一种低功耗伸缩节变形监测无线节点及其控制方法

摘要

本发明提供一种低功耗伸缩节变形监测无线节点及其控制方法，包括：传感器，用于进行伸缩节的变形测量；单片机，用于采集与发送数据，以及控制其他模块的工作；无线模块，用于接收单片机发过来的测量数据并通过无线方式发送出去；电源模块，用于输出电压，供其他模块工作；电源开关电路，与单片机连接并由其控制，串联于需要控制的功能模块的电源电路中，控制相应模块是否工作；电源变换电路，与电源模块连接配合，以输出稳定的电压供给各功能电路。实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送。

说明书

技术领域

本发明涉及伸缩节监测技术领域，具体涉及一种低功耗伸缩节变形监测无线节点及其控制方法。

背景技术

电力行业中的气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)等设备中，管道母线长度往往在数百米甚至更长，随着季节、环境温度的变化，其长度会产生一定量的伸缩，因此需要在管路中添加伸缩节以补偿和调节，否则可能会导致连接部位被撕裂，导致漏气，发生事故。因此，对伸缩节的变形(尺寸变化)变化进行日常巡检是一项重要的工作。为适应原有设备的改造，或者简化施工，或者降低人工工作量的多个角度考量，对伸缩节的变形采取自动采集、无线传送能够满足上述的各类要求；而现有的伸缩节的监测系统采用多种器件，功耗消耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗伸缩节变形监测无线节点及其控制方法，实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送，降低了电路的功耗。

本发明提供了如下的技术方案：

一种低功耗伸缩节变形监测无线节点及其控制方法，包括：

传感器，用于进行伸缩节的变形测量；

单片机，用于采集与发送数据，以及控制其他模块的工作；

无线模块，用于接收单片机发过来的测量数据并通过无线方式发送出去；

电源模块，用于输出电压，供其他模块工作；

电源开关电路，与单片机连接并由其控制，串联于需要控制的功能模块的电源电路中，控制相应模块是否工作；

电源变换电路，与电源模块连接配合，以输出稳定的电压供给各功能电路。

优选的，还包括晶振时钟电路，外接于所述单片机，以实现精确节拍。

优选的，所述单片机包括：

串口通信模块，用于与所述无线模块连接，实现数据的收发；

AD转换模块，用于读取所述传感器输出的对应的电压值，并输出为尺寸值；

控制模块，将所述AD转换模块输出的测量的尺寸值与前一次测量的尺寸值进行比对，得到变化幅度值，再将变化幅度值与事先设定的阈值进行比对，若变化幅度值超过所述阈值，则控制所述无线模块将数据发送至指定终端，若变化幅度值小于所述阈值，则无需发送数据；

I/O接口，用于接入所述电源开关电路，以控制所述电源开关电路的开闭，当所述电源开关电路关闭时，所述单片机进入低功耗模式；

唤醒模块，内置定时逻辑电路，待所述单片机进入低功耗模式至设定间隔时间后，通过所述单片机的内置定时器终端将其唤醒，以实现数据的循环采集与发送。

优选的，所述传感器采用直线位移传感器。

优选的，所述直线位移传感器为基于滑动变阻器原理的电阻尺，将其固定端接入所述电源电路。

优选的，所述电源开关电路的核心器件为MOS FET继电器。

优选的，所述无线模块基于LoRa技术。

一种低功耗伸缩节变形监测无线节点的控制方法，包括以下步骤：

S1、测量时，单片机通过对应的I/O接口控制电源开关电路打开，此时，传感器分压电路立即输出此时对应的电压值；

S2、所述单片机通过内置AD转换模块读取，经过比例换算获取当前尺寸值；

S3、所述单片机内置的控制模块将所述尺寸值与前一次读取的尺寸值进行比对，得到变化幅度值，将所述变化幅度差值与事先设定的阈值进行比对，如果变化幅度值超过设定的阈值，则控制无线模块将数据发送出去；

