一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法，包括采集模块、测控模块及通信模块，所述采集模块包括加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器，所述测控模块为单片机，所述通信模块为无线通信模块，所述加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器分别与单片机连接，所述单片机连接无线通信模块，本发明专利技术不仅仅为操作人员提供了一种检测控制器设备，更是安全高效工作的一种保障，在一定程度上有助于提高电气安全。

Wind power tower drum non climbing device man machine detection controller and control method

The invention discloses a wind power tower free climbing device detection and control method of man-machine controller, including acquisition module, control module and communication module, the acquisition module includes acceleration / tilt sensor, weighing sensor and a pulse sensor, the microcomputer control module, the communication module for wireless communication module, the acceleration / tilt sensor, weighing sensor and a pulse sensor are respectively connected with the MCU, the MCU is connected with the wireless communication module, the invention not only provides a detection controller for operators, is a guarantee safe and efficient work, help to improve the electrical safety in a certain extent.

【技术实现步骤摘要】
一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法
：本专利技术属于风电塔筒
，尤其涉及一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法。
技术介绍
：随着全球化石能源的日益衰减以及人们环境保护意识的不断增强，可再生新能源在近年来得到了较为迅速的发展。其中，资源丰富、发展前景十分可观并且清洁环保的风能发电更是备受青睐。在利用风力发电中相比低空的风能，80米高空的风能资源更为丰富，质量更加稳定可靠，发电效率更高。因此，近年来建设的风电塔筒一般都是比较高的。而面于这样高的风电塔筒，塔筒上方的检修维护工作对于操作人员来讲即是身体上也是心理上的一种挑战。在塔筒攀爬过程中过多的消耗操作人员的体力，本身就会降低工作效率，还会影响人员心情，更不利于人身安全。因此，设计一种升降设备帮助操作人员轻松安全的抵达塔筒顶端具有非常的实际意义和广泛地用途。为了避免免爬器在塔顶的剧烈振动、人机安全性等现象，本专利技术提供一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法。通过免爬器车体多传感器的融合，实现对人机状态的判断，提高人机安全可靠性，为后期故障诊断研究提供条件。
技术实现思路
：针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种风电塔筒免爬器人机检测控制器及控制方法。本专利技术的一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，包括采集模块、测控模块及通信模块，所述采集模块包括加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器，所述测控模块为单片机，所述通信模块为无线通信模块，所述加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器分别与单片机连接，所述单片机连接无线通信模块。优选的，所述加速度/倾角传感器采用ADC为16分辨率的MPU-6050传感器。优选的，所述称重传感器为YZC-1616传感器。优选的，所述脉搏传感器为SON1303传感器。优选的，所述单片机为STM32L476单片机。本专利技术的一种风电塔筒免爬器人机检测控制方法，包括以下步骤：（1）免爬器开始工作，硬件初始化；（2）记录免爬器初始基准值；（3）采集模块使用脉搏传感器、称重传感器以及加速度/倾角传感器分别系统周期地采集人的脉搏、免爬器踏板载重量和三轴加速度倾角等信号；（4）判断是否达到采样时间，若是，则记录时域基准值并进入下一步，若否，则继续采样；（5）测控模块读取来自采集模块的多参数信号并调用FFT函数进行信号的时域特征提取以及频域信号的处理，记下频域信息；（6）通过时域基准值和频域信息分析判别人机状态。本专利技术有益效果：本专利技术通过检测高层振动，有助于避开高层振动，提高人身安全，提示检修人员对导轨进行维护；同时可实时监测人的状态，避免疲劳工作，并为免爬器的升降速度做出合理选择；可实时监测免爬器运行速度与倾角，并通过无线传输数据，用于判断免爬器运行状态。不仅仅是为操作人员提供了一种检测控制器设备，更是安全高效工作的一种保障，在一定程度上有助于提高电气安全。附图说明：为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。图1为风电塔筒免爬器人机检测控制器结构示意图；图2风电塔筒免爬器人机检测控制方法流程图。