CN118209162A - 一种振动倾角的无线监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动倾角的无线监测方法及系统，其中方法包括：根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。本发明能低功耗且续航时间长地同时监测倾角数据和振动数据，提高了在线监测装置的待机工作时间和数据采集效率。

Description

一种振动倾角的无线监测方法及系统

技术领域

本发明属于无线传感器技术领域，具体涉及一种振动倾角的无线监测方法及系统。

背景技术

我国输电线路走廊的地质和气象条件复杂，经常受到地质灾害、大风天气、杆塔周边挖沙施工、导线覆冰过重以及其他地质灾害等因素的影响，输电线路杆塔倾斜事故时有发生。基于无线传感器的杆塔倾斜在线监测装置可以对杆塔倾斜数据长期监测，并对安全事故进行预警，因此相关的应用越来越广泛。

目前的杆塔安全监测是使用无线传感器作为在线监测装置进行倾斜监测，定期监测倾斜数据，并将数据上传至云平台，通过后台判断倾角是否超限，并予以报警。为了节省能源，一般定期数据长传频率不高，仅仅传输倾角数据是可以的。但是在沿海地区由于大风天气较多，容易造成杆塔结构损坏，因此在倾斜监测的同时还需要对振动数据进行监测，以此分析振动导致杆塔损坏的机理。但是如果频繁采集振动数据会极大地消耗能源，对无线传感器的续航时间非常不利。

发明内容

本发明提出了一种振动倾角的无线监测方法及系统，能低功耗且续航时间长地同时监测倾角数据和振动数据，提高了在线监测装置的待机工作时间和数据采集效率。

本发明的第一方面提供了一种振动倾角的无线监测方法，所述方法包括：

根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值；所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式；使用第一电源和第二电源为采集倾角数据和振动数据提供能源支持；

到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

上述方案通过使用第一加速度传感器和第二加速度传感器用于采集数据，实现了同时高精度地采集倾角数据和振动数据；使用不同的采样参数用于触发不同的系统运行模式，而且在不同的系统运行模式下第一加速度传感器和第二加速度传感器的运行情况和功耗均不相同，实现了低功耗且续航时间长的长期监测，提高了传感器的工作时间和数据采集效率。

在第一方面的一种可能的实现方法中，在确定当前的系统运行模式之前，先根据当地的历史倾角数据和历史振动数据，初始化采样参数。

上述方案根据能表达当地的实际天气情况的历史倾角数据和历史振动数据来设置采样参数的初始值，准确地设置传感器的运行周期，提升监测的准确度。

在第一方面的一种可能的实现方法中，休眠模式，具体为：

在完成初始化采样参数后，进入休眠模式；

在休眠模式中，第二加速度传感器处于低功耗触发模式，第一加速度传感器处于关断模式。

上述方案通过设置休眠模式，使传感器在未监测数据时处于低功耗状态，节省监测所使用的能源。

在第一方面的一种可能的实现方法中，到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据，具体为：

进入倾角数据采集模式后，设置第一加速度传感器的带宽和采样率；

根据所述带宽和采样率，控制第一加速度传感器采集第一阈值个加速度数据和温度数据；

根据所述加速度数据，通过所述温度数据进行均值滤波和温度补偿，计算得到倾角数据，并将倾角数据进行无线传输。

在第一方面的一种可能的实现方法中，如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据，具体为：

在接收到振动事件触发信号后，控制第二加速度传感器发出高电平信号；

接收到所述高电平信号后，在到达第二间隔采样时间时向第二加速度传感器发出数据采集指令，并判断第二电源的电量是否充足；

如果第二电源的电量充足，则进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集第二阈值个振动数据，然后无线传输采集到的振动数据；

