Page 23 - 电力与能源2024年第五期

李泽晨，等：输电导线微风振动监测的无线通信技术及其实现 555

FTP 文件传输协议实现数据的无线传输。 WiFi，并以 FTP（File Transfer Protocol）服务器的
形式等待无线接收模块的连接。为了获取无线发
1 微 风 振 动 监 测 装 置 与 无 线 通 信 方 案
送模块中的数据，计算机需要连接到与无线发送
设计
模块相同的 WiFi 网络中，并使用 FTP 客户端通
1.1 微风振动监测装置设计 过 TCP/IP 协议 与 FTP 服务器建立连接。一旦
［4］
［3］
微风振动的测量一般是通过电阻应变片 进 连接成功，无线接收模块可获取存储在 FTP 服务
行的，主要原理为当物体受到应力时其底层材料 器上的数据文件。

的形状会发生改变，进而使应变片的电阻值发生
相应的变化，将电阻值的变化转化为应力的变化，
由此可以测量出应变值，从而反映出振动情况。
微 风 振 动 监 测 装 置 主 要 由 电 阻 应 变 片 、
STM32 主控芯片、模数转换器以及信号调理电路

组成。当微风引起架空输电导线振动时，电阻应
变片通过惠斯通电桥将电阻变化转化为电信号。
随后该信号被传输至信号调理电路，经过放大、滤
波等处理后，由 STM32 自带的模数转换器进行采 图 2 无线通信技术工作原理
集和后续处理。
无线通信技术中采用的 FTP 协议是在网络
1.2 无线通信方案设计
［5］
上进行文件传输的一套标准协议 ，是基于客户
本文设计的架空输电导线振动监测装置的无
端-服务器而设计的。FTP 协议在客户端和服务
线通信方案如图 1 所示，由无线发送模块和无线
器端建立两个连接，一条是用于传输数据的数据
接 收 模 块 两 个 模 块 构 成 。 无 线 发 送 模 块 由
连接，另一条是用于传送命令和信息的控制连接。
STM32，ESP32，SD 卡模块以及信号调理电路组
当客户端和服务器端连接成功后，便可查看 FTP
成，无线接收模块由计算机和 FTP 客户端软件构
服务器当前目录下的文件夹和文件，从而下载目
成。两个模块间通过 ESP32 内置的 WiFi 模块实
［6］
标文件或者向 FTP 服务器上传文件 。
现无线连接。
2 无线通信的硬件设计

2.1 无线发送模块

无线发送模块的硬件主要包括 STM32L431
主控芯片及其外围电路、ESP32C3 主控芯片、外
置天线、SD 卡模块和信号调理电路。
本文设计的无线通信技术有低功耗要求，并
且还要保证性能稳定，故选择 STM32L431 主控
［7］
芯片。该芯片基于高性能 Cortex-M4 内核的超
图 1 无线通信方案
低功耗微控制器，主频率达到 80 MHz，拥有 256
无线通信技术的工作原理如图 2 所示。在无 kB 的片内 Flash 和 64 kB 的 SRAM，具备性能显

线发送模块中，由 STM32 对架空输电导线的微风 著的运算处理能力。为了对数据进行采集，本文
振动情况进行数据采集，采集完成后通过串口发 采用 STM32L431 芯片自带的模数转换器，ADC
送到 ESP32，ESP32 接收数据后存储到 SD 卡模 分辨率高达 12 位，每个 ADC 具有多达 20 个采集
块 。 无 线 发 送 模 块 完 成 数 据 存 储 后 会 连 接 至 通道，这些通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描