Page 24 - 电力与能源2024年第五期
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556 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
或间断模式执行。
3 无线通信的软件开发
无线发送模块一方面要通过串口接收来自
STM32 采集的数据并保存在 SD 卡中，另一方面 本文设计的无线通信方案在软件开发上主要
还要具备连接 WiFi 的功能，故本文选择了由乐鑫 从数据采集及存储、数据无线传输、FTP 客户端
生产的 ESP32-C3-WROOM-02U-N4 主控芯片。 软件设计三方面进行。
该芯片具有丰富的外设接口，在无线通信方面支 3.1 数据的采集及存储
无线发送模块上电后，与之相连的应变传感
［8］
持 802.11b/g/n 协议，具备 2.4 GHz 频段 的 WiFi
器受力发生形变导致电阻值发生变化，进而使测
连接能力，支持 Station（站点模式）、SoftAP（软件
量电路产生差分电压，电压信号经过放大电路和
［9］
接入点）和混合模式 ，提供稳定的无线网络连接
滤波电路后，STM32L431 的 TIM2 触发 ADC 采
性能，能很好地满足本文的设计要求。
样，TIM15 控制采样时间，将模拟信号转化为数
由于 ESP32C3 内置的存储空间很小，因此本
字信号，采集结果通过 DMA 的方式搬运数据 ［12］ ，
文 选 择 128G 的 SD 卡 存 储 采 集 的 数 据 ［10］ ，由
这样不仅传输速度快，更重要的是可以节省 CPU
FAT32 文件系统对存储数据进行文件管理。SD
的资源。至此，数据采集工作完成，后续会将该数
卡模块与 ESP32C3 通过 SPI 接口通信。
据发送至 ESP32C3 进行数据存储工作。
2.2 无线接收模块
ESP32C3 根据定义好的串口通信协议接收
计 算 机 是 无 线 接 收 模 块 的 核 心 硬 件 ［11］ ，其
到 STM32L431 采集的完整数据之后，便会进行
主要功能是通过 FTP 客户端与无线发送模块中
数据存储工作。ESP32C3 通过 SPI 接口连接 SD
的 ESP32C3 建 立 连 接 ，从 而 下 载 并 处 理 存 储 在
卡模块，首先会在 SD 卡中创建一个 TXT 类型的
SD 卡 上 的 数 据 文 件 ，其 硬 件 配 置 应 满 足 以 下
文本文件用于保存数据，文件名以当前接收数据
要求。
的时间命名，格式为“年-月-日-时-分”。接下来，
（1）网络接口。计算机需要具备稳定的无线
将数据按照预定的格式保存到新创建的文件中。
网络接口（WiFi），以确保与 ESP32 的无线连接质
在写入过程中，ESP32C3 会进行数据校验，并记
量。为了保证连接的稳定性和速度，使用支持最
录每次写入操作的日志信息，以便后续进行故障
新 WiFi标准 802.11ax 的无线网卡。
排查和数据追踪。
（2）处理器和内存。为了能够快速处理和分
3.2 数据的无线传输
析大容量的数据文件，计算机应配备高性能的处
当数据采集结束并成功存储后便可以开始进
理器和足够的内存。具体来说，多核 CPU 能够提 行无线通信。无线通信的流程如图 3 所示。无线
供更高的并行处理能力，而至少 8 GB 的内存可以 通信部分主要由 ESP32C3 实现，其具备外部唤醒
确保系统在处理大数据集时保持高效运行。 和心跳包唤醒 ［13］ 两种功能。外部唤醒用于接收并
（3）存储空间。计算机需要有足够的存储空 存储 STM32L431 发送过来的数据，心跳包唤醒
间来保存从 ESP32 下载的数据文件。为了保证 用于定期检查是否要进行 FTP 文件传输。
空间足够，使用金士顿 1 TB 机械硬盘存储数据 当需要获取架空输电导线微风振动的监测数
文件。 据时，首先需要无线发送模块中的 ESP32C3 被心
（4）操作系统。计算机应运行兼容 FTP 客户 跳 包 唤 醒 ，唤 醒 后 会 尝 试 与 用 于 生 成 WiFi 的
端软件的操作系统。选择合适的操作系统有助于 ESP32C3 进行 ESP-NOW 通信。在通信过程中，
确保与 FTP 客户端的良好兼容性，并支持必要的 无线发送模块的 ESP32C3 会将自己的出厂 MAC
网 络 连 接 和 文 件 传 输 协 议 。 基 于 此 ，本 文 选 择 地址发送给对方，对方接收到 MAC 地址后会回
Windows 系统作为计算机的操作系统。 复 一 个 收 到 的 指 令 ，然 后 无 线 发 送 模 块 的
