一种基于NB‑IoT技术的杆塔倾斜状态监测系统的制作方法

本发明涉及物联网技术，电力输电线路技术以及监测系统技术领域，更具体地说，是涉及一种基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统。

背景技术：

输电线路杆塔是高压电能输送的基础设施之一，随着高压输电的不断发展，杆塔在承担高压输电线路中起着举足轻重的作用，同时，输电线路杆塔的使用量在迅速增加并且分布广泛。输电线路杆塔基座的牢固和稳定，对输电线路十分重要。设置在一些不良地质区（例如采空区、滑坡区、沼泽水田区、海边台风区、沙地及高盐冻土区）的杆塔容易发生一定程度的倾斜。而强风，大雨，暴雪，冰雹等恶劣自然天气的影响同样可能引起杆塔的倾斜甚至变形，进而使输电线路受力不均，造成电气安全距离不够，影响线路正常运行，久而久之，造成杆塔的坍塌，导致整条输电线路停运，造成巨大的经济损失。但是在杆塔倾斜发生的初期，倾斜度较小，难以用肉眼直接观察判断杆塔是否发生倾斜。因此，为保证输电线路的安全运行，有必要建立杆塔倾斜状态的监测系统，以及早发现杆塔倾斜状态并及时加以维修。

现有技术中，传统的人工巡线监测杆塔倾斜状态的方式，工作效率低下且困难较大。而现有的利用通信技术的杆塔监测系统中，其通信方式大多依赖于gsm/gprs网络与运营商的基站，相对简便，易于部署，但运营成本与系统整体功耗均较高，同时，在接入能力、抗干扰能力以及通信覆盖能力上有所不足。公开号为106403896a《基于lora技术的杆塔倾斜状态监测系统》公开了一种基于lora技术的杆塔倾斜状态监测系统，利用lora技术降低系统的功耗，虽然加强了通信距离，但是需在杆塔附近另行架设lora基站。公开号为107101615a《基于蓝牙通信的输电线路杆塔倾斜监测系统及其应用方法》公开了一种基于蓝牙通信的输电线路杆塔倾斜监测系统及其应用方法，使用户能够使用智能手机及时获取杆塔倾斜的相关信息，以采取对杆塔倾斜的应对措施，但是其存在如前所述的接入能力、抗干扰能力以及通信覆盖能力上有所不足的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：克服上述背景技术的不足，提供一种基于nb-iot技术的通信距离远、抗干扰能力强、低成本、低功耗、可实现大量连接，深度覆盖的可靠性强的杆塔倾斜状态监测系统。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，包括nb-iot传感单元、nb-iot基站、iot核心网、iot管理平台和监测中心。nb-iot传感单元和nb-iot基站连接，nb-iot基站通过nb-iot核心网和iot管理平台连接，iot管理平台和监测中心连接。

所述nb-iot传感单元安装于杆塔上，用于完成对于环境和杆塔倾斜的数据信息采集，并将原始传感数据打包，传输至nb-iot基站。所述nb-iot基站接收相应的nb-iot传感单元发送的原始传感数据包，将其打包为符合以太网标准的数据包，使用tcp/ip协议进行通信，通过iot核心网传输至iot管理平台。所述iot管理平台，接收通过iot核心网传输的数据包，对其进行时间、区域上的划分，并将其传给与其区域相应的监测中心。所述监测中心，能够实时获取并处理分析大量数据包，并根据数据对杆塔的实时状况及时做出处理。当所测的各项传感器数据与正常工作状态下的各项数据的标准值的差距达到监控中心上的预设差值时，即可迅速派出人手，对对应区域杆塔进行人工检修与维护，在无需长时间进行人工巡线的前提下，保证有效避免因杆塔倾斜而导致的安全隐患。

进一步，所述nb-iot基站使用tcp/ip协议进行通信，传输至iot核心网；所述iot核心网，使用相关标准的计算机网络协议进行通讯，将数据包传输至iot管理平台。

