CN114234922A - 杆塔在线监测*** - Google Patents

Abstract

杆塔在线监测***，涉及在线监测领域。为了解决现有监测***组网困难、传输数据易碰撞或丢失，导致监测精度低的问题。每个倾角传感器，采集电力杆塔的塔身角度、角速度和加速度；每个温度传感器，实时采集环境温度；每个杆塔节点板，将同一时刻接收到的塔身角度、角速度、加速度和环境温度整合在一起，经过模数转换，得到16进制数据，16进制数据添加地址、信道和对应识别码后，得到整理数据通过Lora发送模块和Lora接收模块发送给杆塔网关板，杆塔网关板，用于对接收到的每个整理数据转化为10进制数据，解析出识别码对应的杆塔节点板所处的电力杆塔塔身数据上报给云平台，移动端从云平台接收数据。它用于监测杆塔倾斜。

Description

杆塔在线监测***

技术领域

本发明涉及杆塔监测***，涉及电力设备在线监测技术领域。

背景技术

随着科技的发展，功率传输量的提高，现在社会中输电线路杆塔的数量与日俱增，与此同时伴随而来的意外安全事故也是层出不穷。近些年来输电线路杆倒塌、线路断线等事故频频发生，这不仅会引起电力***的连锁反应，同时也会给国民经济带来非常大的损失。为了避免杆塔倒塌的事故发生，通常会采用物联网的监测***进行监测。在一种输电杆塔倾斜监测预警***及方法(公布号CN113701713A，公开公告日：2021-11-26)中公开了一种输电杆塔倾斜监测预警***及方法，包括依次连接的数据采集装置、无线通信装置、服务器以及移动终端；将实时采集的数据发送给服务器；所述服务器被配置为对采集的输电杆塔倾斜角度以及输电杆塔下地基的沉降程度与设定的阈值进行比较判断，并将结果发送到移动终端。在一种输、配电线路的杆塔姿态在线监测装置及方法(公布号CN113670262A，公开公告日：2021-11-19)中也公开了一种在线监测装置，其中包括第一GNSS天线，第二GNSS天线，定位模组，MCU处理器等。通过定位模组处理GNSS天线的数据发送到卫星进行姿态判别。

在这两种监测杆塔的方法中，由于使用了Zigbee传感网络，导致广域网的传输距离短，组网困难，节点部署较多，速度慢的问题。而且对于覆盖范围、自然环境复杂多变并且分布不均的应用场所，传统的Zigbee已经不太能满足应用的要求。GNSS主要负责定位，如果用于监测电力杆塔的倾斜角度，对于监测杆塔的姿态精度并不高，因而不能实现很好的实时在线监测。此外，对于广域网多个节点向同一节点发送数据导致数据冲突的问题，以上两种方法并没有给出很好的解决办法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有监测***组网困难、传输数据易碰撞或丢失，导致监测精度低的问题，提出了杆塔在线监测***。

杆塔在线监测***，所述***包括多个温度传感器、多个倾角传感器、多个杆塔节点板、Lora发送模块、Lora接收模块、杆塔网关板、NBoit模块、云平台和移动端，

每个电力杆塔塔身均安装一个倾角传感器、一个温度传感器、一个杆塔节点板和一个Lora发送模块；

每个倾角传感器，用于实时采集电力杆塔的塔身角度、角速度和加速度传送给杆塔节点板；

每个温度传感器，用于实时采集环境温度传送给杆塔节点板；

每个杆塔节点板，用于将同一时刻接收到的塔身角度、角速度、加速度和环境温度整合在一起，得到整合数据经过模数转换，得到16进制数据，对该16进制数据添加地址、信道和对应识别码后，得到的整理数据通过Lora发送模块发送给Lora接收模块，通过Lora接收模块将整理数据发送给杆塔网关板，且每个整理数据达到设定延时时间后再通过Lora发送模块和Lora接收模块发送给杆塔网关板；

杆塔网关板，用于对接收到的每个整理数据去除地址和信道，得到的数据转化为10进制数据，从该10进制数据中解析出识别码对应的杆塔节点板所处的电力杆塔塔身的加速度、角速度、角度和环境温度，并将加速度、角速度、角度和环境温度通过NBoit模块上报给云平台；

云平台，用于存储和显示加速度、角速度、角度和温度；

移动端，用于从云平台接收加速度、角速度、角度和温度，进行显示。

本发明的有益效果是：

1、在电力杆塔塔身上安装GSP20 AIS10型倾角传感器、温度传感器、STM32单片机和Lora发送模块。倾角传感器用于实时测量电力杆塔的塔身角度；温度传感器用于测量昼夜温差；STM32单片机用于接收倾角传感器传来的数据，一方面将数据存储到E2芯片里方便后续使用，另一方面将数据从杆塔节点板处传输到杆塔网关板处，并且负责整个测量传输装置的能源提供。