如果第二电源的电量不充足，则立刻停止第二加速度传感器进行数据采集。

上述方案在进入振动数据采集模式之前先判断第二电源的电量是否充足，只有在第二电源的电量充足时才能采集振动数据，并不使用宝贵的第一电源为采集振动数据提供能源支持，延续了电池的续航时间；而且在进入振动数据采集模式之前还要确认是否到达第二间隔采样时间，是为了避免因为频繁触发振动采样的判定而浪费能源。

在第一方面的一种可能的实现方法中，判断第二电源的电量是否充足，具体为：

接收到第二电源OK信号时，表示第二电源的电量充足。

在第一方面的一种可能的实现方法中，在确定当前的系统运行模式之后，需要根据当前的天气情况，确定供电的能源，具体为：

如果当前为阴雨天气，优先使用第二电源供电，在第二电源的能量耗尽后，切换至第一能源供电；

当第一能源供电时，仅能进入倾角数据采集模式；

其中，第一电源为一次性电池，第二电源为可充电电池或超级电容器。

上述方案中，因为第一电源是一次性电池，其能源非常宝贵，因此设置优先使用第二电源进行供电；只有当第二电源的能量耗尽后，才使用第一能源供电；而且第一电源仅支持进入倾角数据采集模式，而倾角数据的采集消耗能源较低，这样能大大延长监测的续航时间。

本发明第二方面提供了一种振动倾角的无线监测系统，所述系统包括：系统运行模式判断模块、倾角数据采集模块、振动事件判断模块和振动数据采集模块；

所述系统运行模式判断模块，用于根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值；所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式；使用第一电源和第二电源为采集倾角数据和振动数据提供能源支持；

所述倾角数据采集模块，用于到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

所述振动事件判断模块，用于到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

所述振动数据采集模块，用于如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

本发明第三方面提供了一种终端设备，所述设备包括：一种终端设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例中任一项所述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。

本发明第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质存储计算机可读程序代码，当所述计算机可读程序代码被执行时实现本发明实施例中任一项所述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供了一种振动倾角的无线监测方法的具体流程示意图；

图2是本发明某一实施例提供了一种振动倾角的无线监测系统的结构图；

图3是本发明某一实施例提供了一种终端设备的结构图。

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。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不是作为对步骤执行先后顺序的限定。

如图1所示，图1为本发明某一实施例提供了一种振动倾角的无线监测方法的具体流程示意图，本实施例的振动倾角的无线监测方法包括步骤S1至步骤S5，详述如下：

步骤S1，根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；

在本步骤中，参与监测数据的是第一加速度传感器和第二加速度传感器；

其中，第一加速度传感器用于高精度倾角测量和振动测量，使用双轴高精度MEMS加速度传感器，可以测量低频微弱信号，并可根据重力加速度计算倾角，倾角分辨率优于0.005度。

第二加速度传感器用于振动事件触发，使用低功耗、可振动触发式的MEMS加速度传感器，特点是功耗低、可通过振动事件触发MCU唤醒，从而在MCU的控制下采集第一加速度传感器的内容。在某些实施例中，第二加速度传感器采用ADXL362。在一些实施例中，所述MCU处理器采用低功耗处理器，其休眠电流优于5uA。

通过两种加速度传感器的组合，可实现高精度的振动和倾角数据的采集，同时也可以保持较低的功耗。优选的，仅在台风等恶劣天气下采集振动数据，在常规环境下仅周期性地采集倾角数据。

为采集数据提供能源支持的供电模块包括太阳能电池板、第一电源、第二电源、充电管理与电源切换电路以及LDO。其中，第一电源为一次性大容量电池，第二电源为可充电电池或超级电容器，因此采用了太阳能电池板、可充电电池和一次性大容量电池三者结合供电，并结合低功耗控制策略，既能保证恶劣环境下的振动采集，又能兼顾长时间的倾角测量，可以极大地提高工作时间，非常适合杆塔结构的长期监测使用。

