基于藍(lán)牙模塊的新型非接觸輸電線路驗(yàn)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱榮俊+宋吉江+王延博+劉英杰

摘 要：設(shè)計(jì)了一種新型的非接觸輸電線路驗(yàn)電系統(tǒng)，以STM8L151芯片為控制核心，以藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電裝置與不同的手機(jī)及平板連接，基于安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的APK應(yīng)用軟件構(gòu)建新型人機(jī)交互界面，檢測(cè)帶電線路的距離超過(guò)閾值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警.充分保障人員、設(shè)備的安全操作.

關(guān)鍵詞：感應(yīng)驗(yàn)電；藍(lán)牙模塊；單片機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.127

0 引言

電力人員進(jìn)行線路和設(shè)備的維修操作時(shí)，一般都要確定線路帶電情況，尤其是接近高壓設(shè)備、線路，用傳統(tǒng)的感應(yīng)驗(yàn)電桿驗(yàn)電，效率較低，而且在攀爬桿塔時(shí)有掉落的危險(xiǎn).新型的非接觸驗(yàn)電設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生.文獻(xiàn)[1]的驗(yàn)電裝置主要是用于特高壓輸電線路的檢測(cè)，目標(biāo)較為單一，主要通過(guò)事先測(cè)量的輸電線路不同回路類型的線路周圍電場(chǎng)強(qiáng)度，作為參考目標(biāo)，實(shí)際測(cè)量時(shí)進(jìn)行曲線擬合比較，獲得測(cè)量結(jié)果.文獻(xiàn)[2]研發(fā)了一種帶激光瞄準(zhǔn)的用于特高壓的驗(yàn)電系統(tǒng)，可以進(jìn)行精確的距離測(cè)量.文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了電力人員隨身攜帶的單機(jī)非接觸驗(yàn)電系統(tǒng).文獻(xiàn)[4]通過(guò)紫外傳感器來(lái)檢測(cè)線路周圍的電暈放電，距離較遠(yuǎn)時(shí)就能檢測(cè)設(shè)備帶電報(bào)警信息.文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了一種帶有收發(fā)模塊NRF2401的非接觸驗(yàn)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳輸。

上述的研究主要是集中在輸電線路的檢修中，遠(yuǎn)距離感應(yīng)檢測(cè)輸電線路的帶電信息是必要的，然而在配網(wǎng)輸電線路周圍有施工人員或施工的機(jī)械臂時(shí)，不需要遠(yuǎn)距離檢測(cè)輸電線路的帶電信息，只需要接近安全距離時(shí)報(bào)警就可以了.基于此，設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙模塊的新型非接觸感應(yīng)驗(yàn)電系統(tǒng)，主要是供在220kV以下輸電線路周圍施工人員和施工中的機(jī)械臂使用.施工人員使用該裝置時(shí)，可以戴在安全帽上，與帶電線路的距離低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信息.施工中的機(jī)械臂使用時(shí)，探頭用磁鐵吸附在機(jī)械臂上，平板或手機(jī)放在駕駛室中，感應(yīng)到的輸電線路的帶電信息，通過(guò)藍(lán)牙傳送給平板或手機(jī)，進(jìn)行聲光報(bào)警。

1 新型非接觸輸電線路驗(yàn)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，這種基于藍(lán)牙模塊的新型非接觸輸電線路驗(yàn)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)高壓電場(chǎng)理論，通過(guò)電容球探頭感應(yīng)出的電壓，比較感應(yīng)出的電壓值大小來(lái)確定輸電線路是否有電，當(dāng)輸電線帶電時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)藍(lán)牙傳輸，發(fā)送到平板，平板的APK應(yīng)用程序會(huì)驅(qū)動(dòng)平板、手機(jī)自帶的喇叭和屏幕亮屏閃爍來(lái)提示操作人員此時(shí)的位置已超過(guò)安全的范圍.充電電路為聚合物充電電池充電，然后通過(guò)電源模塊轉(zhuǎn)換成芯片所需要的工作電壓.這種基于藍(lán)牙模塊的新型的非接觸輸電線路驗(yàn)電系統(tǒng)的功能模塊主要包括：充電電路、電源模塊、感應(yīng)電壓采集模塊、藍(lán)牙傳輸模塊、聲光報(bào)警模塊等。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 充電電路的設(shè)計(jì)