杆塔网关板处负责将杆塔节点板传来的倾角数据、加速度、温度等数据上传至云平台，杆塔网关板包含STM32单片机、Lora接收模块、NBiot模组。STM单片机负责接受数据，发送指令和接收指令、Lora模块负责接收杆塔节点传来的数据、NBiot模组用于连接云平台并将数据上报至云平台进行分析。

云平台采用***ONENET物联网云平台搭建界面，负责实时显示电力杆塔倾斜角度、振动加速度、环境温度，拥有对大角度变化的报警功能，可以对杆塔网关板下发命令的功能。云平台一方面将采集到的数据传入大数据平台，可以在大范围内提供更高的计算效率和实施对大容量数据进行存储，另一方面将数据传到移动端，方面随时随地观察电力杆塔的倾斜状态。做到实时监测电力杆塔的倾斜角度，避免了事故的发生，传输速率快，精度高。

2、使用的GSP20 AIS10型倾角传感器，搭载了四元数姿态解算和动态卡尔曼滤波算法，能够在恶劣动态的环境下准确输出当前姿态，姿态测量精度0.05°，稳定性极高，性能甚至优越于某些倾角仪。

3、利用本申请的监测***得到数据后在后续可以通过建立杆塔倾斜的数学模型能够帮助分析影响电力杆塔的倾斜的因素，比如电力杆塔的结构，沉降量，风速大小等。

杆塔倾斜的数学模型：塔架所受荷载分为固定荷载和可变荷载。固定荷载主要是杆塔的重力荷载，而对于某一特定的杆塔的重力是固定不变的，对杆塔倾斜的影响用时间函数表示。有效分析引起杆塔倒塌的因素，对采集到的数据能合理的解析，利用。

4、对于多发一收的广域网数据传输碰撞问题，提出了一种基于时隙ALOHA的节点数据防碰撞算法，节点处通过采集网关处分配的随机数，延时上报数据，避免多个数据同时发送引起的信道冲突问题，即：杆塔节点板得到的每个整理数据要达到设定延时时间后再通过Lora发送模块发送给杆塔网关板，防止两个或多个整理数据同时传输发生碰撞，解决了多发一收的数据丢失，数据混乱的问题。

5、对于设计杆塔节点板和杆塔网关板的防耗电电路和低功耗模式，可以使得测量装置在待机时的最低电流小于20μA，使用5000mA的锂电池供电，测量装置可以连续工作2-3年，解决了电力杆塔不能提供电源的问题。

6、***Onenet云平台由***打造的PaaS物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。通过创建NBiot模块(NBIot模块用于接收数据，来给云平台界面提供数据)，接收来自杆塔网关板处传来的数据，实时显示监测数据，监测杆塔的姿态。

附图说明

图1和图2均为杆塔在线监测***的原理示意图；

图3为GSP20AIS10型倾角传感器的结构图，图3(a)为GSP20AIS10型倾角传感器的正视图，图3(b)为图3(a)的俯视图，图3(c)为图3(a)的右视图；

图4为杆塔节点板的原理示意图；

图5为一号主控模块的电路原理图；

图6为GSP20AIS10型倾角传感器的接口电路原理图；

图7为一号开机电路的原理图；

图8为一号锂电池充电电路的原理图；

图9为一号防耗电和测量电压电路的原理图；

图10为二号主控模块的电路原理图；

图11为报警电路的原理图；

图12为USB-TLL电路的原理图；

图13为BC20模组的原理图；

图14为SIM卡电路的原理图；

图15为陀螺仪每隔6s采集一次节点处数据的X轴角度曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的杆塔在线监测***，所述***包括多个温度传感器2、多个倾角传感器1、多个杆塔节点板3、Lora发送模块4-1、Lora接收模块4-2、杆塔网关板5、NBoit模块6、云平台7和移动端8，

每个电力杆塔塔身均安装一个倾角传感器1、一个温度传感器2、一个杆塔节点板3和一个Lora发送模块4-1；

每个倾角传感器1，用于实时采集电力杆塔的塔身角度、角速度和加速度传送给杆塔节点板3；

每个温度传感器2，用于实时采集环境温度传送给杆塔节点板3；

每个杆塔节点板3，用于将同一时刻接收到的塔身角度、角速度、加速度和环境温度整合在一起，得到整合数据经过模数转换，得到16进制数据，对该16进制数据添加地址、信道和对应识别码后，得到的整理数据通过Lora发送模块4-1发送给Lora接收模块4-2，通过Lora接收模块4-2将整理数据发送给杆塔网关板5，且每个整理数据达到设定延时时间后再通过Lora发送模块4-1和Lora接收模块4-2发送给杆塔网关板5；

杆塔网关板5，用于对接收到的每个整理数据去除地址和信道，得到的数据转化为10进制数据，从该10进制数据中解析出识别码对应的杆塔节点板3所处的电力杆塔塔身的加速度、角速度、角度和环境温度，并将加速度、角速度、角度和环境温度通过NBoit模块6上报给云平台7；

