基于物联网技术的无线铁塔状态监测系统研究

摘要

随着经济的快速发展，电能已经成为了一种十分重要的能源。高压输电线路是进行电能传输的重要组成部分，其中铁塔是线路中架空支撑体，在高压输电线路中起着十分重要的作用。气象灾害、地质坍塌、采矿区土层松动等都严重威胁着输电电网的正常稳定运行，甚至存在不能及时确定发生故障具体位置的情况。对输电铁塔进行在线监测，可以有效、快速的发现铁塔运行中出现状况，甚至能够提前进行维护、检修。
　　本文通过调研国内外输电铁塔状态在线监测研究现状，设计出一种基于物联网技术的无线铁塔状态监测系统。系统主要分为传感采集终端、无线通信传输、监控中心三部分。系统实现了对铁塔环境温湿度、倾角状态量的监测（可根据需要嵌入其他状态量的监测，如电压、电流、风速等），通过ZigBee与GSM无线通信网络，将状态数据发送到监控中心。监控中心实时显示接收到的数据并实现数据库存储，为以后分析铁塔运行状态变化提供参考数据。
　　倾角采集终端采用CC2530处理器控制MMA8451三轴加速度传感器，调用改进后的倾角算法监测铁塔倾角；无线通信部分结合ZigBee和GSM无线通信技术，实现铁塔状态量的汇总与远距离发送至监控中心；上位机程序采用Qt Creator开发，移植Sqlite3数据库，并对接收到的数据实现存储、历史查询；实验阶段监控中心基于ARM处理器，通过Linux系统移植实现移动式监控终端以及对上位机的触摸控制。
　　实验室条件下，对无线监测系统进行了性能测试。设计了不同的实验方式，对系统的丢包率、精确度、稳定性进行的测试，并分析了产生误差的原因。根据测试实验结果，在发送周期大于2秒的情况下，系统基本不出现丢包现象；精确度测试在倾斜角大于3°上，误差在3.1％以内，温湿度监测也充分利用了传感器的精确度；系统的稳定度测试表明系统的倾角监测稳定度比较高。本系统还需要进一步完成在野外环境下测试。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 铁塔健康监测技术的国内外研究现状

1.3 本文课题研究的主要工作内容

1.4 本章小结

第二章 无线铁塔状态监测方案设计研究

2.1 无线铁塔状态监测系统简介

2.2 物联网技术

2.3 无线传感网络技术

2.4 ZigBee无线网络

2.5 本章小结

第三章 铁塔状态智能监测系统的硬件设计

3.1 系统总体结构

3.2 传感器采集节点

3.3 ANSYS模型仿真与安装位置研究

3.4 无线传感网络模块

3.5 监控终端模块

3.6 本章小结

第四章 铁塔状态智能监测系统的软件设计

4.1 监测系统的软件总体框图

4.2 倾角值算法设计

4.3 传感采集节点软件设计

4.4 协调器节点的软件设计

4.5 上位机人机界面的软件开发

4.6 Linux系统移植

4.7 本章小结

第五章 系统调试与测试结果

5.1 系统各模块功能调试

5.2 上位机界面功能测试

5.3 系统性能的测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录