帶無(wú)線充電定位功能的智能搶修工具箱

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司 武紅立 許 欣 張 聰

伴隨我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展與人民公眾生活水平的不斷提高，現(xiàn)在越來(lái)越多的市場(chǎng)中的電力客戶對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了更為嚴(yán)格、更為標(biāo)準(zhǔn)、更為優(yōu)秀的高要求。在出現(xiàn)一些用電故障和問(wèn)題時(shí)，就需要電力公司在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速、高效率的維修、搶修，不斷提升對(duì)于客戶的滿足要求的服務(wù)水平和能力。而如今的現(xiàn)狀是，電力故障維修是根據(jù)供電區(qū)域、供電范圍進(jìn)行劃分的，工作人員根據(jù)工作的時(shí)間安排交接上班，維修人員的綜合素質(zhì)和基礎(chǔ)能力也基本上存在著較大的差距，不在同一水平上，而現(xiàn)在發(fā)生的電力故障大多數(shù)是突如其來(lái)、猝不及防的，使得發(fā)生電力故障時(shí)，供電維修、搶修的服務(wù)工作并不是統(tǒng)一的，甚至有時(shí)候也可能沒(méi)有達(dá)到所需求的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)出現(xiàn)一些電力故障的問(wèn)題時(shí)，電力公司的很多工作人員對(duì)于故障的劃分、搶修所需的步驟、工作使用的工具等情況有時(shí)判斷的不是很準(zhǔn)確，可能還會(huì)出現(xiàn)較為陌生的電力故障，工作人員無(wú)法判斷的情形，甚至還會(huì)出現(xiàn)用錯(cuò)、帶錯(cuò)、漏帶工具的情況，從而讓搶修工作的進(jìn)度受到嚴(yán)重的影響，無(wú)法第一時(shí)間完成維修，導(dǎo)致客戶的滿意度出現(xiàn)大幅度下降。如何對(duì)這些工具設(shè)備進(jìn)行及時(shí)、良好的維護(hù)、管理，成為了擺在我們面前的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 裝置設(shè)計(jì)

本文研制了一個(gè)帶有QI無(wú)線充電定位功能的智能搶修箱，其主要目的是為了幫助電力維修工作的規(guī)范化管理，節(jié)約搶修工具的檢查、準(zhǔn)備時(shí)間，以及最大程度上避免因?yàn)楣ぞ呗?、遺失而造成搶修工作無(wú)法及時(shí)完成的可能。本文利用智能傳感技術(shù)，研制的智能搶修箱將具有以下三種功能：（1）帶有GPS定位功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)于智能搶修箱的后臺(tái)定位，方便管理人員查找智能搶修箱的位置；（2）智能搶修箱內(nèi)的工器具凹槽置物檢測(cè)功能，能夠檢測(cè)其中是否放置所有需放入的工具，當(dāng)智能搶修箱合上且有工具沒(méi)有放回箱內(nèi)，智能搶修箱會(huì)發(fā)出警報(bào)提示現(xiàn)場(chǎng)的工作人員，并通過(guò)云平臺(tái)上傳異常消息；（3）基于QI協(xié)議的無(wú)線充電功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能搶修箱箱體內(nèi)的電池進(jìn)行無(wú)線充電功能，使智能搶修箱的GPS定位模塊具有不間斷電源供電，防止因電池沒(méi)電而關(guān)閉其他功能。

2 功能與實(shí)現(xiàn)

2.1 智能維修箱的定位功能的實(shí)現(xiàn)

本功能將使用GPS定位系統(tǒng)制作硬件控件，搭配深圳宏晶公司的STC15單片機(jī)和NB-IoT模塊。定位器終端利用設(shè)置的GPS定位單元，可以更加快速、高效地進(jìn)行位置信息的收集，同時(shí)將獲取的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)上，由STC15單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理成字符形式，并通過(guò)NB-IoT模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到前端界面。

為了降低功耗，一方面采用支持NB-IoT的超低功耗定位模塊BC20，用于連接網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送以及接收STC15單片機(jī)傳輸?shù)男畔ⅰＶ恍枰么趯?duì)BC20發(fā)送指令，即可完成智能搶修箱的定位。另一方面，GPS定位系統(tǒng)發(fā)送的定位信息可通過(guò)設(shè)置來(lái)調(diào)整發(fā)送信息的間隔時(shí)間，也可以根據(jù)位置偏移程度調(diào)整定位信息，并根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景中的情況需要調(diào)整上傳頻率，來(lái)降低能源的消耗。

2.2 基于紅外光柵的防遺漏檢測(cè)

