基于物联网技术的无线铁塔状态监测系统研究

发布时间：2017-09-26 08:03

  本文关键词：基于物联网技术的无线铁塔状态监测系统研究

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【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。
【关键词】：输电铁塔 无线监测 倾斜角 远程传输 实时显示
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM75;TN929.5;TP391.44
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 铁塔健康监测技术的国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 本文课题研究的主要工作内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 无线铁塔状态监测方案设计研究16-28
• 2.1 无线铁塔状态监测系统简介16-17
• 2.1.1 输电铁塔概述16
• 2.1.2 铁塔受力荷载16-17
• 2.1.3 无线铁塔状态监测系统概述17
• 2.2 物联网技术17-20
• 2.2.1 物联网的概述17-18
• 2.2.2 物联网的体系结构18-20
• 2.3 无线传感网络技术20-24
• 2.3.1 无线传感网络简介20
• 2.3.2 无线传感网络的体系结构20-21
• 2.3.3 短距离无线通信技术21-23
• 2.3.4 无线传感网络与Internet结合23-24
• 2.4 ZigBee无线网络24-27
• 2.4.1 ZigBee的协议结构简介24-25
• 2.4.2 ZigBee的节点类型25-26
• 2.4.3 zigbee网络的拓扑结构26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 铁塔状态智能监测系统的硬件设计28-42
• 3.1 系统总体结构28
• 3.2 传感器采集节点28-34
• 3.2.1 三轴加速度MEMS传感器—MMA8451Q29
• 3.2.2 温湿度传感器DHT1129-32
• 3.2.3 CC2530射频芯片32-33
• 3.2.4 CC2530电源管理电路33
• 3.2.5 CC2530RF天线设计33-34
• 3.2.6 采集节点的供电电源34
• 3.3 ANSYS模型仿真与安装位置研究34-35
• 3.4 无线传感网络模块35-37
• 3.4.1 GSM远距离网络模块35-36
• 3.4.2 TC35模块的功能结构36
• 3.4.3 TC35的特性36
• 3.4.4 TC35模块的外围电路36-37
• 3.5 监控终端模块37-41
• 3.5.1 S3C2440微控制器简介38-39
• 3.5.2ARM主控模块硬件设计39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 铁塔状态智能监测系统的软件设计42-60
• 4.1 监测系统的软件总体框图42
• 4.2 倾角值算法设计42-44
• 4.2.1 传统的倾角计算算法42-43
• 4.2.2 倾角计算算法的改进43-44
• 4.3 传感采集节点软件设计44-45
• 4.4 协调器节点的软件设计45
• 4.5 上位机人机界面的软件开发45-51
• 4.5.1 开发环境45
• 4.5.2 编译ARM版本Qt4库以及编译tslib45-47
• 4.5.3 Qt Creator的安装47-48
• 4.5.4 Qt Creator开发环境的配置48-49
• 4.5.5 Sqlite3嵌入式数据库的移植49-50
• 4.5.6 移植QWT插件50-51
• 4.6 Linux系统移植51-59
• 4.6.1 Linux操作系统的简介51-52
• 4.6.2 搭建交叉编译环境52-53
• 4.6.3 BootLoader(U-Boot)移植53-56
• 4.6.4 Linux内核移植56-57
• 4.6.5 根文件系统的制作与移植57-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第五章 系统调试与测试结果60-71
• 5.1 系统各模块功能调试60-62
• 5.1.1 GSM调试60-61
• 5.1.2 Zigbee组网调试61-62
• 5.2 上位机界面功能测试62-64
• 5.2.1 3.5寸液晶触摸屏显示控制62-63
• 5.2.2 7寸屏液晶屏触摸控制63-64
• 5.3 系统性能的测试64-70
• 5.3.1 无线传输与有线传输数据包量测试64-66
• 5.3.2 监测准确性测试66-68
• 5.3.3 倾角监测稳定度测试68-69
• 5.3.4 可能遇到问题的解决方案69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 工作总结71-72
• 6.2 不足与展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 附录78

【参考文献】

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1 陈启冠;智能电网的输电线路覆冰监测系统设计和关键技术实现[D];北京邮电大学;2011年

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本文编号：922358