基于單片機(jī)的輸電線路桿塔的監(jiān)控設(shè)計(jì)

季亮等

摘要：這個(gè)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的故障檢測(cè)系統(tǒng)，采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)。通過(guò)使用拉壓力傳感器來(lái)完成桿塔受力情況的采集，使用傾斜角傳感器來(lái)完成桿塔傾斜角度的測(cè)量。將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)STC90C5A60S2進(jìn)行與原始數(shù)據(jù)對(duì)比，將故障桿塔編號(hào)通過(guò)通信模塊發(fā)送到控制中心。該系統(tǒng)電路制作簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，效果理想，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：拉壓力；傾斜角；單片機(jī)；STC90C5A60S2

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）09-0230-02

Abstract： This design is a fault detection system based on MCU. It uses modular， hierarchical design. It uses the pressure sensor to complete the acquisition of the tower stress. And it uses a tilt angle sensor to measure the tower inclination angle. The measured data contrasts with the original data through the microcontroller STC90C5A60S2. The fault pole number will be sent to the control center through the communication module. The system is simple and stable. The effect is ideal. It has the very high application value.

Key words： tension and pressure； inclination； MCU；STC90C5A60S2

桿塔頂部可用面積小，拉力采集裝置放置在桿塔和絕緣子的連接處，通過(guò)桿塔和絕緣子的拉力來(lái)判斷輸電線的負(fù)載。傾斜角度采集裝置放在桿塔頂端的平整位置，來(lái)確定桿塔是否傾斜（需給其一個(gè)初始角度的允許范圍）。通過(guò)簡(jiǎn)單的單片機(jī)來(lái)完成本次設(shè)計(jì)，不僅能節(jié)省成本，而且效果理想，也是我們?cè)O(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)是依靠拉壓力采集模塊與傾斜角度采集模塊及單片機(jī)最小系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)桿塔是否發(fā)生故障，一旦檢測(cè)到故障的數(shù)據(jù)單片機(jī)STC90C5A60S2會(huì)發(fā)出一個(gè)關(guān)于故障的數(shù)字信號(hào)，再傳輸給通信模塊SIM900A，發(fā)送提醒至控制中心。整個(gè)系統(tǒng)由測(cè)量部分（包括拉壓力采集模塊，傾斜角度采集模塊），控制系統(tǒng)（單片機(jī)最小系統(tǒng)），通信部分（GSM模塊）組成。設(shè)計(jì)圖如下：

1.1 電源模塊

電源電路的設(shè)計(jì)對(duì)本次設(shè)計(jì)有非常重要的作用。一般而言，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)由大量的模擬電路和大量的數(shù)字電路組成，這兩類電路對(duì)電源的具體要求是不一樣的，往往數(shù)字電路會(huì)干擾到模擬電路的使用。因此，電源設(shè)計(jì)除了要有特定的輸入、輸出電壓和輸入、輸出電流外，還要求能夠擁有紋波小、體積小、效率高、噪聲低、可靠性高以及一定的抗干擾能力和抗電磁兼容性等特性。

本次電路設(shè)計(jì)的電源模塊選用的是12V輸出的直流穩(wěn)壓電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，之后經(jīng)過(guò)降壓模塊給傳感器，通信設(shè)備以及單片機(jī)最小系統(tǒng)供電。

