摘 要

近些年来，我国电网覆盖面的不断扩大，高压输电杆塔在电网建设中扮演着不可或缺的角色， 但是由于人为疏忽、自然灾害等原因，杆塔倾斜、倒塌的事故时有发生，给人民的生活便利造成了巨大的影响，严重缩减了企业的生产效率。高压杆塔的基数非常大，杆塔维护大多是用人工方式进行简单检测，极大了浪费了人力物力，检测人员的生命安全也得不到保障。在当今网络信息时代，传感器的发展迅猛，许多场合都离不开多种传感器的配合使用，在军事、医药、地理监测、自动化技术等方面取得了广泛的应用。本文介绍了国内外检测技术的现状，设计了一套倾角检测的系统，完成了硬件和软件的设计。

本文首先在阅读充足的文献国内外文献后，剖析了杆塔倾斜测量的现阶段原理和方法理论基础，介绍了目前我国现行的倾角检测系统的发展，提出了高压输电线路杆塔的倾角测量的基本要求，确定了设计的目标，根据设计的特点确定了基本方法。

本文设计了一款基于STM32单片机的倾角测量仪，三轴传感器ADXL345是最重要的敏感元件，三轴加速度传感器可以测得X轴、Y轴和Z轴的加速度值，ADXL345将加速度值通过IIC协议传输给STM32，STM32通过加速度和角度值的转换计算出角度值，在显示屏上显示出来，以此判断杆塔是否倾斜以及是否可能倒塌。

本文最后对设计的倾角检测系统进行了检测，对硬件电路进行了检查，通过STM32的在线调试功能对程序进行调试，设计的倾角检测系统完成了倾角检测的功能，本文设计的倾角检测系统低功耗、低成本、设计简单、容易实现。并对误差进行了分析，对设计中的不足提出展望。

关键词：高压输电；倾角检测；ADXL345；STM32单片机

Abstract

In recent years, China's power grid coverage continues to expand, high-voltage transmission tower in the power grid construction plays an indispensable role, but due to human negligence, natural disasters and other reasons, tower tilt, collapse of the accident occurred, to the people's life Convenience has created a huge impact, seriously reducing the production efficiency of enterprises. High pressure tower base is very large, most of the tower maintenance is a simple way to manually detect a great waste of manpower and resources, testing personnel's life and safety is not guaranteed. In today's network information age, the rapid development of sensors, many occasions are inseparable from a variety of sensors used in the military, medicine, geographical monitoring, automation technology has made a wide range of applications. This paper introduces the current situation of detection technology at home and abroad, designs a set of tilt detection system, completes the hardware and software design.

This paper first analyzes the theoretical basis of the principle and method of the tower tower tilt measurement, and introduces the current development of the tilt detection system in China, and puts forward the basic requirements of the inclination of the tower of the high voltage transmission line , To determine the design goals, according to the characteristics of the design to determine the basic method.

This paper designs a tilt tester based on the STM32 microcontroller. The ADXL345 is the most important sensor. The three-axis acceleration sensor can measure the acceleration values ​​of the X axis, Y axis and Z axis. The ADXL345 accelerates the acceleration value through the IIC protocol Transmitted to the STM32, the STM32 calculates the angle value by the conversion of the acceleration and the angle value, which is displayed on the display screen to determine whether the tower is tilted and whether it may collapse.

At the end of this paper, the design of the tilt detection system was tested, the hardware circuit was checked, through the STM32 online debugging function of the program debugging, the design of the tilt detection system to complete the tilt detection function, the design of the tilt detection system Consumption, low cost, simple design, easy to implement. And the error is analyzed, and the shortcomings of the design are put forward.

Key Words：High voltage transmission; tilt detection; ADXL345; STM32

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外现状 2

1.3 课题研究的意义和主要内容 4

1.4 本章小结 4

第2章 系统方案设计 5

2.1 倾角测量的原理 5

2.1.1 固体摆式倾角传感器 5

2.1.2液体摆式倾角传感器 5

2.1.3 气体摆式倾角传感器 6

2.2 总体方案设计 7

2.2.1方案比较 7

2.3 本章小结 8

第3章 硬件设计 9

3.1 传感器原理与电路设计 9

3.1.1 ADXL345原理介绍 9

3.1.2 ADXL345电路设计图 12

3.2电源模块 12

3.3 MCU外围电路设计 13

3.3 显示模块 14

3.4 本章小结 17

第4章 软件设计 17

4.1 软件流程图 18

4.2 程序分析设计 18

4.2.1通信协议原理分析 18

4.2.2 加速度转换为角度原理 21

4.2.3 显示模块程序设计 24

4.3 本章小结 26

第5章 总结与展望 26

5.1 总结 27

5.2 展望 28

参考文献 28

致谢 30

附录 31

第1章 绪论

1.1 选题背景

电的最早发现是在公元前6世纪，但是那时候并没有电这个词，只是发现了琥珀摩擦后可以吸附小的物体，之后电经过了漫长的沉寂，一直没有在实际中得到应用^[1]。经过漫长的岁月到17世纪，英国的一位物理学家命名了电，18世纪人们发现了电不只有吸引，也有排斥的现象，富兰克林正式命名为“正电”和“负电”一直沿用至今^[2]。之后在许多科学家的努力下，建立了电流定律和基尔霍夫定律等规律。电的出现方便了人们的生活，人们用它做饭、照明，而且大大提高了工业生产效率^[3]。爱迪生支持的直流电的为自己带来了巨大的利益，但是特斯拉认为交流电传输损耗更小，在一次大会中特斯拉向人们展示了交流电的优越性，赢得了胜利，在对电力传输的发展产生了重大的影响^[4]。