云平台7，用于存储和显示加速度、角速度、角度和温度；

移动端8，用于从云平台7接收加速度、角速度、角度和温度，进行显示。

本实施方式中，

通过GSP20 AIS10型倾角传感器和Lora无线通信、NBiot窄带物联网的配合，可以将数据传输至云平台实时监测，图15中为每隔6s采集一次节点处的数据。可以看出，采集精度在0.1°。可以满足大部分电力杆塔的监测需求，提高了实用性，便于推广。

本申请提出的一种基于GSP20 AIS10型倾角传感器，LORA组网通讯技术，NBiot窄带物联网技术，***云平台的实时在线监测***，从而实时在线监测电力杆塔的倾斜角度，传输速率快，精度高，可随时查看杆塔的状态并且提出了节点数据防碰撞算法，可以完美解决多发一收的数据丢失，数据混乱的问题。

本申请提供的一种杆塔云平台在线监测***，***的工作原理为：

在杆塔节点板中，由STM32F103C8T6单片机作为控制数据传输，发送命令，低功耗模式，数据计算，数据解析的MPU，将GSP20AIS10型倾角传感器采集到的模拟信号经过模数转换，再转化成HEX16进制，添加地址，信道，识别码后通过Lora发送模块传输到Lora接收模块，再传给杆塔网关板，杆塔网关板将接收到的16进制数据转化为10进制，得到真实角速度，加速度，角度，温度值，将得到的数据通过NBoit模块6传给云平台。其中，进制的转换为现有技术，例如：HEX16进制的，如下：

55 51 D8 01 C8 FF 83 06 32 F4 0D 55 52 F4 FF DF FF 3B 00 33 F4 DA 5553 25 FF 04 F6 FB EE 32 F4 CF

其中，55识别码，51加速度识别码，D8 01 X轴加速度，C8 FF Y轴加速度，83 06 Z轴加速度，32 F4温度，0D校验和，同理：55 52角速度，55 53角度。

经过杆塔节点板整理，数据从LORA模块传出，数据如下：

[11:12:54.185]收←◆00 05 06 01 00 1C 55 51 C7 01 B6 FF A8 06 4C F412 55 52 0A 00 0D 00 00 00 4A F4 F2 55 53 A2 FE 71 F5 BF EF 45 F4 95

[11:12:56.272]收←◆00 05 06 01 00 1B 55 51 39 02 AD FF 27 06 7C F41D 55 52 00 00 34 00 69 FF 7E F4 A8 55 53 3F FE 17 F3 85 F0 7E F4 E3

[11:12:57.316]收←◆00 05 06 01 00 1C 55 51 F2 00 4B 00 4C 06 8E F4B7 55 52 4F 00 DE 00 B1 FE 90 F4 5D 55 53 A3 FF 7D F5 53 ED 8E F4 98

00 05：网关板的LORA模块地址。06：信道。01：节点1识别码。00 1C电池电量。55 51同理。

杆塔网关板接收的数据如下：

01 00 1C 55 51 C7 01 B6 FF A8 06 4C F4 12 55 52 0A 00 0D 00 00 00 4AF4 F2 55 53 A2 FE 71 F5 BF EF 45 F4 95

数据去除了地址，信道。

解析：

传进网关板的原始数据，需要转化为10进制真实角速度，加速度，角度，温度值。

其中从该10进制数据中解析出加速度表示为：

ax＝((AxH<<8)|AxL)/32768*16g；

ay＝((AyH<<8)|AyL)/32768*16g；

az＝((AzH<<8)|AzL)/32768*16g；

式中，ax、ay和az分别为X轴、Y轴和Z轴的加速度值，AxH表示整理数据中X轴加速度的高8位，AxL表示整理数据中X轴加速度的低8位，(AxH<<8)|AxL)为整理数据中X轴加速度转化成的10进制数，AyH表示整理数据中Y轴加速度的高8位，AyL表示整理数据中Y轴加速度的低8位，(AyH<<8)|AyL)为理数据中Y轴加速度转化成的10进制数，AzH表示整理数据中Z轴加速度的高8位，AzL表示整理数据中Y轴加速度的低8位，(AzH<<8)|AzL)为整理数据中Z轴加速度转化成的10进制数，g表示为重力加速度。g取9.8m/s2。

例如：C7 01＝1100 0111 0000 0001，1100的1是符号，1为负，0为正。100 01110000 0001转化为10进制为18177，

18177/32768*16*9.8＝86.98m/s2。

从该10进制数据中解析出角速度表示为：

wx＝((wxH<<8)|wxL)/32768*2000(°/s)；

wy＝((wyH<<8)|wyL)/32768*2000(°/s)；

wz＝((wzH<<8)|wzL)/32768*2000(°/s)；

式中，wx、wy和wz分别为X轴、Y轴和Z轴的角速度值，wxH表示整理数据中X轴角速度的高8位，wxL表示整理数据中X轴角速度的低8位，(wxH<<8)|wxL)为整理数据中X轴角速度转化成的10进制数，wyH表示整理数据中Y轴角速度的高8位，wyL表示整理数据中Y轴角速度的低8位，(wyH<<8)|wyL)为理数据中Y轴角速度转化成的10进制数，wzH表示整理数据中Z轴角速度的高8位，wzL表示整理数据中Z轴角速度的低8位，(wzH<<8)|wzL)为整理数据中Z轴角速度转化成的10进制数。

