基于无线通信的输电杆塔振动识别单元毕业设计.doc

基于无线通信的输电杆塔振动识别单元设计

摘　　要

随着我国电力事业的快速发展，输电线路网络大面积铺设，并呈现出杆塔多、线路

长的特征。输电杆塔大多处在复杂的野外自然环境，并且具有高耸入云的特殊结构。一

旦输电杆塔遭到破坏，将导致电力供应中断，影响工农业生产与人民群众的正常生活，

严重时会导致火灾等次生灾害，造成无法挽回的经济损失。因此，杆塔振动分析与监测

具有重要的研究价值和使用价值。

经仿真实验与实践分析表明，输电杆塔振动识别单元准确性高，监测距离长，具有

较强的抗干扰能力。杆塔振动识别单元具有重要的研究意义和现实价值。

关键词：　输电线路杆塔；　快速傅里叶变换(FFT)；　ZigBee 技术；　振动检测

Abstract

With the rapid development of China’s power industry, transmission

line network shows the characteristics of having more tower and longer

cable.Transmission towers are mostly in complex natural environment,and

having a special structure high into the air. Once the transmission towers

are destroyed,it will cause power outages, and will influence industrial

and agricultural production and people's normal life,even will lead to

around it,a transmission line tower vibration state recognition unit is

tower,collecting the vibration signals when transmission tower is hit by

objects from outside.After processed by adjusting circuit，signals are sent into

the microcontroller for processing.It will get the vibration frequency and

the corresponding amplitudes after Fourier transform (FFT) of the sampled

Vibration data,as vibration characteristic parameters to determine the

vibration transmission tower.At the same time using the ZigBee wireless

communication technology, the monitoring results in real-time will be sent

to the remote host.

The simulation experiments and practical analysis have showed that the

transmission tower vibration identification unit has the features of high

1 绪论 1

1.1 课题研究的意义 1

1.2 国外发展与现状 1

1.3 本文主要研究容 2

2 输电杆塔振动识别单元的整体设计方案 3

2.1 输电杆塔振动识别单元的硬件设计方案 3

2.2 软件设计方案 8

3.2 振动信号调理电路设计 12

3.3 微处理器芯片外围电路设计 16

3.4 通讯模块的实现 18

3.5 本章总结 18

4.4 快速傅里叶变换 24

4.5 本章总结 27

5 测试与分析 28

5.1 系统功耗测试 28

5.2 调理电路测试与分析 28

5.3 无线通信测试与分析 30

6 结束语 32

参考文献 33

致　35

附录 A36

1 绪论

1.1 课题研究的意义

为定期人工检修从而对设备“过渡”检修与造成人力浪费和对设备漏检造成杆塔灾害事

故，进而降低输电杆塔运行的可靠性和造成电力企业自身的经济损失，迫切需要输电杆

塔在线监测装置和故障诊断系统来即使可靠的提供杆塔运行状态以提示寻线人员进行

针对性的巡检，以降低电力安全事故的发生概率，确保电网安全稳定运行。

本课题的研究意义为通过研制一套针对输电杆塔振动的在线识别监测系统为输电

杆塔的安全稳定运行“保驾护航”。通过实时动态监测，与时掌握输电杆塔的运行工作

状态使输电杆塔的监测达到智能化水平；通过故障诊断使得在后续的检修中，能够对故

障点快速定位和对故障原因的了解，使得巡线人员能够与时地进行有针对性的故障排除

工作，从而大大提高工作效率。

1.2 国外发展与现状

随着近年来输电事故的频发，特别是 2008 年的南方电网特大冰雪灾害增强了对输

电线路杆塔监测的紧迫性和必要性，国科研院所也陆续展开了针对输电设备监测系统的

研究与开发工作，超高压研究所、国网电力科学研究院对雷击定位系统的研究；清华大

学和超高压研究所研制了以微处理器为主的泄漏电流监测系统；交通大学研究了通过对

输电设备现场实际气象条件和输电线路自身属性参数等数据的综合分析来实时动态确

定输电容量的监测系统；视频远程监控方面，随着三大电信运营商 3G 无线通信网络的

社会化和商用化，使得输电设备远程视频监控系统的应用发展迅速，在 2008 年南方电

网冰雪灾害事故中，通过视频监控系统远程查看杆塔、导线的现场覆冰情况，有针对性

地指导除冰融冰工作，总体上取得了比较理想的效果，星创源科技，得多电力技术，东