变电站主控室远程智能巡视机器人的制作方法

本实用新型一种变电站主控室远程智能巡视机器人，涉及电力行业巡视领域。

背景技术：

如今，我国电力行业沿用一贯的人工巡视电力设备方式，依靠人工进入主控室，通过使用测温等辅助仪器、人耳听异常声响和人眼核对开关分合位置、压板投/退和装置运行有无异常状态灯等信息来判断完成整个主控室的巡视。该方式不仅费时费力，还存在漏洞可能。主要表现在：

1、由于现有变电站人员管理方式采用无人值守变电站，站与站之间的空间跨度大，巡视工作中在路途上消耗的时间远远超过主控室巡视的工作时间，导致巡视工作效率低下。

2、站内主控室在突发异常告警信号和正常跳闸后，由于距离问题，运行人员无法及时到位，缺乏对主控室设备特殊巡视的迅速性，降低了处理跳闸和异常告警的效率。

3、现有变电站巡视手段单一，主要依靠运行人员的工作经验，缺乏系统的判断参数和历史数据的分析比对，也会存在漏判漏看的情况。

技术实现要素：

为保证电力设备安全稳定运行，针对人工巡视方式的耗时效率低下的问题。本实用新型提供一种变电站主控室远程智能巡视机器人，具有携带方便，价格便宜的优点；提高巡视的工作效率和异常处理效率；降低工作的危险性。

本实用新型采取的技术方案为：

变电站主控室远程智能巡视机器人，包括单片机模块、电源模块、声波测距避障模块、传感器模块、摄像模块、驱动模块、WIFI数传模块、云台控制模块、蜂鸣器报警模块、照明模块；

单片机模块，用于数据的处理和运算并进行信息通信和发送指令；

电源模块与单片机模块相连接，用于提供电源；

声波测距避障模块，用于通过对距离的控制，调整舵机的方向；

传感器模块与单片机连接，用于机器人轨道寻迹；

摄像模块与云台控制模块相连接，通过云台控制摄像模块方向角度、焦距，并将图像数据上传至云台；

驱动模块与单片机模块连接，用于接收单片机模块发送的启动/停止指令；

WIFI数传模块与单片机模块连接，用于将单片机模块检测到的数据信号传输到云台；

云台控制模块分别与单片机模块、WIFI数传模块相连接，用于将两者之间的数据及图形收集，上传至云台显示；

蜂鸣器报警模块，用于及时提醒报警；

照明模块，用来夜间照明或用于夜间作业。

所述单片机模块采用Arduino UNO R3单片机。

所述电源模块由2200mAh、12V保护板锂电池组；+5V（VCC）电路模块；-5V（VEE）电路模块；3.3V（VDD）电路模块组成。

所述声波测距避障模块包括两个圆筒状声波模块KS103。

所述传感器模块为工业级红外寻迹传感器，红外寻迹传感器分别设置在机器人的左下方和右下方，每个角部设置1个红外寻迹传感器，用于检测黑白线。

所述摄像模块包括舵机，摄像头，摄像头采用ROBOT-EYES高清摄像头。

所述驱动模块采用L298N两路大功率电机驱动芯片。

所述云台控制模块包括控制台、远程通讯单元、云台控制器；控制台，为一台PC机；

远程通讯单元，用于实现云台和控制台之间的通信；云台控制器安装在云台上，用于将接收到的控制台指令进行解码，转换为控制电机运行的控制信号；根据控制信号，驱动云台上的电机进行相应动作。

本实用新型一种变电站主控室远程智能巡视机器人，技术效果如下：

1：该巡视机器人功能丰富、实用，相比于变电站大型巡视机器人，具有携带方便，价格便宜。

2：该巡视机器人操作方式灵活，可以远程控制，解决了距离跨度的问题，从而提高巡视的工作效率和异常处理效率。

3：该巡视机器人代替人工巡视，缩短运维人员在高压室滞留时间，降低工作的危险性。

4：该巡视机器人远程数据传输，保护压板以及保护装置信号可以随时随地查看以及核对。

5：该巡视机器人的各个功能模块既可以通过机器人本体的开关控制，以及通过云台控制模块的方式远程控制。

6：该巡视机器人的超声波测距避障模块，能实时检测所处位置正上方和正前方的障碍物的距离，并可以根据距离的发出报警提示，防止机器人误碰障碍物，保证机器人能安全稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型的功能结构示意图。

