基于藍牙技術(shù)的螺母防盜保護裝置設(shè)計

張正峰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600）

0 引言

近年來，某些地區(qū)供電局的輸電線路桿塔構(gòu)件被盜情況較為嚴峻，特別是桿塔重要連接部分的法蘭螺母。電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及高速公路等野外設(shè)施都采用螺母固定在地基上。我國每年因機械構(gòu)件連接處松動或人為盜竊破壞造成的公共設(shè)施財產(chǎn)和人身安全損失達上億元，給國民經(jīng)濟的健康運行造成了巨大影響。如今電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日趨完善，輸電線路的覆蓋面愈加廣泛，已形成縱橫相交、分布廣泛、層次分明的電網(wǎng)通道。電網(wǎng)輸電線路全國布局的特點，為各地運營商共享電力鐵塔資源創(chuàng)造了契機［1］。隨著各大電信運營商5G 基站的快速布點，電力系統(tǒng)“共享鐵塔”進入實施階段?！肮蚕龛F塔”是在電力鐵塔上加裝通信設(shè)備，將光纜、通信基站及移動天線等通信設(shè)施安裝在輸電電力桿塔上，使電力通道資源得到充分的再利用?！肮蚕龛F塔”的啟用將有效提高電力設(shè)施的利用率，有助于節(jié)約社會資源和實現(xiàn)綜合利用，但也存在一些問題，如協(xié)商認定鐵塔附件的安裝高度、使用過程中的防盜以及施工人員在施工過程中誤動其他設(shè)施等問題，因此需要一種帶有防盜、防誤動及物件主人識別功能的防盜螺母裝置。

1 技術(shù)背景

作為一種配套使用的緊固件，螺母在生活中隨處可見。然而，傳統(tǒng)的螺母不具備防盜功能，較易裝卸，存在容易被偷竊的問題。目前，市場上的防盜螺母主要采用兩種方式實現(xiàn)防盜功能：一種是給防盜螺母設(shè)計特殊的形狀，配置特殊的安裝和拆卸工具；另一種是采用滾珠式技術(shù)防止螺母逆向旋出。第一種方式中，由于螺母的外形結(jié)構(gòu)為特殊形狀，防盜的同時增加了正常拆卸的難度，若丟失與之配套的拆卸工具，則需要重新定制。第二種方式一般應(yīng)用于電力鐵塔、通信塔及鐵路塔架的塔基和塔材固定，只能沿一個方向旋轉(zhuǎn)擰緊而不能沿反方向旋轉(zhuǎn)擰松，雖防盜但給后期鐵塔檢修維護帶來難以拆卸的難題。滾珠式防盜螺母的拆卸多采用大力扳手，向固緊方向旋擰，直至將螺栓擰斷，或者使用鋼鋸、無齒鋸或氣割等方式拆除防盜，費時費力，不但會損傷原螺栓，而且防盜螺母不能重復(fù)使用。此外，由于需要用到特殊的電燒焊、氣切割及離子切割等特種工具，在用火用電時也存在一定的安全隱患?，F(xiàn)有的防盜螺母容易銹蝕老化，不能實現(xiàn)有效保護。

近年來出現(xiàn)了一種涂抹新型防盜膠即“螺紋鎖固厭氧膠”的防盜方法?；瘜W(xué)防松處理使用的螺紋鎖固厭氧膠是一種能在缺氧狀態(tài)下發(fā)生固化的膠粘劑（又稱“嫌氧膠”“絕氧膠”），存在空氣時保持液態(tài)，一旦空氣被隔絕或與金屬離子相遇，立刻產(chǎn)生活性自由基發(fā)生固化，在防止螺紋松動方面得到了廣泛應(yīng)用［2］。厭氧膠涂抹在螺栓和螺母之間，隔絕空氣后能快速固化，形成牢固的粘接和密封，從而起到防盜作用。膠粘劑應(yīng)用于輸電線路鐵塔塔材和配變螺栓可以實現(xiàn)防盜，具備施工簡便、施工過程不影響桿塔正常運行、材料價格低廉、使用范圍廣泛、不受螺栓外形影響、效果持久以及強度高等優(yōu)點［3］。固化后，中低強度的厭氧膠可用標準手動工具直接拆卸。對于無法采用手動工具拆卸的中高強度厭氧膠，只要將配件局部加熱至250 ℃，就可以趁熱進行拆卸。因此，防盜膠不能徹底起到防盜作用。因此，急需一種拆卸便捷、可重復(fù)使用、能有效實現(xiàn)螺母防盜與保護功能的裝置。

