1.本发明涉及座地双摇臂抱杆的力矩监控技术领域，尤其是涉及一种座地双摇臂抱杆力矩监控系统。
背景技术：
2.摇臂抱杆是一种特种起重机械，广泛应用于电力行业，座地双摇臂抱杆是广泛使用的一种类型。座地双摇臂抱杆在现场施工中，由于地形条件限制，两臂的对称起伏和座地式双摇臂吊重均不易保持平衡，对施工人员、施工过程、施工安全都会带来不利影响。当不平衡力矩超过一定的限定值时，容易带来抱杆损坏和吊装的安全问题。当两摇臂力矩差较大时，会引起抱杆顶端漂移，极端时造成抱杆折断重大事故。传统施工过程中，这些参数依靠施工工人进行肉眼观测和判断，根据人的经验进行调整，没有客观可靠数据反映给操作者，存在安全隐患，因此，有必要对座地双摇臂抱杆的不平衡力矩进行监测。
3.现有技术中，中国专利cn218403379u公开了座地双摇臂抱杆力矩不平衡监控装置，在左摇臂与右摇臂的吊钩上均设置有吊重传感器，在摇臂和杆体上安装倾角仪，在杆体上设置风速仪，设置倾角传感器、风速仪与吊重传感器等，通过实时监测风速、左摇臂、右摇臂与水平面之间的夹角和杆体与垂直线的夹角等数据传输给地面集中控制器，地面集中控制器反馈给系统控制中心实时计算出不平衡力矩，当超过阈值时及时显示在地面集中控制器或是系统控制中心上。
4.但是，现有的力矩监控装置存在以下问题：施工场地不同时摇臂抱杆与地面控制器之间的距离不同，无线传输的距离有限，通讯距离有时无法满足要求。
技术实现要素：
5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种座地双摇臂抱杆力矩监控系统。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种座地双摇臂抱杆力矩监控系统，包括角度监测器、吊重监测器、主控制器、中继器、系统控制中心和开关电源模块，所述主控制器与角度监测器和吊重监测器无线连接，所述开关电源模块用于为主控制器提供工作电源；
8.所述角度监测器安装于摇臂和杆体上，所述吊重监测器设置在摇臂的吊钩上，所述主控制器设置在地面，每个主控制器对应一个座地双摇臂抱杆，所述系统控制中心连接多个座地双摇臂抱杆的主控制器；
9.在主控制器与系统控制中心之间的距离超出主控制器的无线通信距离时，主控制器与中继器无线连接，所述中继器与中继器或系统控制中心无线连接，在主控制器与系统控制中心之间的距离不超出主控制器的无线通信距离时，主控制器与系统控制中心无线连接。
10.进一步地，所述主控制器与角度监测器和吊重监测器之间通过lora通信模块无线
连接。
11.进一步地，所述主控制器与中继器或系统控制中心、中继器与中继器或系统控制中心之间通过lora通信模块无线连接。
12.进一步地，所述角度监测器包括倾角传感器和信号输出电路，所述信号输出电路包括接入选择模块和放大模块，所述接入选择模块包括选择开关、第一接入电阻和第二接入电阻，所述第一接入电阻和第二接入电阻分别连通放大模块，所述选择开关导通第一接入电阻或第二接入电阻。
13.进一步地，所述吊重监测器包括吊重传感器和信号转换电路，所述信号转换电路为光电隔离器。
14.进一步地，所述开关电源模块包括整流器、滤波器、逆变器、变压器降；
15.低频220v的交流市电经过所述整流器和滤波器后整流、滤波成直流220v电压，所述逆变器把直流220v电压转变为交流电压，经变压器降压，再通过整流和滤波得到5v、 15v和 24v的三种直流电压。
16.进一步地，还包括风速仪，所述风速仪安装在杆体上，风速仪与主控制器无线连接。
17.进一步地，所述主控制器外接有语音播报器，用于进行语音播报。
18.进一步地，包括待机模式、关机模式和运行模式，在运行模式下监控系统正常工作，在关机模式下监控系统断电，在待机模式下监控系统休眠，并在接收到唤醒信号后切换至运行模式。
19.进一步地，所述主控制器还通过gprs模块接入gprs网络，进而连接到internet网络。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.通过中继器扩大了通信距离，在复杂的施工环境下能够实现无线传输的距离要求，并对系统的模块设计等进行了优化。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图；
23.图2为本实施例中信号输出电路的示意图；
24.图3为电源电压变换图；