图2为本实用新型的电源模块VCC电路图。

图3为本实用新型的电源模块VEE电路图。

图4为本实用新型的电源模块VDD电路图。

图5为本实用新型的声波测距避障模块电路图。

图6为本实用新型的照明模块电路图。

图7为本实用新型的蜂鸣器报警模块电路图。

具体实施方式

变电站主控室远程智能巡视机器人，是由单片机模块，电源模块，声波测距避障模块，传感器模块，摄像模块，驱动模块，WIFI数传模块，云台控制模块，蜂鸣器模块，照明模块。功能结构图如图1所示。

单片机模块用于数据的处理和运算并进行信息通信和发送指令；电源模块与单片机模块相连接，给机器人强劲动力，持久续航；声波测距避障模块通过对距离的控制，调整舵机的方向，从而达到避开障碍物的目的；传感器模块采用工业级红外寻迹避障传感器，与单片机连接，用于机器人轨道寻迹；摄像模块与云台控制模块相连接，可通过云台控制摄像头方向角度以及焦距，并将图像数据上传至云台；驱动模块安装在机器人的底部，与单片机连接，用于接收单片机发送的启动/停止指令；WIFI数传模块与单片机模块连接，用于将单片机检测到的数据信号传输到云台；云台控制模块与单片机、WIFI数传模块相连接，用于将两者之间的数据及图形收集，上传至云台显示。蜂鸣器报警模块及时提醒报警，确保机器人能安全稳定运行。照明模块可以用来夜间照明或用于夜间作业。

工作原理：

所述的单片机模块的型号为Arduino UNO R3。

所述的电源模块主要由2200mAh，12V保护板锂电池组，+5V（VCC）电路模块，-5V（VEE）电路模块，3.3V（VDD）电路模块组成。远程智能巡视机器人的电源输入采用7.4V锂电池组供电。由于需要对模拟信号进行放大，运放需要+5V和-5V电源。数字电路需要+5V和3.3V的电源。+5V（VCC）电路模块采用TPS76850稳压器，该稳压器具有暂态响应快，静态工作电流低的优异性能。电路图如图2所示。L1，C13，C14组成的π型低通滤波器，对输入电压进行低通滤波，输出电压也经过C15，C16，C17的滤波，减少电源纹波，保持输出电压的稳定。-5V（VEE）电路模块采用TPS60400DBVT电压反相器，该芯片也具有转换效率高，静态电流低的特点。其电路极其简单，如图3所示。仅需要几个电容元件，用来降低电压纹波和抑制高频噪声。3.3V（VDD）电路模块采用AMS1117稳压器，如图4所示。

所述的声波测距避障模块由2个圆筒状声波模块组成，将HC-SR04超声波的引脚Echo接到arduino单片机板的A0接口，Trig接到A1接口 VCC接5v接口，GND接GND。其中一个是发射声波一个是接收声波，超声波在遇到障碍区时就会反射回来，我们通过计算从声波发射到接收的时间就可以算出其本身到障碍物的距离，计算方式为：速度（340m/s）*时间/2=距离 ，声音的在空气中传播的速度为340m/s，除以2是因为测试的时间是往返的时间，这样我们就得到了距离。单片机的计算方法是采用定时器计数的方式：当给超声波Trig（发射端）一个高电平即开始计数，等到Echo（接收端）收到高电平信号时停止计数，得到计数值后算出时间带入上面的公式即可，如图5所示。

所述的远程智能巡视机器人选用的传感器模块为工业级红外寻迹传感器，红外寻迹传感器分别设置在机器人的左下方和右下方，每个角部设置1个红外寻迹传感器，检测黑白线。将左边红外传感器的三个引脚接到arduino单片机板的A2接口，右边的接到A3接口 （红外传感器有黑棕蓝三个线，黑色是接IO，棕色是5V，蓝色是GND）。在车头安装俩个垂直向下的红外避障模块，作为探测黑线的传感器，当传感器返回的电平为0时，表明是正常地面，当传感器返回的电平是1时，表明是黑线。从而根据俩个红外探头的状态，来判断车头的状态是处于黑线的何种位置，再对车身进行方向校准，每一次程序循环都会进行一次方向校准，直至小车一致保持与黑线平行的状态进而传感器不会被触发。

