S-8:继续等 待采集GPRS数据传输单元(10)发送的监测数据包。
【文档编号】G01C9/00GK103971503SQ201410205073
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】周凤星, 王奇武, 万兴兵, 张志坚 申请人:武汉科技大学