2 物體的定位與防盜

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）的定義有多種，普遍認可是通過射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)以及激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按規(guī)定的協(xié)議，將任何物品通過有線或無線方式與互聯(lián)網(wǎng)連接進行通信和信息交換，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控及管理的一種網(wǎng)絡(luò)［4］。物聯(lián)網(wǎng)概念里重要的一部分是前端傳感器，而防盜報警的紅外探測器、煙氣感探測器、震動探測器、溫度探測器及濕度探測器是物聯(lián)網(wǎng)的“觸角”。前端傳感器的的紅外探測器一般用于一個空間范圍的防盜報警，同時因需要發(fā)射紅外線需要較大的電源能量，不適合一些小物件的防盜和防丟應(yīng)用場景。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，主要進行信息的傳遞。藍牙是一種小型化、低成本和微功率的無線通信技術(shù)。在大多數(shù)國家，藍牙設(shè)備的工作頻率為2 400～2 483.5 MHz，使用19 頻道，間隔均為1 MHz，其中藍牙1.0 版本最大傳輸距離為10～100 m。［5］目前，藍牙5.0 版本的傳輸有效距離是藍牙4.0 版本的4 倍。理論上，藍牙發(fā)射和接收設(shè)備之間的有效距離可達300 m。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入應(yīng)用，作為安防重要板塊的防盜裝置發(fā)生了巨大變化。通過對藍牙技術(shù)的應(yīng)用逐步挖掘了藍牙的另一個特殊功能——防盜。一是判斷藍牙連接信號是否中斷進行防盜［6］；二是通過對藍牙模塊信號（即錨點）的強弱指示值（即RSSI 值）來判斷物件是否在安全范圍內(nèi)［7］。無線電波在傳輸過程中隨著傳輸距離的增加信號會逐漸衰減，因此受信藍牙設(shè)備可根據(jù)測試發(fā)信方的信號強度估算自身與發(fā)信方的距離。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，藍牙技術(shù)主要分為藍牙感知技術(shù)和藍牙定位技術(shù)兩個應(yīng)用方向［8］。將藍牙技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)，并加載到無網(wǎng)絡(luò)的物體或零部件，能起到感知和防盜作用。

3 螺母防盜裝置的結(jié)構(gòu)

根據(jù)實際需求，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計了一種新型螺母防盜保護裝置，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。螺母防盜保護裝置包括套筒蓋和套在螺栓與固定螺母外周側(cè)的套筒。套筒下側(cè)設(shè)有可供螺栓穿過的第二通孔。套筒中設(shè)有供螺栓穿設(shè)的環(huán)塊，位于固定螺母下側(cè)，且環(huán)塊外徑大于上述第二通孔的直徑。套筒蓋下側(cè)設(shè)有可供螺栓端部穿過的第一通孔。套筒蓋中設(shè)有鎖具，用以實現(xiàn)套筒蓋和套筒軸的鎖緊固定。

該裝置通過套筒實現(xiàn)對螺栓和固定螺母外周側(cè)的包圍防護，通過套筒蓋實現(xiàn)對螺栓端部的包圍防護，通過位于固定螺母下側(cè)且外徑大于第二通孔直徑的環(huán)塊實現(xiàn)固定螺母下側(cè)的包圍防護，通過在套筒蓋下側(cè)設(shè)置可供螺栓的端部穿過的第一通孔增加被保護螺栓的長度并可在螺栓上套設(shè)更多的固定螺母，通過套緊套筒蓋和套筒端部實現(xiàn)周向定位，通過套筒蓋中設(shè)置的鎖具實現(xiàn)軸向鎖緊。該裝置通過套筒蓋、套筒及鎖具，將需要保護的固定螺母和螺栓鎖緊保護在套筒蓋和套筒中，有效實現(xiàn)了固定螺母和螺栓的防盜及防護，且拆卸便捷，可重復(fù)使用。