如果变化幅度值小于设定的阈值，则无需发送数据，以降低功耗；

S4、上述测量完成后，所述单片机通过对应的I/O接口控制电源开关电路关闭，单片机进入低功耗模式；

S5、单片机内置的唤醒模块对间隔时间进行计时，待间隔时间到达指定时间后，用所述单片机内部定时器终端唤醒；

S6、重复所述步骤S1-S5，实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送。

本发明的有益效果是：本发明采用传感器对对应电路模块的电压值进行测量，单片机根据实时测量值控制无线模块的数据发送与否，以及控制电源开关电路的开闭，实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送，实现自动测量，并且降低了电路的功耗。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明节点原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一种低功耗伸缩节变形监测无线节点，包括：

传感器，用于进行伸缩节的变形测量，即为尺寸的测量，采用直线位移传感器，常见的直线位移传感器有基于滑动变阻器的电阻尺、光电编码或莫尔条纹光栅尺等。考虑伸缩节的测量精度要求并不高(精度到毫米级即已满足实际需求)，采用基于滑动变阻器原理的电阻尺，原因是具有机械位置记忆效应因此关闭电源不会对测量准确性造成影响，电阻尺还具有成本低的特点。

单片机，用于采集与发送数据，以及控制其他模块的工作(作为控制的核心)，具体的，单片机包括：

串口通信模块，用于与无线模块连接，实现数据的收发；

AD转换模块，用于读取传感器输出的对应的电压值，并输出为尺寸值；

控制模块，将所述AD转换模块输出的测量的尺寸值与前一次测量的尺寸值进行比对，得到变化幅度值，再将变化幅度值与事先设定的阈值进行比对，若变化幅度值超过阈值，则控制无线模块将数据发送至指定终端，若变化幅度值小于阈值，则无需发送数据；

I/O接口，用于接入电源开关电路，以控制电源开关电路的开闭，当电源开关电路关闭时，单片机进入低功耗模式；

唤醒模块，内置定时逻辑电路，待单片机进入低功耗模式至设定间隔时间后，通过单片机的内置定时器终端将其唤醒，以实现数据的循环采集与发送。

特别的，由于一般单片机内部的RC振荡电路精度不高，因此通过外接晶振时钟电路，以实现精确节拍。

无线模块，用于接收单片机发过来的测量数据并通过无线方式发送出去，可采用LoRa技术。

电源模块，用于输出电压，供其他模块工作；本实施例中，电源模块为电池，由于电池随着使用会产生压降，因此采用电源变换电路，与电源模块连接配合，以输出稳定的电压供给各功能电路。

电源开关电路，核心器件为MOS FET继电器，这类器件开关迅速，压降低，与单片机连接并由其控制，串联于需要控制的功能模块的电源电路中，控制相应模块是否工作。

一种低功耗伸缩节变形监测无线节点的控制方法，包括以下步骤：

S1、测量时，单片机通过对应的I/O接口控制电源开关电路打开，此时，传感器分压电路立即输出此时对应的电压值；

S2、单片机通过内置AD转换模块读取，经过比例换算获取当前尺寸值；

S3、单片机内置的控制模块将上述尺寸值与前一次读取的尺寸值进行比对，得到变化幅度值，将变化幅度差值与事先设定的阈值进行比对；

如果变化幅度值超过设定的阈值，则控制无线模块将数据发送出去；

如果变化幅度值小于设定的阈值，则无需发送数据，以降低功耗；

S4、上述测量完成后，单片机通过对应的I/O接口控制电源开关电路关闭，单片机进入低功耗模式；

S5、单片机内置的唤醒模块对间隔时间进行计时，待间隔时间到达指定时间后，用单片机内部定时器终端唤醒；

S6、重复步骤S1-S5，实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送。

本发明采用传感器对对应电路模块的电压值进行测量，单片机根据实时测量值控制无线模块的数据发送与否，以及控制电源开关电路的开闭，实现定周期的循环采集数据，以及基于测量尺寸的比对判断数据的发送，实现自动测量，并且降低了电路的功耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。