对于角速度计算，例如：01 00 1C 55 51 C7 01 B6 FF A8 06 4C F4 12 55 520A 00 0D 00 00 00 4A F4 F2 55 53 A2 FE 71 F5 BF EF 45 F4 95

16转10进制后，去除符号位。22FE＝8958，8958/32768*180＝49.21。取小数点后1位，为49.2度。符号位为1，负数，-49.2即为此刻测得的真实值。

从该10进制数据中解析出角度表示为：

Roll＝((RollH<<8)|RollL)/32768*180(°)

Pitch＝((PitchH<<8)|PitchL)/32768*180(°)

Yaw＝((YawH<<8)|YawL)/32768*180(°)

式中，Roll、Pitch和Yaw分别为滚转角，俯仰角和偏航角度，RollH表示整理数据中X轴角度的高8位，RollL表示整理数据中X轴角度的低8位，(RollH<<8)|RollL)为整理数据中X轴角度转化成的10进制数，PitchH表示整理数据中Y轴角度的高8位，PitchL表示整理数据中Y轴角度的低8位，(PitchH<<8)|PitchL)为整理数据中Y轴角度转化成的10进制数，YawH表示整理数据中Z轴角度的高8位，YawL表示整理数据中Z轴角度的低8位，(YawH<<8)|YawL)为整理数据中Z轴角度转化成的10进制数。

电源部分通过图8的TP4065电源管理芯片给供电锂电池充电，输入电路为5V输入，如果需要临时关闭电源，按下图7中电源关机按键K1即可。而图7中的按键SW2为带自锁的按键，用于控制电路开关机，就像电视开关键一样，而K1是不带自锁的按键，按住会使电源临时关闭，调试时用；

图5中的JI为boot0启动引脚，J2也为boot1启动引脚，用于负责控制STM32F103CBT6在SRAM和Flash之间启动切换；boot0:0，boot1:X为Flash启动；boot0:1，boot1:0为ISP启动；boot0:1，boot1:1为SRAM启动。

数据采集进来后可以通过E2数据存储芯片进行数据存储，方便以后使用数据，进行二次加工，图5中的晶振X1为32.768khz外部晶振负责提供实时时间，SWD接口负责给STM32F103CBT6主控芯片做程序调试的接口，晶振X2为8M晶振负责提供高速的晶振频率，外部唤醒按键、复位按键、用于单片机的调试，控制Lora模块PIN1的按键、控制Lora模块PIN2的按键负责控制Lora模块的传输模式，Lora模块接口负责接通SX1278Lora模块，用于广域网数据传输。

杆塔网关板负责接受广域网杆塔节点处传来的数据并上报给云平台服务器实时监测。其中，对于网关板：Micro USB接口负责给网关板供电和给锂电池充电，图12中Ch340E芯片用于给STM32F103CBT631芯片下载程序和调试串口。对于主控STM32F103CBT6芯片，负责接收来自Lora模块处传来的节点板数据，再进行数据解析，对于16进制数据，通过除以32768乘以180°，获取真实角度数据，加速度(可以转化为振动)，温度同理，再通过拷贝到RXBUFF[]定义的缓冲数组里，写进AT指令，通过NB模组和SIM物联网卡发送ATNOTIFY指令发送到云平台实时显示数据。电源部分通过1.25mm接口的电池供电，USB供电开关和电池供电开关负责电源的开关，SWD接口负责单片机STM32F103CBT6芯片的程序下载与调试。图13中GNSS天线用于收发定位信号，BOOT引脚用于决定STM32F103CBT631芯片的启动模式，RF射频天线用于NB模组的发送数据功能，可以增强信号。对于Wake up唤醒按键、复位按键可以决定单片机的待机与复位，报警蜂鸣器用于节点杆塔倒塌的提醒功能，Lora模块用于发送命令。

云平台接收到数据后，可以实时显示，发送到数据库进行数据处理，也可以将数据发送到移动端界面进行查看。从而实时监测电力杆塔的倾斜角度，避免了事故的发生。

本实时方式中，Lora模块是广域网，NBoit模块是负责将数据上传云平台上的，云平台是***onenet物联网云平台。识别码是用于识别杆塔节点板的，例如识别码01就是1号杆塔节点板传来的数据，02就是2号杆塔节点板传来的数据，每个杆塔节点板对应一个输电杆塔。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，倾角传感器1包括陀螺仪模块、加速度计模块和数字运动处理器模块，

陀螺仪模块，内置四元数姿态解算算法和动态卡尔曼滤波算法，用于测量电力杆塔塔身的角度传送给数字运动处理器；

加速度计模块，用于测量电力杆塔塔身的加速度和角速度传送给数字运动处理器；

数字运动处理器，用于对电力杆塔塔身的角度、加速度和角速度进行修正，得到准确的电力杆塔塔身的角度、加速度和角速度传送给杆塔节点板3。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，每个杆塔节点板3均包括一号主控模块、一号供电电池充电电路、一号开关机电路、一号防耗电和测量电压电路、USB供电及陀螺仪接口电路和LORA接口及串口传输电路；