在阳光充足时，太阳能电池板为系统供电，同时为第二电源充电；在阴雨天气下，优先使用第二电源为系统供电；在长时间连续阴雨天气下，第二电源的能量耗光后，切换至第一电源为系统供电。因为第一电源是一次性电池，是非常宝贵的能源，为了延续续航时间，仅在太阳能电池或第二电源供电时，振动数据采集才能触发。充电管理与电源切换电路可以输出第二电源OK信号，MCU以此信号来判断第二电源是否电量充足，并决定是否进入振动数据采集模式。LDO采用功耗低、低压差线性稳压器，具有uA级的静态电流，压差优于200mV。

在确定当前的系统运行模式之前，先根据当地的历史倾角数据和历史振动数据，初始化采样参数；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值，所述振动触发阈值是根据当地的振动统计数据而定，可通过无线通讯模块写入硬件中。

然后根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式。

其中，在所述休眠模式下，MCU处于低功耗休眠模式，第二加速度传感器处于低功耗触发模式，第一加速度传感器和其他外围器件进入关断模式，此时无线监测只需要消耗极低的功耗。在完成初始化采样参数后，就进入休眠模式，如果此时到达第一间隔采样时间则进入倾角数据采集模式；如果到达振动触发阈值时，则进入振动触发模式。

步骤S2，到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

在本步骤中，在倾角数据采集模式下，需要为第一加速度传感器设置带宽和采样率。一般为了节省能源，倾角数据的长传频率并不高，所以第一加速度传感器的带宽较低，在一些实施例中一般为10Hz以内。

根据设置的带宽和采样率，第一加速度传感器采集第一阈值个加速度数据以及内部的温度数据；其中，所述第一阈值是当前所监测的结构的固有频率的整数倍。

根据第一阈值个加速度数据，通过所述温度数据进行均值滤波和温度补偿，计算得到倾角数据，并将倾角数据进行无线传输，然后再次根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式，以此循环。

步骤S3，到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

在本步骤中，在接收到振动事件触发信号后，控制第二加速度传感器发出高电平信号，并与前一次接收振动事件触发信号间隔第二间隔采样时间之后，MCU进入待机状态，并接收到所述高电平信号后，在到达第二间隔采样时间时向第二加速度传感器发出数据采集指令，并判断第二电源的电量是否充足；其中，在与前一次接收振动事件触发信号间隔第二间隔采样时间之后才向第二加速度传感器发出数据采集指令为了避免频繁触发振动事件而浪费能源和无限流量。

在振动触发模式下，第二加速度传感器进入低功耗模式，工作电流为百nA级别。

如果接收到充电管理与电源切换电路发出的第二电源OK信号，则表示第二电源的电量充足，可进入振动数据采集模式。

步骤S4，如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

在本步骤中，如果第二电源的电量充足，则进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集第二阈值个振动数据，然后无线传输采集到的振动数据，最后再次根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式，以此循环。

如果第二电源的电量不充足，则进入休眠模式，并立刻停止第二加速度传感器进行数据采集。

优选的，在采集振动数据时，第二加速度传感器可从太阳能中摄取能量，使用功率为1W的小型太阳能电池板安装在传感器面板即可实现长时间供电。所述第二加速度传感器的体积在140mm×70mm×60mm以内，重量不到500g，易于安装，满足多数结构健康监测的使用场合。

优选的，仅在太阳能电池板或第二电源供电时，振动数据采集才可触发。

进一步的，为了执行上述方法实施例对应的振动倾角的无线监测系统，以实现响应的功能和技术效果，图2提供了一种振动倾角的无线监测系统的结构图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，本发明实施例提供的振动倾角的无线监测系统，包括：

系统运行模式判断模块201，用于根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值；所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式；使用第一电源和第二电源为采集倾角数据和振动数据提供能源支持；

倾角数据采集模块202，用于到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

振动事件判断模块203，用于到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

振动数据采集模块204，用于如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

进一步的，图3为本申请一实施例提供的一种终端设备的结构图。如图3所示，该实施例的终端设备3包括：至少一个处理器30(在图3中仅出示一个)和存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序32，所述处理器30执行所述计算机程序32时可实现本发明实施例中任一项所述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。

