智能高塔数据采集与预警系统的研制

智能高塔数据采集与预警系统的研制
【摘要】高压线塔、通讯塔、风力发电支架、建筑物倾斜的姿态检测与预警报警是目前安全生产、民生保障越来越重视的自动监测系统。

系统基于单片机，对风速、风向、温度、倾斜角采集。

预警系统将收集到的状态参量以及报警数据以XML格式存入SD卡中。

用户通过上位机下载SD卡中存储的历史数据和报警数据文档，然后载的文档进行XML解析，以表格、图形等形式向用户显示高塔数据。

通过对数据的分析，系统可以实现高塔的智能数据采集以及塔预警。

【关键词】高塔预警;倾斜角;低功耗;无线传输
引言
在电力设施建设过程中，高塔是重要的供电辅助设备;在移动通信网络建设过程中，高塔是重要的移动通信辅助设备。

由于一些自然现象，以及矿山的开采、工程质量、人为破坏等原因造成塔体倾斜，会导致电力传输的中断和通信的中断。

高塔塔体的倾斜，有两种情况，一种是由于气象导致的临时性倾斜，例如刮风造成的倾斜，风过后，可以恢复;另一种是永久倾斜，例如地基沉降造成的。

而高塔倾斜的监测需要监测永久倾斜的情况，这就需要根据气象参数区分永久倾斜和临时倾斜。

传统的监测单纯依靠巡检人员携带经纬仪，水平仪进行对倾斜度测量、标定，对垂直度超标，通过长期不间断的观察，进行针对性调整。

本文针对高塔倾斜安全方面监控，采用传感器技术，对高塔倾斜度以及风速、风向进行数据采集、存储，并通过无线将监测数据传输至监控电脑，及时提供不间断的观察数据，为后续的高塔预警系统提供依据。

1.系统的总体构架
该系统由数据采集终端和数据接收上位机两部分组成。

数据采集终端由高精度倾斜角、风速、风向和温度传感器、单片机、SD卡存储模块、无线传输模块和太阳能供电模块组成，用于实现传感器数据的采集、存储、传输。

数据接收上位机软件实现对数据的接收、显示和对采集终端的远程控制。

2.高塔倾斜监测系统的硬件设计
系统以STM32单片机为核心，传感器实现对高塔的状态参量的采集，SD卡实现对数据的存储，WIFI模块实现对数据的传输。

2.1 数据采集模块
系统针对高塔安装的行业标准，垂直度必须保证在0.1%的精度。

在标准测试条件下，通过精度达到0.6″的高精度倾斜角校验台，进行线性度校准，可以使倾斜角传感器在±30°全量程范围内误差小于0.003°。

风速传感器输出信号为脉冲，直接连入单片机。

该传感器分辨率为0.1m/s，产品功耗50mW。

风向传感器输出信号为电压，通过ADC口连入单片机。

该传感器的准确度为±3度，产品功耗5.5mW。

单片机采用的是低功耗的stm32单片机，超低功耗可以保证太阳能供电系统在阴雨天气的续航能力。

2.2 数据存储模块
高塔自动监测数据采集终端需要长期、连续、自动的记录各种检测数据。

需要配备大容量、不挥发、高可靠的数据存储介质，选用MMC/SD数据存储卡。

数据存储格式为XML格式。

2.3 无线传输模块
无线模块支持串口通信，模块与单片机串口连接。

模块内部有TCP/IP协议栈，单片机可以直接将数据转换为TCP/IP数据包发送和接收TCP/IP数据包。

2.4 太阳能供电系统
系统采用太阳能供电。

白天，太阳能板所输出的电能存储在蓄电池里，同时供给负载使用;当蓄电池电量达到规定限度时，停止对蓄电池充电。

晚上和阴雨天，蓄电池里存储的电能供给负载使用。

3.高塔倾斜监测系统的软件设计
系统的软件设计包括两部分：基于KEIL软件平台的单片机控制程序编写;基于C++语言的上位机软件。

3.1 单片机控制程序
单片机主要采用C语言编写，主程序流程是对系统时钟、GPIO口、中断的配置以及定时器、ADC、串行通讯模块和文件操作系统的初始化;系统根据设定的时间间隔，将数据写入XML文件，并存入SD卡，如果所采集的数据超过预设警戒线，则将此时的日期、时间写入警报文件;根据上位机指令，进行时间校准、预警线设置、倾斜角清零。

3.2 上位机监测系统
上位机软件采用C++语言开发，共有四个页面。

数据采集：上位机与采集终端的连接与断开;数据文件的接收;实时数据的监
测与显示;采集终端时间校准。

历史数据：根据输入日期，获取该日期下的数据，同时数据列表中标示出报警数据。

报警数据：显示历史所有报警数据，可在数据列表中显示当天的历史数据。

设置：设置文件存储路径、预警线的设置、倾斜角传感器清零。

4.结论与结束语
本项研究取得了如下成果：
（1）系统集成了倾斜角、风速、风向、温度等气象条件综合参数，具备自动采集功能，采集间隔可设置，监测到超过预警值，可以加密采集;
（2）整个系统具有数据日常存储与无线通讯获取数据功能，可存储至少10年的数据;
（3）系统采用xml格式进行存储，使得数据可读性提高，方便导入导出数据库;
（4）上位机实现了数据接收、Wi-Fi工作状态切换、采集终端时间校准、倾斜角清零、预警线设置。

本文进行了高塔的状态监测与预警系统的设计，传感器对高塔的状态参量采集，sd卡存储，利用无线网络传输，通过上位机对数据进行解析，提高了效率，降低成本。

随着我国电力设施与网络设备的不断建设和发展，高塔监测将越来越精确、智能。

同时，此系统在建筑业等其他方面也有很广阔的市场。

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