倾角传感器1角度信号输出端连接USB供电及陀螺仪接口电路的角度信号输入端，USB供电及陀螺仪接口电路的角度信号输出端连接一号主控模块的角度信号输入端，

USB供电及陀螺仪接口电路的供电信号输出端同时连接一号开关机电路的供电信号输入端和一号供电电池充电电路的供电信号输入端，一号开关机电路的开关机信号输出端连接一号主控模块的开关机信号输入端，

一号供电电池充电电路的供电信号输出端连接一号防耗电和测量电压电路的供电信号输入端，一号防耗电和测量电压电路的供电信号输出端连接一号主控模块的供电信号输入端，

一号主控模块的数据信号输出端连接LORA接口及串口传输电路的数据信号输入端，LORA接口及串口传输电路的数据信号输出端连接Lora发送模块4-1的数据信号输入端。

具体实施方式四：结合图5至图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，一号主控模块包括STM32F103C8T6单片机、电阻R1-R4、电容C1-C6、启动切换模块J1-J2、晶振X1-X2和开关SW1，

STM32F103C8T6单片机的44号引脚连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接启动切换模块J1；

STM32F103C8T6单片机的3号引脚同时连接电容C1的一端和晶振X1的一端，STM32F103C8T6单片机的4号引脚同时连接电容C2的一端和晶振X1的另一端，电容C1的另一端和电容C2的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的5号引脚同时连接电容C3的一端和晶振X2的一端，STM32F103C8T6单片机的6号引脚同时连接电容C4的一端和晶振X2的另一端，电容C3的另一端和电容C4的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的7号引脚同时连接电阻R1的一端、电容C5的一端和开关SW1的一端，电阻R1的另一端连接3.3V电源，电容C5的另一端和开关SW1的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的20号引脚连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接启动切换模块J2；STM32F103C8T6单片机的9号引脚同时连接电容C6的一端和3.3V电源，电容C6的另一端连接电源地；STM32F103C8T6单片机的1号引脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的24号引脚连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的48号引脚、36号引脚和24号引脚均连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的23号引脚、35号引脚、47号引脚和8号引脚均连接电源地；

USB供电及陀螺仪接口包括USB转串口芯片U2、USB充电口U1和陀螺仪接口J3，

USB转串口芯片U2的1至3号引脚连接USB充电口U1的输入端，USB充电口U1的输出端连接供电电源，USB转串口芯片U2的9号引脚连接倾角传感器的3号引脚，USB转串口芯片U2的8号引脚同时连接陀螺仪接口J3的2号引脚和STM32F103C8T6单片机的13号引脚，陀螺仪接口J3连接倾角传感器，USB转串口芯片U2的9号引脚同时连接倾角传感器的3号引脚和STM32F103C8T6单片机的12号引脚，STM32F103C8T6单片机的10号引脚同时连接STM32F103C8T6单片机的7号引脚、电容C7的一端和3.3V电源，电容C7的另一端连接电源地；

一号开关机电路包括电阻R5-R6、二极管D1-D3、三极管Q1-Q2、按键K1、带自锁的按键开关SW2和电容C8，

STM32F103C8T6单片机的39号引脚连接二极管的正极，二极管的负极同时连接二极管D2的负极和按键K1的一端，按键K1的另一端连接电源地，二极管D2的正极同时连接电源地、电阻R6的一端和三极管Q2的栅极，三极管Q2的漏极连接带自锁的按键开关SW2的2号引脚，带自锁的按键开关SW2的1号引脚同时连接电容C8的一端和供电电源，电容C8的另一端连接电源地，三极管Q2的源极同时连接二极管D1的负极、电阻R6的另一端和三极管Q1的源极，三极管Q1的漏极连接电池，三极管Q1的栅极同时连接USB充电口U1的1号引脚、二极管D1的正极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电源地；

一号供电电池充电电路包括电阻R7-R8、电容C9-C10、发光二极管LED1、电池插座和TP4065锂电池充电管理芯片U3，

TP4065锂电池充电管理芯片U3的1号引脚连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端同时连接TP4065锂电池充电管理芯片U3的4号引脚、电容C9的一端和USB充电口U1的1号引脚，电容C9的另一端连接电源地，TP4065锂电池充电管理芯片U3的2号引脚同时连接电阻R8的一端、电容C10的一端、电池负极和电源地，TP4065锂电池充电管理芯片U3的3号引脚同时连接电容C10的另一端和电池正极；电阻R8的另一端连接电源地；

一号防耗电和测量电压电路包括电阻R9-R12、电容C11和三极管Q3，

STM32F103C8T6单片机的14号引脚同时连接电容C11的一端、电阻R11的一端和R12的一端，电阻R12的另一端同时连接电容C11的另一端和电源地，电阻R11的另一端连接三极管Q3的漏极，三极管Q3的源极同时连接电池和电阻R9的一端，电阻R9的另一端同时连接电阻R10的一端和STM32F103C8T6单片机的21号引脚，电阻R10的另一端连接三极管Q3的栅极。