我国的电网建设是从新中国成立后开始的，但是开始电网发展比较初步，规模比较小^[5]，自从改革开放以后，由于这个行业的整个体制的变化，资本的问题得到了很大的解决包括引用外资，我国通过调整电价和其它措施的努力^[6]，电网的发展发展日新月异，技术和规模不断进步提高。1996年我国的装机先后超过英法日等国仅次于美国，2011年我国的装机容量成功压过美国排在世界第一^[7]。从20世纪60年代，我国先后建成了东北电网框架、西北电网框架，20世纪末逐渐建成了华中电网，输电等级提高到500kV^[8]。

最近一些年， 我国的电力网络技术进步明显，电网覆盖面快速提高^[9]，高压输电杆塔在电网建设中扮演着重要的作用，影响了输电线路的质量和寿命，因此输电杆塔的设计、制造、安装都要按照严格的标准进行^[10]，但是由于施工不当、缺乏监管等认为因素和雨雪等自然灾害，高压输电杆塔长期安装在恶劣的户外，容易受雨雪、大风等天气影响发生倾斜甚至倒塌，对国民经济生产造成了恶劣的影响。对杆塔倒塌倾斜的事故调查可以发现，很少是因为杆塔的质量和安装问题造成杆塔倒塌，大多是由于恶劣的自然灾害如泥石流、大雪造成了杆塔倒塌^[11]。

最近一些年我国跨区域高压输电网络的建设更加完善，然而我国的输电网络在线监测技术研究开发慢于国外一些国家，国外的在线监测技术相对发展比较早技术更加全面，我国的输电网络对冰雪、台风、泥石流和塌方等恶劣条件的稳定性更差，这些现状使的线监测技术和智能输电技术的开发迫在眉睫[^12]。在线监测和智能输电可以方便电力资源的协调和分配，提高输电的稳定性和安全性。我国也有一些公司企业开发检测系统，包括线路覆冰监测、杆塔倾斜检测、温度湿度检测等技术，但是由于成本较高，体积较大，技术不够先进完善，长期安装在户外容易损坏，售后服务困难，目前难以普及。

1.2 国内外现状

19世纪末有史以来的第一个发电厂在法国诞生，电正式进入到应用的阶段，之后的几年里，电最先出现在了我国上海，一个英国人最先在我国上海成立了一家电气公司，主要用作日常生活的照明，到现在电在我国已经存在了一百多年。我国最开始的电力公司是由国外的商人或政府在租界成立的，后来由我国的资产建设的电力公司也相继出现，到20世纪初，只有我国的一些大型城市如北上广等有电，我国的电力行业刚刚诞生。20世纪初以欧洲为主要战场的“一战”，使我国出资建设的电力公司迅速发展，到“二战”前，我国的装机容量达到一百多万KW，东北和江浙率先建成了输电线路。然而，1937年以后日本的侵略大肆摧毁了我国的电力、输电网和桥梁等设施，我国的电力行业停滞不前，甚至出现了倒退，一直到抗战胜利建国以后，我国的装机容量仍然只有近200万KW，电力行业的发展非常落后。

建国之后，我国的电力行业发展突飞猛进，短短30年装机容量就跃居世界前列，输电线路的建设也有了一定的规模，1978年我国“对内改革”后，我国的电网向私人和外国集资，政府和企业分立，由国家电网统一调度，电网的发展迅速加快，最近几年，我国高压输电建设更加全面，特高压输电线路的建设从20016年正式在我国开始，如今多条特高压直流输电线路的建设完成^[13]，之前特高压线路输电存在一些问题，包括输电技术和特高压直流输电的安全，特高压输电线路的建设停滞了一段时间，现在随着技术的进步，我国的特高压输电线路建设突飞猛进，特高压输电技术提高了输电效率，优化了我国的电网结构。建国以来，我国的农村电网从零建设，一直发展缓慢，到1998年国家实行电网改造，对农村电网投入了巨大的资本，农村电网基本建设成型，但是仍然有一些偏远地区环境恶劣，材料运输苦难，安装也存在难度，电网跨度长，因此损耗高，效率低，电网建设困难，但是2015年我国仍然提出了让我国每家每户都通电的目标，我国的农村电网覆盖覆盖面达到了世界第一。