Page 55 - 电力与能源2022年第五期

杨亚龙, 等: 施工区域地下热力管网无线振动监测系统 4 7
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进行分析, 通信上传部分为 STM32L431RCT6 通
过 BC25 上传心跳包或报警信号和报警振动数据
到服务器, 低功耗休眠部分为 STM32L431RCT6
完成工作流程内的任务后进入低功耗休眠并定时
进行心跳包上传。
3.2 低功耗休眠设计
装置的 PCB 板上没有 LED 等耗能元件, 主
要 功 耗 源 为 振 动 传 感 器 ADXL345 、主 控
STM32L431RCT6 和 BC25 通信模块板, 其中通
信模块板为主要功耗源。在软件设计上, 监测时
仅振动传感器工作, 主控处于休眠状态, 通信模块
板处于关断状态, 监测电流约 300mA ; 开始工作
后, 主 控 唤 醒, 通 信 模 块 板 打 开, 工 作 电 流 约 图 4 初次启动流程
30mA , 工作完成后, 主控关断通信模块板, 进入 当一段时间后仍未监测到异常振动, 则重新进入
休眠。 休眠。监测状态流程如图 5 所示。
3.3 振动信号采集及分析设计
开始工作后, 主控从振动传感器采集三轴数
据, 采集方式为IC 从 ADXL345X0 数据寄存器
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开始连续读 6 个字节, 以补码的形式存储至主控,
之后对其进行矢量合成, 以便综合考虑三轴振动
的同时减少振动信号分析计算量。
采取计算矢量合成坐标量纲参数的方式对采
集的振动数据进行分析, 并与设定的经验阈值进
行比较判断。
3.4 软件流程设计
结合以上几部分进行管网无线振动监测装置
图 5 监测状态流程
的程序设计, 监测装置的软件流程为: 装置读取休
主控芯片同样 设 定 了 RTC 定 时 唤 醒, 主 控
眠唤醒寄存器, 检测到初次启动时, 配置 BC25 的
芯片被唤醒后可以检测到是由 RTC 定时唤醒,
参数, 关闭命令回显和自动休眠功能, 配置完成后
这时便通过 BC25 进行心跳包上报, 配置信息下
主控芯片通过 BC25 获取云端的配置信息, 包括
载等操作。
运动阈值、 休眠时间、 监测时间等参数, 之后配置
ADXL345 的寄存器, 以设定其数据输出速率、 运 4 现场验证
动阈值和中断映射等。最后关断 BC25 的电源,
将设计的装置布署到某市热力管网的一处窨
主控芯片进入休眠状态, 只让 ADXL345 进行工
井当中, 经过一段时间的观察测试, 可以从服务器
作, 从而控制功耗, 延长续航。初 次 启 动 流 程 如
上看到定时上传的心跳包以及监测到的普通振动
图 4 所示。
信号和异常报警振动信号。
当 ADXL345 检 测 到 超 出 运 动 阈 值 的 振 动
监测装置监测到的施工冲击振动幅值的变化
后, 会触发中断, 对应的中断引脚发生电平变化,
曲线见图 6 。
从而唤醒主控芯片, 主控芯片被唤醒后检测到是
由 WKUP 引脚唤醒, 便进入监测状态, 监测状态 5 结语
中会实时读取 ADXL345 的加速度数据, 并分析
目前管网遭到第三方施工破坏而影响正常运
是否有异常的振动产生, 如果有则进行报警, 通过
行的事例时有发生, 除了需要在企业管理、 人员管
BC25 上报数据到云端, 从而通知运行维护人员。