本实施方式中，启动切换模块J1-J2，分别用于使STM32F103C8T6单片机SRAM启动和Flash启动；按键开关SW2，用于按下来控制主控模块的开关机；

按键K1，用于按住使主控模块临时关闭。

具体实施方式五：结合图10至图12说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，杆塔网关板5包括二号主控模块、报警电路、二号防耗电和测量电压电路、USB-TTL电路、二号供电电池充电电路和二号开关机电路；

USB-TTL电路的供电信号输出端连接二号主控模块的供电信号输入端，

USB-TTL电路的USB供电信号输出端同时连接二号开关机电路的USB供电信号输入端和二号供电电池充电电路的USB供电信号输入端，

二号开关机电路的开关机信号输出端连接二号主控模块的开关机信号输入端，

二号供电电池充电电路的供电信号输出端连接二号防耗电和测量电压电路的供电信号输入端，二号防耗电和测量电压电路的供电信号输出端连接二号主控模块的供电信号输入端，

二号主控模块的报警信号输出端连接报警电路的报警信号输入端，

Lora接收模块4-2的数据信号输出端连接二号主控模块的数据信号输入端。

本实施方式中，USB-TTL电路利用USB接口为二号主控模块充电，同时USB-TTL电路为二号供电电池充电电路和二号开关机电路供电，二号开关机电路控制二号主控模块开关机，二号防耗电和测量电压电路，用于采集电池的电压，从而得到电池的电量上报给二号主控模块。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，二号主控模块的电路与一号主控模块的电路结构相同；二号供电电池充电电路的电路结构与一号供电电池充电电路的电路结构相同；号防耗电和测量电压电路的电路结构与一号防耗电和测量电压电路的电路结构相同；二号开关机电路的电路结构与一号开关机电路的电路结构。

具体实施方式七：结合图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，NBoit模块6包括BC20模组和SIM卡电路，

二号主控模块的数据信号输出端连接BC20模组的数据信号输入端，BC20模组的数据信号输出端连接云平台7的数据信号输入端，

BC20模组的数据信号输出端连接SIM卡电路的数据信号输入端，BC20模组的流量信号输入端连接SIM卡电路的流量信号输出端。

本实施方式中，SIM卡为通讯设备提供身份识别卡，每张卡对应一组身份码，可以匹配一个运营商识别号。它存储了客户的信息，加密密钥等内容，可用于GSM网络客户身份进行鉴别。BC20模组通过SIM卡识别网络运营商，这里由***提供数据流量，并且也可以将BC20的接收到的数据存储至SIM卡，方便数据的使用。

具体实施方式八：结合图13和图14说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，BC20模组包括BC20芯片、三极管Q5-Q7、射频天线RF1-RF2、电阻R15、电容C13-C14和电感L1，

BC20芯片的5号引脚连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的的发射极同时连接三极管Q6的基极、电源地和STM32F103C8T6单片机的26号引脚，

BC20芯片的53号引脚连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的的发射极同时连接三极管Q5的基极、电源地和STM32F103C8T6单片机的25号引脚，

BC20芯片的15号引脚连接电容C14的一端，电容C14的另一端同时连接电感L1的一端和射频天线RF2的1号引脚，射频天线RF2的2号引脚连接电源地，电感L1的另一端连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端同时连接电容C13的一端和3.3V供电电源，电容C13的另一端连接电源地，

BC20芯片的41号引脚连接射频天线RF2的1号引脚，射频天线RF2的2号引脚连接电源地，

BC20芯片的37号引脚连接三极管Q7的集电极，三极管Q7的的发射极同时连接三极管Q7的基极、电源地和云平台7的输入端，

BC20芯片的16号引脚、19号引脚、20号引脚、21号引脚均连接SIM卡电路。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八所述的杆塔在线监测***进一步限定，在本实施方式中，倾角传感器1的型号为GSP20 AIS10。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1.杆塔在线监测***，其特征在于，所述***包括多个温度传感器(2)、多个倾角传感器(1)、多个杆塔节点板(3)、Lora发送模块(4-1)、Lora接收模块(4-2)、杆塔网关板(5)、NBoit模块(6)、云平台(7)和移动端(8)，

每个电力杆塔塔身均安装一个倾角传感器(1)、一个温度传感器(2)、一个杆塔节点板(3)和一个Lora发送模块(4-1)；

每个倾角传感器(1)，用于实时采集电力杆塔的塔身角度、角速度和加速度传送给杆塔节点板(3)；

每个温度传感器(2)，用于实时采集环境温度传送给杆塔节点板(3)；

每个杆塔节点板(3)，用于将同一时刻接收到的塔身角度、角速度、加速度和环境温度整合在一起，得到整合数据经过模数转换，得到16进制数据，对该16进制数据添加地址、信道和对应识别码后，得到的整理数据通过Lora发送模块(4-1)发送给Lora接收模块(4-2)，通过Lora接收模块(4-2)将整理数据发送给杆塔网关板(5)，且每个整理数据达到设定延时时间后再通过Lora发送模块(4-1)和Lora接收模块(4-2)发送给杆塔网关板(5)；

