基于MXA2500G/GSM的远程电塔倾斜测量仪设计

　　0 引 言

　　电力传输高塔(简称电塔)的姿态巡检是电力监控的一个重要方面，对电力传输安全和社会生产具有重要意义。但是，现在电塔的姿态巡检一般采用人员定期巡查，这种方法存在巡检周期长、花费大、信息反馈不及时等问题[1～4]。

　　为了达到实时地获知电塔姿态信息的目的，需要一种远程倾斜测量仪。本文设计的基于MEMS加速度传感器+GSM+C8051F021构架的远程电塔倾斜测量仪，依靠成熟的倾角测量技术和遍布全国的GSM网络，实现了倾角测量、实时信息发送等功能。同时，该设计针对实际使用情况，通过选用低功耗器件延长了整个系统的工作时间，减少了维护时间。

　　1 倾斜测量方法与原理

　　倾斜测量有多种方法，一般借助地磁传感器或加速度计传感器[5～7]。电塔周围有很强的电磁场干扰，给地磁传感器的使用带来了很大的影响，不宜采用。加速度传感器不受电磁场的影响，并采用MEMS技术生产的加速度传感器具有体积小、成本低等特点，比较适合本设计的应用。

　　如图1所示时，加速度和倾斜角之间的关系可以表示为

　　式中Ax为X灵敏轴输出; gn为以重力作为参考的加速度值; β为倾斜角度。由式(1) ，β的值可以通过反余弦方程求得

　　2 系统设计与实现

　　2.1 系统总体设计

　　针对部分电塔处于偏远地区，巡检周期长、数量大、倾斜测量精度要求有限等实际特点，电塔倾斜测量仪选用了MXA2500G/C8051F021/TC35等高可靠性、低成本、低功耗的器件，并且整个系统可以根据系统维护周期和成本控制要求采用大容量锂电池或太阳能电池供电。

　　本系统由传感器模块、采集解算模块、GSM信息发送模块构成。系统设计框图如图2所示。

　　如图3所示，系统初始化完成之后，加速度传感器MXA2500G获取的重力加速度信息经过A/D转换和公式计算后得到倾角，GSM将倾角发送至监测平台，整个工作流程结束。

　　2.2 传感器模块设计

　　美新公司生产的MXA2500G是一种双轴MEMS加速度传感器，采用+5V供电，量程为±1.7gn，分辨率1mgn，1.75～3.35V电压输出，并且外围电路简单，体积小，功耗低，价格便宜[8]。

　　2.3 数据采集解算模块设计

　　C8051F021是一种性价比很高的MCU，其内部集成C51内核、八路12位A/D，量化范围为0～2.5V，不但能够作为主控制器，而且可以完成A/D转换功能，有助于降低成本[9]。加速度传感器MXA2500G的输出电压往往会受到PCB布线和本身高频杂波的影响，需要调理电路进行调理。由运算放大器构成的电压跟随器和多阶低通滤波器所组成的调理电路，不但增强了加速度传感器的驱动能力，而且有效减小了高频杂波的干扰。