进一步，所述nb-iot传感单元与nb-iot基站之间通过星型拓扑结构架设网络，实现数据传输通信功能。

进一步，所述nb-iot传感单元包括环境检测模块、倾斜检测模块、mcu、nb-iot传感模块和电源模块。所述环境检测模块与mcu通过iic总线连接；所述倾斜检测模块与mcu通过iic总线连接；所述nb-iot传感模块与mcu通过spi总线连接；所述环境检测模块、倾斜检测模块、mcu、nb-iot传感模块均与电源模块相连接。

进一步，所述环境检测模块包括温湿度传感器、风向传感器、风速传感器和气压传感器。

温湿度传感器、风向传感器、风速传感器和气压传感器均与mcu连接。所述温湿度传感器，通过iic总线和mcu进行通信，将测得的温度与湿度数据传输给mcu，并接收来自mcu的控制命令。

所述风向传感器，通过iic总线和mcu进行通信，将测得的风向数据传输给mcu，并接收来自mcu的控制命令。

所述风速传感器，通过iic总线和mcu进行通信，将测得的风速数据传输给mcu，并接收来自mcu的控制命令。

所述气压传感器，通过iic总线和mc进行通信，将测得的气压数据传输给mcu，并接收来自mcu的控制命令。

进一步，所述倾斜检测模块包括倾角传感器与位移传感器。倾角传感器和位移传感器均与mcu连接。

所述倾角传感器，通过iic总线和mcu进行通信，将测得的杆塔倾斜角度数据传输给mcu，接收来自mcu的控制命令。

所述位移传感器，通过iic总线和mcu进行通信，将测得的杆塔位移数据传输给mcu，接收来自mcu的控制命令。

所述mcu，为nb-iot传感单元的控制部分，通过iic总线完成对温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、倾角传感器与位移传感器的配置，同时读取上述传感器所传回的温湿度、风速、风向、气压、杆塔倾角与杆塔位移等信息。所述mcu将收到的温湿度、风速、风向、气压、杆塔倾角与杆塔位移等信息，封装为原始传感数据包。所述mcu使用uart（通用异步收发传输器），通过spi总线和nb-iot传感模块进行通信，将原始传感数据包交付给nb-iot传感模块。

所述nb-iot传感模块，用于接收mcu传递的原始传感数据包，并将所述原始传感数据包封装，进行进一步的数据传输；所述nb-iot传感模块使用了bpsk解码技术。

所述电源模块，包括太阳能电池板与蓄电池，用于为nb-iot传感模块、mcu模块、倾斜检测模块与环境检测模块提供能量。

所述iot管理平台为对数据包进行接收并对其按时间、区域进行划分、处理的大型服务器。而监测中心则是各对应地区的一组与服务器相连的计算机，用于对不同区域的数据进行即时有效的处理。

本发明之基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，通信距离远，抗干扰能力强，低成本，低功耗，可实现大量连接，深度覆盖，可靠性强。能够有效满足杆塔倾斜状态监测的各方面具体要求。

附图说明

图1为本发明基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统的总体结构框图。

图2为图1所示的基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统的nb-iot传感单元的具体结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明做进一步说明：

如图1和图2所示，本发明是一种基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，其检测所获得的数据传输采用nb-iot技术进行通信。杆塔倾斜状态监测系统，包括nb-iot传感单元u1、nb-iot基站u2、iot核心网u3、iot管理平台u4和监测中心u5。

nb-iot传感单元u1与nb-iot基站u2之间通过星型拓扑结构架设网络，实现数据传输通信功能。nb-iot基站u2到iot核心网u3的过程使用tcp/ip协议进行通信。

nb-iot传感单元u1被安装于杆塔上，用于完成对于环境与杆塔倾斜的数据信息的采集、缓存，预处理以及传输，并将原始传感数据打包，通过无线通信传输至nb-iot基站u2。本实例中共设置有n（n>=1）个nb-iot传感单元。

nb-iot基站u2接收相应的nb-iot传感单元u1发送的原始传感数据包，nb-iot基站u2通过nb-iot核心网u3以及iot管理平台u4与监测中心u5连接，并根据tcp/ip协议将原始传感数据包打包为符合以太网标准的数据格式。