杆塔网关板(5)，用于对接收到的每个整理数据去除地址和信道，得到的数据转化为10进制数据，从该10进制数据中解析出识别码对应的杆塔节点板(3)所处的电力杆塔塔身的加速度、角速度、角度和环境温度，并将加速度、角速度、角度和环境温度通过NBoit模块(6)上报给云平台(7)；

云平台(7)，用于存储和显示加速度、角速度、角度和温度；

移动端(8)，用于从云平台(7)接收加速度、角速度、角度和温度，进行显示。

2.根据权利要求1所述的杆塔在线监测***，其特征在于，倾角传感器(1)包括陀螺仪模块、加速度计模块和数字运动处理器模块，

陀螺仪模块，内置四元数姿态解算算法和动态卡尔曼滤波算法，用于测量电力杆塔塔身的角度传送给数字运动处理器；

加速度计模块，用于测量电力杆塔塔身的加速度和角速度传送给数字运动处理器；

数字运动处理器，用于对电力杆塔塔身的角度、加速度和角速度进行修正，得到准确的电力杆塔塔身的角度、加速度和角速度传送给杆塔节点板(3)。

3.根据权利要求1所述的杆塔在线监测***，其特征在于，每个杆塔节点板(3)均包括一号主控模块、一号供电电池充电电路、一号开关机电路、一号防耗电和测量电压电路、USB供电及陀螺仪接口电路和LORA接口及串口传输电路；

倾角传感器(1)角度信号输出端连接USB供电及陀螺仪接口电路的角度信号输入端，USB供电及陀螺仪接口电路的角度信号输出端连接一号主控模块的角度信号输入端，

USB供电及陀螺仪接口电路的供电信号输出端同时连接一号开关机电路的供电信号输入端和一号供电电池充电电路的供电信号输入端，一号开关机电路的开关机信号输出端连接一号主控模块的开关机信号输入端，

一号供电电池充电电路的供电信号输出端连接一号防耗电和测量电压电路的供电信号输入端，一号防耗电和测量电压电路的供电信号输出端连接一号主控模块的供电信号输入端，

一号主控模块的数据信号输出端连接LORA接口及串口传输电路的数据信号输入端，LORA接口及串口传输电路的数据信号输出端连接Lora发送模块(4-1)的数据信号输入端。

4.根据权利要求3所述的杆塔在线监测***，其特征在于，一号主控模块包括STM32F103C8T6单片机、电阻R1-R4、电容C1-C6、启动切换模块J1-J2、晶振X1-X2和开关SW1，

STM32F103C8T6单片机的44号引脚连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接启动切换模块J1；

STM32F103C8T6单片机的3号引脚同时连接电容C1的一端和晶振X1的一端，STM32F103C8T6单片机的4号引脚同时连接电容C2的一端和晶振X1的另一端，电容C1的另一端和电容C2的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的5号引脚同时连接电容C3的一端和晶振X2的一端，STM32F103C8T6单片机的6号引脚同时连接电容C4的一端和晶振X2的另一端，电容C3的另一端和电容C4的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的7号引脚同时连接电阻R1的一端、电容C5的一端和开关SW1的一端，电阻R1的另一端连接3.3V电源，电容C5的另一端和开关SW1的另一端均连接电源地；

STM32F103C8T6单片机的20号引脚连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接启动切换模块J2；STM32F103C8T6单片机的9号引脚同时连接电容C6的一端和3.3V电源，电容C6的另一端连接电源地；STM32F103C8T6单片机的1号引脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的24号引脚连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的48号引脚、36号引脚和24号引脚均连接3.3V电源；STM32F103C8T6单片机的23号引脚、35号引脚、47号引脚和8号引脚均连接电源地；

USB供电及陀螺仪接口包括USB转串口芯片U2、USB充电口U1和陀螺仪接口J3，

USB转串口芯片U2的1至3号引脚连接USB充电口U1的输入端，USB充电口U1的输出端连接供电电源，USB转串口芯片U2的9号引脚连接倾角传感器的3号引脚，USB转串口芯片U2的8号引脚同时连接陀螺仪接口J3的2号引脚和STM32F103C8T6单片机的13号引脚，陀螺仪接口J3连接倾角传感器，USB转串口芯片U2的9号引脚同时连接倾角传感器的3号引脚和STM32F103C8T6单片机的12号引脚，STM32F103C8T6单片机的10号引脚同时连接STM32F103C8T6单片机的7号引脚、电容C7的一端和3.3V电源，电容C7的另一端连接电源地；

