【正文】 從圖中可以看出，信號范圍在 0~ 之間，為單片機可用的有效信號。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 26 5 測試與分析 系統(tǒng)功耗測試 如圖 所示為整個系統(tǒng)的硬件連接實物圖 。此外， FFT 變換中，數(shù)據(jù)按奇偶個數(shù)重新排列后，第 n 個數(shù)出 ，幅值計算公式如（ ）所示 22n n nA x y?? （ ） 其中 nx 、 ny 分別表示第 n 個數(shù)的實部和虛部。 通過上述分析可知，長度為 N 的序列 x(n)的離散傅立 葉可以通過兩個長度為 2N 的序列的 DFT 求出，并依此類推下去。因為 DFT的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)與復(fù)數(shù)加法次數(shù)都與 N 的平方成正比，所以 N 分得越小對減少運算量越有利。 從現(xiàn)代數(shù)學(xué)的眼光來看，傅里葉變換是一種特殊的積分變換。其它從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)反應(yīng)。 ADC0 完成一個采樣周期后， DMA0 將根據(jù)指令將 ADC0H 存入 XRAM 首地址，然后指針指向下一個地址，然后將 ADC0L 中數(shù)據(jù)存入指針指定地址，然后指針再加 1?？梢岳斫鉃橥仆燧敵隹梢暂敵龈?、低電平，漏極開路輸出需接上拉電阻才能輸出高電平。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 19 關(guān) 閉 看 門 狗D M A 0 I N T = 1 ？ D M A 0 完 成 工 作 ， 采 樣完 畢 ？N U M _ S A M P L E S = 2 5 6 （ 少 量 局 部 采 樣 ）f l a g _ c y = 1采 樣 完 畢 ， 進 行 F F T 分 析 ， 得 出 最 大幅 值 l a r g e _ p e a k系 統(tǒng) 時 鐘 初 始 化交 叉 開 關(guān) 端 口 配 置 初 始 化串 口 初 始 化A D C 0 初 始 化D M A 0 初 始 化T i m e r 3 初 始 化I f ( f l a g _ c y ) = 0 ?T R 3 = 1 ， 開 啟 T 3 ， 溢 出 時 啟 動 A D C 0 采 樣N U M _ S A M P L E S = 9 6 0 0 （ 完 整 采 樣 ）f l a g _ c y = 0YN調(diào) 用 j u d g e _ s h a k e 函 數(shù) ， 判 斷 振 動 與 否 ，s h a k e _ y e s = 1 ?YNYI f ( f l a g _ c y ) = 0 ?發(fā) 送 振 動 信 息YN有 無 上 位 機 召 喚 指 令發(fā) 送 當(dāng) 前 信 息結(jié) 束N 圖 程序流程圖 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 20 單片機相關(guān)配置 端口配置 C8051F060 端口配置中有優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器，簡稱為“交叉開關(guān)”，其作用是按優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝?0～ 3 的引腳分配給器件上的數(shù)字外設(shè)，如 UART、 SMBus、 PCA、定時器等。 ? data_receive[]：數(shù)組，用于存儲接 收到的數(shù)據(jù)。 1234567891 01 11 21234567891 01 11 2J 1J 2D e b u g _ DD e b u g _ CP 1 . 7P 2 . 0P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 3P 1 . 4L E D _ 2P 1 . 2N CN C 3 . 3 V i nG N DL E D _ 1P 0 . 7P 0 . 6R T SC T ST XR XS W 1P 0 . 0R e s e t _ N Z i g B e e 模 塊1 1 9 7 5 3 11 2 1 0 8 6 4 2J 11 1 9 7 5 3 11 2 1 0 8 6 4 2J 2 圖 ZigBee 模塊引腳圖 本章總結(jié) 本章主要介紹了輸電桿塔整棟識別單元的硬件設(shè)計實現(xiàn)?？梢允褂?OSCICN 和 OSCICL 寄存器來使能 /禁止和校準(zhǔn)內(nèi)部振蕩器。 數(shù)據(jù)采集時， C8051F060 的內(nèi)部硬件資源使用如下圖 所示。 電路功能：限幅 、分壓，限制輸出信號的幅值，并使信號輸出幅值在一定的范圍內(nèi)，主要是滿足單片機采樣引腳輸入電壓范圍為 之 間的硬件要 求，使輸出信號為單片機可用的有效信號 。 電路功能：采用二階有源低通濾波器，濾去信號中的高頻部分。 整個調(diào)理電路是由電流穩(wěn)壓電路、放大電路、濾波電路、跟隨與限幅電路、減法與反相電路組成。供 C8051F060使用。為后期的 使用提供更多的選擇 。系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，讓 我們在做系統(tǒng)之前有一個明確的認識，能更好更清晰的去完成每一個環(huán)節(jié)。 M C 1 4 0 38 7 6 51 2 3 4V i n V o u t G N DN CN CN CN CN C 圖 MC1403 引腳排列圖 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 8 軟件設(shè)計方案 振動識別單元由安裝在桿塔上的傳感器模塊 +微處理器 +ZigBee 無線通信 +PC 監(jiān)控中心組成，軟件設(shè)計涉及到對信號的采樣，采樣數(shù)據(jù)的運算，及與遠端上位機的通信程序。外圍應(yīng)用電路簡單，固定電壓版本只需要輸入輸出兩個電容和負載。在本設(shè)計中用 IA_S2W 系列 DCDC 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)直流 5V 轉(zhuǎn) 24V、177。 