监测中心u5能够实时获取并处理分析大量数据包，这些数据包分别由不同的nb-iot传感单元u1所采集，并经由nb-iot基站u2、iot核心网u3以及iot管理平台u4传输。当所测的各项传感器数据与正常工作状态下的各项数据的标准值的差距达到监控中心上的预设差值时，即可迅速派出人手，对对应区域杆塔进行人工检修与维护，在无需长时间进行人工巡线的前提下，保证有效避免因杆塔倾斜而导致的安全隐患。

nb-iot传感单元u1如图1所示，包括环境检测模块u6、倾斜检测模块u7、mcuu8、电源模块u16和nb-iot传感模块u9。其中，环境检测模块u6包括温湿度传感器u10、风向传感器u11、风速传感器u12和气压传感器u13。倾斜检测模块u7则包括倾角传感器u14和位移传感器u15。电源模块u16包含太阳能电池板u17与蓄电池u18。环境检测模块u6通过iic总线与mcuu8相连接；倾斜检测模块u7通过iic总线与mcuu8相连接；mcuu8与nb-iot传感模块u9通过spi总线相连。

温湿度传感器u10，通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的温度与湿度数据传输给mcuu8，并接收来自mcuu8的控制命令

风向传感器u11，通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的风向数据传输给mcuu8，并接收来自mcuu8的控制命令。

风速传感器u12，通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的风速数据传输给mcuu8，并接收来自mcuu8的控制命令。

气压传感器u13，通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的气压数据传输给mcuu8，并接收来自mcuu8的控制命令。

倾角传感器u14，通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的杆塔倾斜角度数据传输给mcuu8，接收来自mcuu8的控制命令。

位移传感器u15通过iic总线和mcuu8进行通信，将测得的杆塔位移数据传输给mcuu8，接收来自mcuu8的控制命令。

mcuu8，为nb-iot传感单元u1的控制部分，通过iic总线完成对温湿度传感器u10、风速传感器u11、风向传感器u12、气压传感器u13、倾角传感器u14与位移传感器u15的配置，同时读取上述传感器所传回的温湿度，风速风向，气压，杆塔倾角与杆塔位移等信息。mcuu8将上述信息封装为原始传感数据包。mcuu8使用uart，通过spi总线和nb-iot传感模块u9进行通信，将原始传感数据包交付给nb-iot传感模块u9。

nb-iot传感模块u9，用于接收mcuu8传递的传感数据包，并将所述原始传感数据包封装，进行进一步的数据传输；所述nb-iot模块使用了bpsk解码技术。

电源模块u16，包括太阳能电池板u17与蓄电池u18，用于为nb-iot传感模块u9、mcu模块u8、倾斜检测模块u7与环境检测模块u6提供能量。

本发明之基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，具有通信距离远，抗干扰能力强的特点。本发明nb-iot传感单元u1与nb-iot基站u2之间通过星型拓扑结构架设网络，实现数据传输通信功能，通信距离长，抗干扰能力良好，适用于复杂环境。

本发明之基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，具有低成本，低功耗的特点。本发明中所述传感器，mcuu8以及nb-iot传感模块u9，配置时均在保证实现必要功能的前提下，使用低功耗，低成本配置。如所述nb-iot传感模块u9使用sim7000c模块，实现超低功耗的同时确保其性能。所述mcuu8可使用tisimplelinkcc2650f128rgz，其处理状态在48mhz时峰值电流为2.9ma；通信状态接收的峰值电流为5.9ma，发送时的峰值电流为6.1ma。

本发明之基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，具有可提供大量连接，实现深度覆盖的特点。检测所获得的数据采用nb-iot技术进行通信传输，相比较于传统的2g/3g/4g技术，nb-iot技术有50-100倍的上行容量提升，可以实现大量终端接入。同时，与传统的lte技术相比，nb-iot技术能提升20db增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，可覆盖传统通信技术所难以覆盖的区域。

本发明之基于nb-iot技术的杆塔倾斜状态监测系统，具有可靠性强的特点。nb-iot直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、无需依赖外设基站。所述nb-iot单元可直接将数据包传输至现有基站。同时可选择使用单独的180khz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变形，倘若这些修改和变形在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变形也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。