1.2拉壓力采集模塊

QLLY拉壓力傳感器能輸出桿塔的受壓力情況，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)不間斷的檢測(cè)。拉壓力傳感器又稱作電阻應(yīng)變式傳感器，是一種能夠把物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成為可測(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。S型拉壓力傳感器通常用在指定的標(biāo)準(zhǔn)稱量中，尤其在一些要求高精度的工業(yè)稱量系統(tǒng)中使用廣泛。因?yàn)镼LLY拉壓力傳感器的高度可靠性以及密封設(shè)計(jì)，即使在惡劣環(huán)境下仍能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的工作，所以我們?cè)诒敬蔚碾娐吩O(shè)計(jì)中選擇了這個(gè)傳感器。桿塔常年曝曬在陽(yáng)光下，要求傳感器能適應(yīng)各種氣候條件，QLLY拉壓力傳感器能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)此傳感器的輸出端有屏蔽信號(hào)干擾的作用，是測(cè)量更加準(zhǔn)確。QLLY拉壓力傳感器連接到BSQ-2變送器進(jìn)行模擬信號(hào)的放大。BSQ-2變送器的工作電壓是12V，能產(chǎn)生10V的激勵(lì)電壓供給QLLY拉壓力傳感器供電，把QLLY拉壓力傳感器采集到的mV級(jí)的信號(hào)放大到V級(jí)，之后傳輸給單片機(jī)。

1.3 傾斜角度采集模塊

ADXL335傳感器是一種高精度、低功耗及單一的IC芯片加速度傳感器，其電壓在1.8V至3.6V之間，在–55°C 到125°C溫度范圍內(nèi)，采用5×5×2 mm的LCC的封裝。具有質(zhì)量輕巧的特點(diǎn)，本產(chǎn)品PCB模塊尺寸僅22mm×23mm。ADXL335傳感器能夠?qū)U塔相比于垂直情況的傾斜情況即時(shí)發(fā)送給單片機(jī)，如果傾斜角度與設(shè)定的角度偏差較大時(shí)，單片機(jī)通過(guò)通信模塊將故障桿塔編號(hào)發(fā)送至終端。

1.4 通信模塊

SIM900A模塊是一款采用SMT封裝，其體積更為小巧的GSM/GPRS模塊，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，性能強(qiáng)大，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序，性能強(qiáng)大可靠。其GPRS模塊，是以移動(dòng)數(shù)據(jù)的形式完成信息的傳輸，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的地方，會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?，不能使用GPRS功能。所以我們選擇以GSM模塊來(lái)完成單片機(jī)與終端的數(shù)據(jù)傳輸，在終端會(huì)顯示具體哪個(gè)桿塔出現(xiàn)問(wèn)題，從而派工作人員前往事故現(xiàn)場(chǎng)，處理問(wèn)題。

1.5 最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)選用的單片機(jī)型號(hào)為：STC90C5A60S2。這款單片機(jī)本生具有高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，高可靠的性能、功耗低、抗靜電、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的8051的指令代碼完全適用于這款單片機(jī)，但這款的反應(yīng)速度更快，工作電壓為3.5-5.5V，工作頻率為0-35MHz，有自帶的A/D裝換，10位精度的ADC，能夠減少硬件的使用，簡(jiǎn)化電路的硬件設(shè)計(jì)，使電路的體積更加小巧，輕便。

1.6 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)設(shè)計(jì)的完成是依靠硬件電路與軟件程序的配合，通過(guò)對(duì)硬件電路的定型使軟件程序也一并確定下來(lái)了。整個(gè)軟件程序是包括主程序和子程序兩部分。主程序是完成對(duì)硬件電路的初始化的設(shè)置，子程序來(lái)完成其他模塊的調(diào)用等功能。

我們?cè)谥鞒绦蛑?，完成了?duì)QLLY拉壓力傳感器、ADXL335傳感器的初始化設(shè)置，同時(shí)通過(guò)傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理通過(guò)SIM900A模塊發(fā)送至控制中心。主程序模塊框圖如下：

2 結(jié)束語(yǔ)

本此設(shè)計(jì)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)來(lái)完成桿塔的故障檢測(cè)控制的設(shè)計(jì)，在檢測(cè)過(guò)程中是通過(guò)QLLY拉壓力傳感器，ADXL335傳感器采集桿塔受力和傾斜角度，以單片機(jī)STC90C5A60S2為核心控制部件，并通過(guò)SIM900A模塊實(shí)現(xiàn)和終端的數(shù)據(jù)傳輸。我們此次的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片機(jī)在桿塔監(jiān)控中的應(yīng)用，能夠在其他方面進(jìn)行更好的推廣。

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