電源輸入端為JP1，用+5V電源進(jìn)行充電，LED2為充電狀態(tài)指示燈，LED3為充滿電狀態(tài)指示燈，LED4為開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)系統(tǒng)供電狀態(tài)指示燈.充電電路控制芯片選用的是HM4056充電控制芯片，該芯片是一個(gè)完整鋰電池線性充電器.充電電壓固定在4.2V，充電電流最大可達(dá)到1.2A，精度為±1%.通過(guò)S1控制系統(tǒng)的供電狀態(tài).充電電路的原理圖如圖2所示。

2.2 藍(lán)牙傳輸模塊的設(shè)計(jì)

選用的藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊BM78，藍(lán)牙4.0雙模，最大的傳輸距離可達(dá)100m以上，實(shí)際應(yīng)用情況，傳輸距離會(huì)縮短.在這里主要用在配網(wǎng)輸電線路下，施工人員和施工機(jī)械的機(jī)械臂上，傳輸距離一般大于30米，滿足使用要求.藍(lán)牙傳輸模塊電路圖如圖3所示，通過(guò)STM8的PC4可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊的復(fù)位，通過(guò)PD6控制藍(lán)牙模塊的喚醒功能.藍(lán)牙模塊的RXD、TXD與STM8的串口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，然后通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送接收天線與平板或手機(jī)連接。

2.3 聲光報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)

聲光報(bào)警信號(hào)共有兩套，一套是施工人員戴在頭上的報(bào)警裝置產(chǎn)生，通過(guò)STM8的PA4控制聲光報(bào)警信號(hào)，當(dāng)接近輸電線路的距離小于設(shè)定的距離時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，紅燈亮.當(dāng)距離大于設(shè)定的距離時(shí)，不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，PA6有輸出信號(hào)，綠燈亮；另一套是固定在施工機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械臂距離輸電線路較近時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)經(jīng)過(guò)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)狡桨寤蚴謾C(jī)中，通過(guò)APK中的程序觸發(fā)手機(jī)、平板的聲光報(bào)警信號(hào)。

3 軟件功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示，當(dāng)非接觸式感應(yīng)驗(yàn)電裝置開(kāi)機(jī)后，完成程序的GPIO、串口的配置等操作，如果有平板或手機(jī)申請(qǐng)藍(lán)牙配對(duì)請(qǐng)求，單片機(jī)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)通過(guò)后進(jìn)行藍(lán)牙連接.配對(duì)的手機(jī)或平板需要事先在程序中進(jìn)行規(guī)定。

當(dāng)裝置啟動(dòng)后，STM8通過(guò)讀取電容球傳感器上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行是否超限值的判斷，如果沒(méi)有超過(guò)設(shè)定值時(shí)，繼續(xù)讀取來(lái)自傳感器的信息；如果測(cè)得的示數(shù)大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，接近輸電線路的施工人員頭上佩戴的感應(yīng)驗(yàn)電裝置發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；如果感應(yīng)驗(yàn)電裝置固定在機(jī)械臂上時(shí)，通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行無(wú)線傳輸，傳到手機(jī)、平板上，通過(guò)安卓應(yīng)用程序，觸發(fā)光電報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，提示機(jī)械臂操作人員輸電線路有電，需要遠(yuǎn)離輸電線路。

4 結(jié)論

該感應(yīng)驗(yàn)電裝置是為在配網(wǎng)輸電線路下的施工人員或施工機(jī)械臂上定制使用，當(dāng)輸電線路上沒(méi)有電時(shí)，或有電距離大于設(shè)定的距離時(shí)，裝置不會(huì)發(fā)出警報(bào)；只有當(dāng)輸電線路有電且距離小于設(shè)定的距離時(shí)才會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，該裝置的使用可確保在輸電線路下的施工人員及設(shè)備電氣安全.該裝置便于攜帶，易于固定在機(jī)械臂上，實(shí)現(xiàn)了探頭檢測(cè)模塊與報(bào)警模塊的無(wú)線聯(lián)接，工作穩(wěn)定可靠.

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：朱榮?。?983-），男，山東泰安人，碩士研究生，研究方向：大功率電力電子變流器、智能控制。

導(dǎo)師：宋吉江