4 藍牙技術(shù)的應(yīng)用

螺母防盜保護裝置的鎖芯設(shè)置在套筒蓋中。鎖芯包括但不限于物理機械鎖，還可以采用無鎖口的無線電子鎖。無線電子鎖包含控制電路和發(fā)射接收模組。套筒蓋和套筒對螺母的解鎖與上鎖可通過遠程操作。無線電子鎖也可以采用低功耗的藍牙電子鎖。套筒蓋空腔內(nèi)可以放置藍牙芯片和電池。

2010 年7 月7 日宣布的藍牙4.0 核心規(guī)范，已經(jīng)使藍牙設(shè)備擁有極低的運行和待機功耗，使用一粒紐扣電池即可連續(xù)工作數(shù)年之久。2019 年1 月29 日，藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式公布了藍牙5.1 標準并向開發(fā)者開放。新標準最大的變化就是將藍牙位置跟蹤的精度提升到厘米級別，以取代WiFi 輔助定位的角色。藍牙技術(shù)使得一些便攜移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了無線上網(wǎng)。藍牙實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品及汽車信息產(chǎn)品，形成了一個龐大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。隨著藍牙技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求的促進，藍牙技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)安防方面必將取得更廣闊的應(yīng)用前景。

通過加裝震動傳感器、溫度傳感器及定時器，結(jié)合藍牙的測距功能，可以使螺母防盜保護裝置更加智能，從而實現(xiàn)更多的功能。

（1）通過定時器開啟不同位置的智能型螺母防盜保護裝置，結(jié)合放置于鐵塔頂部的監(jiān)控系統(tǒng)，可以定期測量鐵塔的傾斜度，如圖3 所示。目前，藍牙技術(shù)位置跟蹤的精度已達到厘米級別，結(jié)合三點測距定位方法，將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程監(jiān)控服務(wù)器，可實現(xiàn)每座電力鐵塔的姿態(tài)（狀態(tài)）可視化和實時監(jiān)視。檢測到異常情況時，它可及時通知有關(guān)部門采取維護措施，從而保障電力傳輸系統(tǒng)的安全可靠運行。

（2）通過振動傳感器或溫度傳感器觸發(fā)開啟藍牙通信，結(jié)合放置于鐵塔頂部的監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠程調(diào)整鐵塔上部的在線監(jiān)視系統(tǒng)觀察角度進行塔基圖像觀測。如果系統(tǒng)通過振動傳感器和溫度傳感器發(fā)現(xiàn)有人為破壞的情況，可啟動監(jiān)控系統(tǒng)聲光告警，提醒肇事者遠離鐵塔，從而對偷盜行為起到震懾作用，同時將實時圖片傳送到監(jiān)控中心進行預(yù)警。采用物聯(lián)網(wǎng)的感知和智能化識別技術(shù)，既可對鐵塔的螺母實施防盜保護，也可以在螺母無損拆卸、鐵塔螺母定期緊固以及“共享鐵塔”的不同通信運營商設(shè)備安裝等日常工作中保證各種操作的可管可控［9］。

應(yīng)用藍牙技術(shù)，螺母防盜保護裝置也可采用其他非金屬材質(zhì)，不需要采用與原塔材螺栓螺母相同的金屬材料。

5 結(jié)語

本文描述的螺母防盜保護裝置采用了物聯(lián)網(wǎng)安防技術(shù)，解決了螺母的防盜問題，保證了鐵塔安全。同時，通過螺栓套筒保護了裸露部分的螺栓及螺紋，為后期更換或維護塔材帶來了方便。它解決了以往必須根據(jù)螺栓的具體尺寸定制防盜螺母且工藝要求精細的問題，且采用全密封甚至無匙孔的方式杜絕了滾珠式防盜螺母弧型盲槽的滾珠容易銹蝕對螺栓的螺紋有損害的問題。智能型螺母防盜保護裝置可通過傳感器收集各種信息，結(jié)合三點測距定位方法，能更好地保障鐵塔的安全。