25.附图标记：1、角度监测器，2、吊重监测器，3、主控制器，4、系统控制中心，5、pc终端。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例，本发明的保护范围不限于下述的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中
的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.本说明书提供了如实施例或流程示意图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)或者调整没有时序限制的步骤的执行顺序。
29.实施例1：
30.一种座地双摇臂抱杆力矩监控系统，如图1所示，包括角度监测器1、吊重监测器2、主控制器3、中继器、系统控制中心4和开关电源模块，主控制器3与角度监测器1和吊重监测器2无线连接，开关电源模块用于为主控制器3提供工作电源；角度监测器1安装于摇臂和杆体上，吊重监测器2设置在摇臂的吊钩上，主控制器3设置在地面，每个主控制器3对应一个座地双摇臂抱杆，系统控制中心4连接多个座地双摇臂抱杆的主控制器3；在主控制器3与系统控制中心4之间的距离超出主控制器3的无线通信距离时，主控制器3与中继器无线连接，中继器与中继器或系统控制中心4无线连接，在主控制器3与系统控制中心4之间的距离不超出主控制器3的无线通信距离时，主控制器3与系统控制中心4无线连接。
31.本技术的技术方案中，角度监测器1监控摇臂的水平倾角，吊重监测器2监测摇臂的吊重，从而可以计算出不平衡力矩，以便工作人员及时进行调整控制。而考虑到施工现场环境复杂多变，为避免通信距离不够，设置了中继器，中继器可以进行数据接收转发，扩大了通信距离。
32.其中，主控制器3与角度监测器1和吊重监测器2之间通过lora通信模块无线连接，主控制器3与中继器或系统控制中心4、中继器与中继器或系统控制中心4之间通过lora通信模块无线连接。
33.本实施例中lora通信模块使用的it公司生产的lora扩频通信模块，该模块具有低功耗、协议栈免费等多方面优点。lora通信模块分为主模块和从模块，主从模块需要完成同一频率间的数据通信，主模块与主控模块之间的连接方式采用无线串口连接，实现lora无线通信的主从控模块之间的通信，频段为433m，数据刷新率为2.5hz。在一开始的设计中，申请人重点考虑了采样频率问题(至少5hz以上)，最先采用2.4g无线wifi或专用zigbee进行通讯，但是发现通讯距离只有50米左右，难以应用，而因为成本问题和国家相关无线频段限制，无法通过增加2.4g射频功率放大器的手段提高通讯距离。最终，设计中改用lora技术433频率 功率放器很轻松的把射频放大到1w以上，通讯距离明显增加到300米以上，有效的解决了通讯距离问题，采样频率降为可接受的2.5hz。中继器作为转发站，不需要进行人机交互，其位置可以灵活设置，主控制器3和系统控制中心4可以设置在安全地点，并支持人机交互，根据主控制器3与摇臂抱杆的距离、与系统控制中心4的距离，可以灵活设置中继器的数量和位置，如果中继器数量较多，可以相互连接，以路由转发的形式实现角度监测器1等
与主控制器3的通信、主控制器3与系统控制中心4的通信。
34.角度监测器1包括倾角传感器和信号输出电路，倾角传感器外壳采用定制的铝合金外壳，加上密封条，可以达到ip67密封等级。信号输出电路包括接入选择模块和放大模块，接入选择模块包括选择开关、第一接入电阻和第二接入电阻，第一接入电阻和第二接入电阻分别连通放大模块，选择开关导通第一接入电阻或第二接入电阻。倾角传感器在测量了角度信号后，将其线性的转变成为电压信号，再传输至主控制器3。但是，不同类型的倾角传感器会产生不同范围的毫伏弱电压信号，电阻桥方式(也称应变片式)测量张力得到的电压信号一般为0-20mv，而电感差动式可以产生0～160mv的电压信号。毫伏电压信号不能直接进行数字量的变换，必须把测量的角度电信号进行一定比例的放大，变化的范围最好是adc整个取样量程。因此，为了提高设计的通用性，本技术的信号输出电路设计了接入选择模块，第一接入电阻和第二接入电阻，如图2所示，这里采用了具有差分输入和单端输出的闭环增益仪表放大器-ad620an。它对输入信号的闭环放大倍数只由一个外接电阻决定。从内部电路来后，该电电阻连接在反相输入端和输出端之间，放大电路有很强的共模抑制比。当用户使应变片式测量器时，选择开关接通高放大倍数电阻，反之亦然。增益倍数由grl或gr0决定。gr0/grl的选择是由用户对倾角传感器的选择。如果用户使用的是差动传感器，则增益电阻选择grl，如果用户使用的是应变式，则增益电阻选择gr0。仪表放大器ad620不仅成本低廉，而且增益范围非常广泛，最大可达到一万倍。它只需要一个外接电阻来设置放大倍数，如图中使用的电阻gr0/grl，ad620是由三个运算放大器集成的仪表放大器，它的输入端是由两个三极管组成的差分输入，它还具有低噪声、低功耗和低输入偏置电流特性。