本文所采用 ZigBee 模塊是基于 ZigBee20xx 協(xié)議，可視傳輸距離可達 1600 米的ZigBee 技術(shù)應(yīng)用，該模塊具有自動組網(wǎng)的功能，所有的模塊上電即自動組 網(wǎng)。 UART0 提供四種工作方式，四種方式提供不同的波特率和通信協(xié)議。 本文用到了微處理器中 ADC16 位數(shù)據(jù)采樣、 DMA 接口、 UART 串口通信、定時器。同時利用無線通信 ZigBee 技術(shù)將判定結(jié)果實時的發(fā)送至遠端的上位機 主站 。同時利用無線通信 ZigBee 技術(shù)將判定結(jié)果實時的發(fā)送至遠端的上位機 主站 。通過實時動態(tài)監(jiān)測，及時掌握輸電桿塔的運行工作狀態(tài)使輸電桿塔的監(jiān)測達到智能化水平；通過故障診斷使得在后續(xù)的檢修中，能夠?qū)收宵c快速定位和對故障原因的了解，使得巡線人員能夠及時地進行有針對性的故障排除工作，從而大大 提高工作效率。 關(guān)鍵詞： 輸電線路桿塔 ； 快速傅里葉變換 (FFT)； ZigBee 技術(shù) ； 振動檢測 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 II Abstract With the rapid development of China’s power industry, transmission line work shows the characteristics of having more tower and longer cable. Transmission towers are mostly in plex 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 people39。因此，桿塔振動分析及監(jiān)測具有重要的研究價值和使用價值。 本文研究的主要內(nèi)容：針對輸電桿塔高聳入云的特殊結(jié)構(gòu)及其所處的特殊外部環(huán)境，設(shè)計一種輸電線路桿塔振動狀態(tài)識別單元。s normal life, even will lead to serious secondary disasters such as fire, resulting in irreparable economic losses. Therefore, the tower vibration analysis and monitoring has important research value and use value. The main content of this paper: in view of the special structure of the transmission tower high into the sky and the special external environment around it, a transmission line tower vibration state recognition unit is designed. Specific methods: vibration sensors are installed on transmission 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 munication technology, the monitoring results in realtime 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 accuracy, long distance monitoring and strong antiinterference ability. Tower vibration identification unit has important research significance and practical value. Key words： Transmission line tower； Fast Fourier transform(FFT)； ZigBee； Vibration detection 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 III 目 錄 1 緒論 ...................................................................................................................................... 1 課題研究的意義 ............................................................................................................ 1 國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 1 本文主要研究內(nèi)容 ........................................................................................................ 2 2 輸電桿塔振動識別單元的整體設(shè)計方案 .......................................................................... 3 輸電桿塔振動識別單元的硬件設(shè)計方案 .................................................................... 3 傳感器 ..................................................................................................................... 4 微處理器 .......................................................................................................