具体实施方式：为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。如图1-2所示，本实施例的一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，包括采集模块、测控模块及通信模块，所述采集模块包括加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器，所述测控模块为单片机，所述通信模块为无线通信模块，所述加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器分别与单片机连接，所述单片机连接无线通信模块。具体地，测控模块为STM32L476单片机，可以进行复杂的浮点运算能力，可以实现快速傅里叶变换（FFT）以及实现数字滤波器。加速度/倾角传感器采用ADC为16分辨率的MPU-6050传感器，可以测三轴的加速度和倾角。通过IIC接口与MCU通信，使用内置运动处理资料库实现姿态解算，降低了运动处理运算对CPU的要求。脉搏传感器安装在免爬器手柄处，为了防止不同压力的挤压造成测量误差，采用了加上保护层且抗干扰强的SON1303传感器。为了提高信噪比在传感器后面使用了带通通滤波器和运算放大电路，使放大后的信号可以很好地被STM32的A/D转换模块采集到。称重传感器型号YZC-1616，额定量程为50Kg，为了达到免爬器100Kg载重需求，系统使用四个相同的传感器连接桥式，量程为200Kg，满足系统要求。称重传感器输出的是模拟信号，所以需要A/D转换模块HX711将称重传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，可以直观的得到踏板上人的重量。本专利技术的一种风电塔筒免爬器人机检测控制方法，包括以下步骤：（1）免爬器开始工作，硬件初始化；（2）记录免爬器初始基准值；（3）采集模块使用脉搏传感器、称重传感器以及加速度/倾角传感器分别系统周期地采集人的脉搏、免爬器踏板载重量和三轴加速度倾角等信号；（4）判断是否达到采样时间，若是，则记录时域基准值并进入下一步，若否，则继续采样；（5）测控模块读取来自采集模块的多参数信号并调用FFT函数进行信号的时域特征提取以及频域信号的处理，记下频域信息；（6）通过时域基准值和频域信息分析判别人机状态。具体地，免爬器车体正常运行时，系统周期地采集的免爬器车体的三轴加速度、倾角以及人体脉搏。免爬器在运行过程产生振动，特别是X轴的加速度表现的非常明显，选用X轴的加速度作为分析时域的平稳性指标，对于此离散信号，其峭度系数为：式中：N为采样点数，X为信号，E(X)为均值，为方差。在实际工程中，当载人的免爬器车体上升到85-100m时，出现剧烈振动，会让操纵者感觉非常的不适。造成这种现象主要原因：免爬器的长时间运行导致部分机械的松动，造成杆端约束力变小。将免爬器理解为压杆模型，此现象为压杆失稳的现象。工程中，一般选用压杆模型的欧拉公式处理实际问题，其公式：式中：E为弹性模量，I为临界压力，μ为长度因数，l为长度。由上述公式可知，当其他条件不变，l越长，越容易失稳；μ变大，约束力越小。当系统发生高层振动时，系统根据测得人的体重，读取到当前的运行高度，可以计算μ，同时，为了保证人身安全，系统避开高层振动区，并提示维护人员检测导轨是否有松动。由于时域的脉搏信号，受扰动较大，为方便分析，对时域脉搏信号的FFT函数变换，计算各频率段的功率谱。调用cr4_fft_64_stm32函数，可实现对64个数据点的FFT运算，运算得到各次频率分量的幅值、实部、虚部等信息将保存在数组中。上述N=64点快速傅立叶变换：然后对各频率段幅值平方为频谱能量为：通过实验可知，人的脉搏的主要能量集中在10Hz之内，基频波动范围[1.0,1.67]，利用巴特沃斯设计数字滤波器，通过工具箱fdatool获得数字滤波器系数后在运行arm_fir_f32函数，完成数字滤波，测得人体脉搏。同时，分析基频的频谱能量E(1)与其他峰频谱能量E(2)、E(3)、E(4)的关系，不仅可以得知人的疲劳状态，而且避免因为机械振动造成脉搏频谱的干扰。为了量化分析，定义频谱能量系数S：信号采集模块使用脉搏传感器、称重传感器以及加速度/倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，其特征在于：包括采集模块、测控模块及通信模块，所述采集模块包括加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器，所述测控模块为单片机，所述通信模块为无线通信模块，所述加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器分别与单片机连接，所述单片机连接无线通信模块。

【技术特征摘要】
1.一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，其特征在于：包括采集模块、测控模块及通信模块，所述采集模块包括加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器，所述测控模块为单片机，所述通信模块为无线通信模块，所述加速度/倾角传感器、称重传感器及脉搏传感器分别与单片机连接，所述单片机连接无线通信模块。2.根据权利要求1所述的一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，其特征在于：所述加速度/倾角传感器采用ADC为16分辨率的MPU-6050传感器。3.根据权利要求1所述的一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，其特征在于：所述称重传感器为YZC-1616传感器。4.根据权利要求1所述的一种风电塔筒免爬器人机检测控制器，其特征在于：所述脉搏传感器为SO...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志斌，
申请(专利权)人：江苏曼斯特风电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32