35.吊重监测器2包括吊重传感器和信号转换电路，信号转换电路为光电隔离器。在监控系统正常工作时，吊重传感器会测得表示拉力的脉冲数字信号。脉冲信号的高电压一般不是控制器的工作电压，这里就必须对数字信号进行变换，使之成为控制器所能识别的高低电平。光电隔离器的输入端接入数字信号，当输入高电平时，光耦内部发光二极管就会导通发光，二极管中通的电流越大，则发出的光越强，当光照射到封装在内部右边感光器后，内部产生的光电流使输出两端导通，右边输出端就会得到一个与输出端反向的数字信号。如此实现了电信号的隔离与传递。
36.开关电源模块包括整流器、滤波器、逆变器、变压器降；如图3所示，低频220v的交流市电经过整流器和滤波器后整流、滤波成直流220v电压，逆变器把直流220v电压转变为交流电压，经变压器降压，再通过整流和滤波得到5v、 15v和 24v的三种直流电压。开关电源模块中，较为核心的是怎么把直流220v电压转变为高频的交流电压。本技术实施例中，电源控制芯片选择了市场上应用较多的ir21531。ir21531在工作时，其最小工作电压为10v，最大工作电流为25ma。ir21531发生信号的频率由外接的电阻与电容决定。这里接入rt为15k的电阻与ct为1000pf的电容，振荡频率53khz左右。
37.此外，本技术的方案中还包括风速仪，风速仪安装在杆体上，风速仪与主控制器3无线连接，可以进行风速监测，提高摇臂抱杆的数据监测全面性。
38.主控制器3至少包括控制芯片、存储模块、显示屏、按键等基础结构，此外，考虑到室外阳光下很难看清监控屏上的信息，本技术实施例中，主控制器3外接有语音播报器，用于进行语音播报，比如发现不平衡力矩超出设定阈值后发出语音提示。在确定控制芯片的选型时，考虑到主控制器3的功能需求并不多，主控芯片需要包括adc、外部中断、i/o等，因
此，没有选择多功能的arm、plc作为主控，而是使用stm3l151作为主控芯片。
39.为了减少功耗，系统包括待机模式、关机模式和运行模式，在运行模式下监控系统正常工作，在关机模式下监控系统断电，在待机模式下监控系统休眠，并在接收到唤醒信号后切换至运行模式。
40.为了能和液压绞磨设备连动，主控制器3还通过gprs模块接入gprs网络，进而连接到internet网络，平板电脑、手机等都能接入网络以获取摇臂状态信息。如果因施工需求需要全国联网，可以加入4g网络通讯，数据上传至后台服务器。
41.pc终端5与系统控制中心4连接，即通过上位机在电脑上查看集中控制器(即主控制器3)所传送回来的数据，可以远程监测吊臂的倾角及吊重，也可以实时观测不平衡力矩相关数据。工作人员也可以在pc终端5反向给监测系统发送更改参数指令，满足其实时平衡要求。
42.本系统的控制机制分为三层，最低层为角度监测器1和吊重监测器2，角度监测器1和吊重监测器2为底层数据采集层；中间层为主控制器3，它可以获取多个角度监测器1和吊重监测器2，并能够对抱杆进行控制；最高层为系统控制中心4，可以控制整个系统。角度监测器1和吊重监测器2采集抱杆的角度和吊重等数据，传送给主控制器3，主控制器3再结合三维立体加速度转换算法和物理学相关理论综合得到一个不平衡力矩。主控制器3对角度监测器1和吊重监测器2采集的数据进行筛选后，发送给系统控制中心4，以备工作人员查验。同时，系统控制中心4也可以利用主控制器3反向调整相关参数，以便进行调整力矩处理。
43.本技术运用角度传感技术、吊重传感技术、通信技术、智能处理技术以及联网技术，对电力传输线路组塔工程施工过程中座地式双摇臂状态进行全程监测和安全预警，选取施工中抱杆起吊时两摇臂平衡的关键参数“吊重”和“力矩”进行实时监控，当双摇臂力矩处于过载或力矩不平衡状态通过报警的方式通知施工人员处理，以保证双摇臂力矩差较小，在工程上就能保证抱杆顶段的水平横向漂移稳定在安全区域中，实现抱杆起吊安全运行。
44.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。