所述的摄像模块由舵机，摄像头组成，摄像头采用ROBOT-EYES高清摄像头，最高支持480P画质焦距并且可手动调节。舵机是一种位置伺服的驱动器，主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是：由接收机或者单片机发出信号给舵机，其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC 判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。一般舵机旋转的角度范围是0 度到180 度。其角度是通过调节PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来实现的，标准PWM（脉冲宽度调制）信号的周期固定为20ms（50Hz），理论上脉宽分布应在1ms到2ms 之间，但是，事实上脉宽可由0.5ms 到2.5ms 之间，脉宽和舵机的转角0°～180°相对应。最后，单片机采集摄像头拍摄的视频信号，然后通过WIFI模块传输到云台显示，并可远程控制摄像头转向。

所述的驱动模块采用原装进口L298N两路大功率电机驱动芯片，这种TT减速电机使用极为简单，该电机有俩个接线端，接入这俩个接线端的电压差为正时即为正转，电压差为负的时候即为反转（电压差要大于工作电压）。将2个TT电机分别接到arduino单片机板的电机1和电机2接口，电机不分正负，接入即可，上位机可以调整方向顺序。

所述云台控制模块是由控制台、远程通讯单元和云台控制器组成。控制台用于用户输入对云台的控制指令，例如进行上、下、左、右各方向的行进动作。本实用新型的控制台是一台安装了对应软件系统的PC机。远程通讯单元用于实现云台和控制台之间的通信，一方面将控制台发出的指令传输到云台，另一方面也将云台的数据反应到控制台。云台控制器是最核心的，通常安装在云台上，需要实现两个主要的功能：将接收到的控制台指令进行解码，转换为控制电机运行的控制信号；根据控制信号，驱动云台上的电机进行相应动作。

所述WIFI模块是将串口转为符合WIFI无限网络通信标准的嵌入式模块，内置无限网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。用云台发送指令通过WIFI模块传输至电机控制信号USB口处。

所述蜂鸣器报警模块主要用蜂鸣器BUZ1与三极管Q1组成。如图6所示。单片机通过定时器产生不同频率的方波，由三极管进行放大驱动蜂鸣器发音。当作业人员所处位置电场强度超过阀值场强，或者超声波测距模块检测到的距离小于阀值距离，单片机将产生一定频率的方波驱动蜂鸣器发音，且产生声音的频率与电场强度成正比，与距离成反比，电场强度越高或者距离越小，产生的声音频率越快，可以达到较好的预警作用。

所述LED照明模块，主要由照明用的LED，三极管，继电器、手动开关S1，74ls373锁存器以及保护二级管组成。如图7所示。照明模块由本体开关S1或继电器控制，即照明模块可在安全帽的本体控制，也可以通过蓝牙终端设备控制。S1是双触点的开关，和所有的功能开关都安装在安全帽的外侧。S1切换到触点1时，照明回路通电，点亮LED；S1切换到触点2时，照明回路断开，LED熄灭。也可以通过继电器控制LED。当单片机模块通过蓝牙接收到远方启动照明LED时，单片机发出高电平，同时单片机控制锁存器的LE，将控制信号输出到锁存器74ls373的QO端并锁存，三极管饱和导通，集电极变成低电平，继电器线圈通电，触点闭合，照明回路接通；单片机发出低电平，经锁存器输出锁存，三极管截止，继电器线圈失电，触点释放，照明回路断开。整个LED照明模块功能独立，其照明电源直接由输入电源锂电池供电，控制信号经过74ls373锁存，可以保证通过蓝牙方式启动LED照明模块后，即使此时单片机模块被关闭或被复位，由于控制信号被锁存器锁存，此时LED照明仍然不受影响，可以保证LED照明功能独立，继电器开合的控制信号经过锁存器锁存后，具有自保持功能。