基于物联网技术的电力铁塔姿态监测系统设计

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电力铁塔是输配电中重要的组成部分之一,其主要工作在拥有复杂环境的野外,面对复杂的环境因素和人为因素等影响,容易造成电力铁塔的倾斜,变形甚至于倒塌,严重的影响了输电线路的安全稳定的运行。在我国现阶段对电力铁塔的巡检的方式主要采用的还是人工巡检的方式,效率低下,成本高。本文设计出基于NB-IOT技术的电力铁塔在线姿态监测系统,将窄带物联网技术结合传感器检测技术相结合,实现对电力铁塔姿态和铁塔周围的微气象的监测,通过NBIOT将采集的数据上传到云平台并实现数据的可视化建立良好的人机界面。本系统可以较好的解决人工巡查的弊端,降低一线工作人员的负担,提高巡查的效率。本文的主要研究内容如下:(1)通信方案设计。结合实际系统的低功耗,广覆盖,传输稳定等需求,设计出基于Lw M2M协议的NB-IOT通信技术作为系统的通信方案。实现终端设备完成电力铁塔的微气象和姿态数据的采集和上传,通过物联网平台实现数据的可视化和存储。(2)IMU惯性传感器的姿态解算算法。建立了传感器的采集数据的误差模型,利用梯度下降法对传感器进行标定降低由于传感器本身确定性因素造成的误差。在对IMU的姿态解算上,将互补滤波算法和卡尔曼滤波算法多数据源姿态的解算算法融合得到了融合算法,相比于传统的互补滤波和卡尔曼滤波,融合算法具有解算精度更高,抗干扰性更强的特点。(3)系统设计。设计出以STM31F103为终端控制核心,通信模块为M5311,惯性传感器为MPU6050以及微气象数据采集传感器的数据采集终端,实现数据的采集和上传。将终端设备上传的数据进行分析,提取重要监测数据,通过物联网云平台View组件实现可视化,可以直观的掌握数据的变化。在电源设计中,设计出具有最大功率点跟踪的太阳能电源。对系统的各个功能模块和云平台的可视化功能进行测试,并对姿态解算算法进行实验仿真,实验表明姿态解算的精度符合要求,各个功能模块满足设计需求,运行稳定,具有一定的实用价值。图 [71]表[18] 参[83]
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