一号开关机电路包括电阻R5-R6、二极管D1-D3、三极管Q1-Q2、按键K1、带自锁的按键开关SW2和电容C8，

STM32F103C8T6单片机的39号引脚连接二极管的正极，二极管的负极同时连接二极管D2的负极和按键K1的一端，按键K1的另一端连接电源地，二极管D2的正极同时连接电源地、电阻R6的一端和三极管Q2的栅极，三极管Q2的漏极连接带自锁的按键开关SW2的2号引脚，带自锁的按键开关SW2的1号引脚同时连接电容C8的一端和供电电源，电容C8的另一端连接电源地，三极管Q2的源极同时连接二极管D1的负极、电阻R6的另一端和三极管Q1的源极，三极管Q1的漏极连接电池，三极管Q1的栅极同时连接USB充电口U1的1号引脚、二极管D1的正极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电源地；

一号供电电池充电电路包括电阻R7-R8、电容C9-C10、发光二极管LED1、电池插座和TP4065锂电池充电管理芯片U3，

TP4065锂电池充电管理芯片U3的1号引脚连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端同时连接TP4065锂电池充电管理芯片U3的4号引脚、电容C9的一端和USB充电口U1的1号引脚，电容C9的另一端连接电源地，TP4065锂电池充电管理芯片U3的2号引脚同时连接电阻R8的一端、电容C10的一端、电池负极和电源地，TP4065锂电池充电管理芯片U3的3号引脚同时连接电容C10的另一端和电池正极；电阻R8的另一端连接电源地；

一号防耗电和测量电压电路包括电阻R9-R12、电容C11和三极管Q3，

STM32F103C8T6单片机的14号引脚同时连接电容C11的一端、电阻R11的一端和R12的一端，电阻R12的另一端同时连接电容C11的另一端和电源地，电阻R11的另一端连接三极管Q3的漏极，三极管Q3的源极同时连接电池和电阻R9的一端，电阻R9的另一端同时连接电阻R10的一端和STM32F103C8T6单片机的21号引脚，电阻R10的另一端连接三极管Q3的栅极。

5.根据权利要求3所述的杆塔在线监测***，其特征在于，杆塔网关板(5)包括二号主控模块、报警电路、二号防耗电和测量电压电路、USB-TTL电路、二号供电电池充电电路和二号开关机电路；

USB-TTL电路的供电信号输出端连接二号主控模块的供电信号输入端，

USB-TTL电路的USB供电信号输出端同时连接二号开关机电路的USB供电信号输入端和二号供电电池充电电路的USB供电信号输入端，

二号开关机电路的开关机信号输出端连接二号主控模块的开关机信号输入端，

二号供电电池充电电路的供电信号输出端连接二号防耗电和测量电压电路的供电信号输入端，二号防耗电和测量电压电路的供电信号输出端连接二号主控模块的供电信号输入端，

二号主控模块的报警信号输出端连接报警电路的报警信号输入端，

Lora接收模块(4-2)的数据信号输出端连接二号主控模块的数据信号输入端。

6.根据权利要求5所述的杆塔在线监测***，其特征在于，二号主控模块的电路与一号主控模块的电路结构相同；二号供电电池充电电路的电路结构与一号供电电池充电电路的电路结构相同；号防耗电和测量电压电路的电路结构与一号防耗电和测量电压电路的电路结构相同；二号开关机电路的电路结构与一号开关机电路的电路结构。

7.根据权利要求5所述的杆塔在线监测***，其特征在于，

NBoit模块(6)包括BC20模组和SIM卡电路，

二号主控模块的数据信号输出端连接BC20模组的数据信号输入端，BC20模组的数据信号输出端连接云平台(7)的数据信号输入端，

BC20模组的数据信号输出端连接SIM卡电路的数据信号输入端，BC20模组的流量信号输入端连接SIM卡电路的流量信号输出端。

8.根据权利要求7所述的杆塔在线监测***，其特征在于，BC20模组包括BC20芯片、三极管Q5-Q7、射频天线RF1-RF2、电阻R15、电容C13-C14和电感L1，

BC20芯片的5号引脚连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的的发射极同时连接三极管Q6的基极、电源地和STM32F103C8T6单片机的26号引脚，

BC20芯片的53号引脚连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的的发射极同时连接三极管Q5的基极、电源地和STM32F103C8T6单片机的25号引脚，

BC20芯片的15号引脚连接电容C14的一端，电容C14的另一端同时连接电感L1的一端和射频天线RF2的1号引脚，射频天线RF2的2号引脚连接电源地，电感L1的另一端连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端同时连接电容C13的一端和3.3V供电电源，电容C13的另一端连接电源地，

BC20芯片的41号引脚连接射频天线RF2的1号引脚，射频天线RF2的2号引脚连接电源地，

BC20芯片的37号引脚连接三极管Q7的集电极，三极管Q7的的发射极同时连接三极管Q7的基极、电源地和云平台(7)的输入端，

BC20芯片的16号引脚、19号引脚、20号引脚、21号引脚均连接SIM卡电路。

9.根据权利要求8所述的杆塔在线监测***，其特征在于，倾角传感器(1)的型号为GSP20 AIS10。

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