基于单片机的输电线路杆塔的监控设计

季亮等

摘要：这个设计是基于单片机的故障检测系统，采用模块化、层次化设计。通过使用拉压力传感器来完成杆塔受力情况的采集，使用倾斜角传感器来完成杆塔倾斜角度的测量。将测量的数据通过单片机STC90C5A60S2进行与原始数据对比，将故障杆塔编号通过通信模块发送到控制中心。该系统电路制作简单，工作稳定，效果理想，具有很高的应用价值。

关键词：拉压力；倾斜角；单片机；STC90C5A60S2

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

杆塔顶部可用面积小，拉力采集装置放置在杆塔和绝缘子的连接处，通过杆塔和绝缘子的拉力来判断输电线的负载。倾斜角度采集装置放在杆塔顶端的平整位置，来确定杆塔是否倾斜（需给其一个初始角度的允许范围）。通过简单的单片机来完成本次设计，不仅能节省成本，而且效果理想，也是我们设计的一个重点。

1 设计内容

本次设计是依靠拉压力采集模块与倾斜角度采集模块及单片机最小系统来检测杆塔是否发生故障，一旦检测到故障的数据单片机STC90C5A60S2会发出一个关于故障的数字信号，再传输给通信模块SIM900A，发送提醒至控制中心。整个系统由测量部分（包括拉压力采集模块，倾斜角度采集模块），控制系统（单片机最小系统），通信部分（GSM模块）组成。设计图如下：

1.1 电源模块

电源电路的设计对本次设计有非常重要的作用。一般而言，整个系统会由大量的模拟电路和大量的数字电路组成，这两类电路对电源的具体要求是不一样的，往往数字电路会干扰到模拟电路的使用。因此，电源设计除了要有特定的输入、输出电压和输入、输出电流外，还要求能够拥有纹波小、体积小、效率高、噪声低、可靠性高以及一定的抗干扰能力和抗电磁兼容性等特性。

本次电路设计的电源模块选用的是12V输出的直流稳压电源给整个系统供电，之后经过降压模块给传感器，通信设备以及单片机最小系统供电。

1.2拉压力采集模块

QLLY拉压力传感器能输出杆塔的受压力情况，将采集的数据发送给单片机，单片机将数据进行分析，实现不间断的检测。拉压力传感器又称作电阻应变式传感器，是一种能够把物理信号转变成为可测量的电信号输出的装置。S型拉压力传感器通常用在指定的标准称量中，尤其在一些要求高精度的工业称量系统中使用广泛。因为QLLY拉压力传感器的高度可靠性以及密封设计，即使在恶劣环境下仍能长时间连续稳定的工作，所以我们在本次的电路设计中选择了这个传感器。杆塔常年曝晒在阳光下，要求传感器能适应各种气候条件，QLLY拉压力传感器能够很好的解决这个问题。同时此传感器的输出端有屏蔽信号干扰的作用，是测量更加准确。QLLY拉压力传感器连接到BSQ-2变送器进行模拟信号的放大。BSQ-2变送器的工作电压是12V，能产生10V的激励电压供给QLLY拉压力传感器供电，把QLLY拉压力传感器采集到的mV级的信号放大到V级，之后传输给单片机。

1.3 倾斜角度采集模块

ADXL335传感器是一种高精度、低功耗及单一的IC芯片加速度传感器，其电压在1.8V至3.6V之间，在–55°C 到125°C温度范围内，采用5×5×2 mm的LCC的封装。具有质量轻巧的特点，本产品PCB模块尺寸仅22mm×23mm。ADXL335传感器能够将杆塔相比于垂直情况的倾斜情况即时发送给单片机，如果倾斜角度与设定的角度偏差较大时，单片机通过通信模块将故障杆塔编号发送至终端。

1.4 通信模块

SIM900A模块是一款采用SMT封装，其体积更为小巧的GSM/GPRS模块，采用ARM926EJ-S架构，性能强大，可以内置客户应用程序，性能强大可靠。其GPRS模块，是以移动数据的形式完成信息的传输，对于网络信号不好的地方，会造成数据传输的失败，不能使用GPRS功能。所以我们选择以GSM模块来完成单片机与终端的数据传输，在终端会显示具体哪个杆塔出现问题，从而派工作人员前往事故现场，处理问题。

1.5 最小系统

最小系统选用的单片机型号为：STC90C5A60S2。这款单片机本生具有高速的运转，高可靠的性能、功耗低、抗静电、抗干扰能力强等优点，传统的8051的指令代码完全适用于这款单片机，但这款的反应速度更快，工作电压为3.5-5.5V，工作频率为0-35MHz，有自带的A/D装换，10位精度的ADC，能够减少硬件的使用，简化电路的硬件设计，使电路的体积更加小巧，轻便。

1.6 软件设计

整个设计的完成是依靠硬件电路与软件程序的配合，通过对硬件电路的定型使软件程序也一并确定下来了。整个软件程序是包括主程序和子程序两部分。主程序是完成对硬件电路的初始化的设置，子程序来完成其他模块的调用等功能。

我们在主程序中，完成了对QLLY拉压力传感器、ADXL335传感器的初始化设置，同时通过传感器输出信号经过单片机的处理通过SIM900A模块发送至控制中心。主程序模块框图如下：

2 结束语

本此设计是用来实现通过单片机来完成桿塔的故障检测控制的设计，在检测过程中是通过QLLY拉压力传感器，ADXL335传感器采集杆塔受力和倾斜角度，以单片机STC90C5A60S2为核心控制部件，并通过SIM900A模块实现和终端的数据传输。我们此次的设计实现了对单片机在杆塔监控中的应用，能够在其他方面进行更好的推广。

参考文献：

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