所述终端设备3可以是桌上型电脑、云端服务器和笔记本电脑等计算设备，该计算设备可包括但不仅限于处理器30、存储器31。图3仅仅是终端设备3的举例，并不构成对终端设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件。

本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质存储计算机可读程序代码，当所述计算机可读程序代码被执行时实现上述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。

本实施例提出了一种振动倾角的无线监测方法及系统：根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。其有益效果在于：能低功耗且续航时间长地同时监测倾角数据和振动数据，提高了在线监测装置的待机工作时间和数据采集效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种振动倾角的无线监测方法，其特征在于，包括：

根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值；所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式；使用第一电源和第二电源为采集倾角数据和振动数据提供能源支持；

到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

2.根据权利要求1所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，在确定当前的系统运行模式之前，先根据当地的历史倾角数据和历史振动数据，初始化采样参数。

3.根据权利要求1所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，所述休眠模式，具体为：

在完成初始化采样参数后，进入休眠模式；

在休眠模式中，第二加速度传感器处于低功耗触发模式，第一加速度传感器处于关断模式。

4.根据权利要求1所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，所述到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据，具体为：

进入倾角数据采集模式后，设置第一加速度传感器的带宽和采样率；

根据所述带宽和采样率，控制第一加速度传感器采集第一阈值个加速度数据和温度数据；

根据所述加速度数据，通过所述温度数据进行均值滤波和温度补偿，计算得到倾角数据，并将倾角数据进行无线传输。

5.根据权利要求1所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，所述如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据，具体为：

在接收到振动事件触发信号后，控制第二加速度传感器发出高电平信号；

接收到所述高电平信号后，在到达第二间隔采样时间时向第二加速度传感器发出数据采集指令，并判断第二电源的电量是否充足；

如果第二电源的电量充足，则进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集第二阈值个振动数据，然后无线传输采集到的振动数据；

如果第二电源的电量不充足，则立刻停止第二加速度传感器进行数据采集。

6.根据权利要求5所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，所述判断第二电源的电量是否充足，具体为：

接收到第二电源OK信号时，表示第二电源的电量充足。

7.根据权利要求1所述的振动倾角的无线监测方法，其特征在于，在确定当前的系统运行模式之后，需要根据当前的天气情况，确定供电的能源，具体为：

如果当前为阴雨天气，优先使用第二电源供电，在第二电源的能量耗尽后，切换至第一能源供电；

当第一能源供电时，仅能进入倾角数据采集模式；

其中，第一电源为一次性电池，第二电源为可充电电池或超级电容器。

8.一种振动倾角的无线监测系统，其特征在于，包括：系统运行模式判断模块、倾角数据采集模块、振动事件判断模块和振动数据采集模块；

所述系统运行模式判断模块，用于根据当前的采样参数，确定当前的系统运行模式；其中，所述采样参数包括第一间隔采样时间、第二间隔采样时间和振动触发阈值；所述系统运行模式包括休眠模式、振动触发模式、倾角数据采集模式和振动数据采集模式；使用第一电源和第二电源为采集倾角数据和振动数据提供能源支持；

所述倾角数据采集模块，用于到达第一间隔采样时间时，进入倾角数据采集模式，控制第一加速度传感器采集倾角数据，并无线传输采集到的倾角数据；

所述振动事件判断模块，用于到达振动触发阈值时，进入振动触发模式，并判断是否接收到振动事件触发信号；

所述振动数据采集模块，用于如果接收到振动事件触发信号，则在到达第二间隔采样时间时进入振动数据采集模式，并控制第二加速度传感器采集振动数据，然后无线传输采集到的振动数据。

9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机可读程序代码，当所述计算机可读程序代码被执行时实现权利要求1至7中任一项所述的一种振动倾角的无线监测方法的步骤。