將紅外光柵安裝在智能搶修箱的側(cè)壁或底部，當(dāng)智能搶修箱的箱門(mén)上的鎖并未關(guān)上時(shí)，智能搶修箱箱內(nèi)的開(kāi)關(guān)裝置對(duì)應(yīng)為斷開(kāi)模式，通過(guò)的電流將會(huì)斷路，這時(shí)不管箱內(nèi)的工具是否妥善存放，警示燈、蜂鳴器等報(bào)警裝置都不會(huì)正常工作，可以防止一些誤動(dòng)作。當(dāng)智能搶修箱箱上的門(mén)鎖關(guān)上，箱內(nèi)的開(kāi)關(guān)裝置對(duì)應(yīng)為閉合模式，電路連接，箱內(nèi)的工具完成歸位時(shí)，紅外光柵的光路將被遮擋，該工具位的警示燈處在斷開(kāi)模式，不會(huì)運(yùn)行閃爍報(bào)警；相反，假如箱內(nèi)工具沒(méi)有進(jìn)行妥善歸位，或者因?yàn)橐?guī)格尺寸等問(wèn)題存放錯(cuò)誤，那么紅外光柵發(fā)射出的光路沒(méi)有被遮擋或不能有效地進(jìn)行檢測(cè)，且紅外光柵處于常態(tài)（接通狀態(tài)）時(shí)，表示該工具位的工具未正確歸位，因此只要智能搶修箱箱內(nèi)存在任何一個(gè)工具的存放紕漏，警示燈、蜂鳴器裝置都會(huì)進(jìn)行工作，發(fā)出報(bào)警信息，提醒操作工人檢查是否存在遺漏的工器具，設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 防遺漏檢測(cè)設(shè)計(jì)框架

2.3 基于QI協(xié)議的無(wú)線充電功能

QI無(wú)線充電系統(tǒng)主要由基站與移動(dòng)設(shè)備這兩個(gè)部分形成。前者含有一個(gè)或者一個(gè)以上的發(fā)射器，可以為基站帶來(lái)必不可少的能量支撐。后者主要含有接收器裝置，可以供應(yīng)電能，以及傳遞信息給發(fā)射器。發(fā)射裝置中還設(shè)置了能量轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)于將電能轉(zhuǎn)變成所需的能源信號(hào)，能量收集模塊對(duì)信號(hào)又可以轉(zhuǎn)變成電能。接收器按照實(shí)際需求，對(duì)電能傳輸?shù)截?fù)載，發(fā)射裝置按照需求進(jìn)行適配傳遞，具體如下圖所示。智能搶修箱能夠通過(guò)無(wú)線充電來(lái)充電，減少了插拔充電器的操作，減少了管理員的工作量。如圖2所示。

圖2 無(wú)線充電實(shí)現(xiàn)路徑

3 設(shè)備測(cè)試

3.1 設(shè)備展示

智能搶修箱對(duì)GPS定位、紅外光柵防遺漏、無(wú)線充電等功能進(jìn)行了集成，使用泡沫對(duì)智能搶修箱箱內(nèi)的各種各樣的工器具進(jìn)行了隔離，避免運(yùn)輸中相互碰撞導(dǎo)致的損毀，傳感器及總控安裝在泡沫底下，以保證智能搶修箱箱內(nèi)的整體的美觀度及搶修箱的便攜性，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能搶修箱內(nèi)部展示圖

3.2 實(shí)時(shí)定位及狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

為了更好管理智能搶修箱，本文設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了智能搶修箱管理平臺(tái)，通過(guò)登錄管控平臺(tái)，便能夠看見(jiàn)主頁(yè)面刷新出的地圖，同時(shí)還可以觀察到智能搶修箱的位置情況，及箱內(nèi)放置的工器具的狀況，若智能搶修箱處于異常情況，如箱內(nèi)工器具不齊全，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)預(yù)警，會(huì)上報(bào)相應(yīng)工器具的缺失信息，同時(shí)，管控平臺(tái)可以通過(guò)釘釘或者短信發(fā)送消息給相應(yīng)的管理人員，并提示智能搶修箱所在的位置及遺失的物品。

結(jié)論：本文設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了帶有QI無(wú)線充電定位功能的智能搶修箱，不僅僅可以極大地提高電力搶修工作的工作人員的工作效率，同時(shí)也可以大大地降低電力維修工器具維護(hù)所需要的人力成本，并減輕了工作人員的壓力；智能搶修箱還具有后臺(tái)定位、工具完整性檢測(cè)和記錄等功能，極大地減少了智能搶修箱及箱內(nèi)電力維修工器具不小心丟失的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還具有無(wú)線充電功能，不需要工作人員經(jīng)常給智能搶修箱充電以防止智能搶修箱突然斷電，減少了插拔充電器的操作，減少了管理員的工作量，且智能搶修箱本身十分方便管理、維護(hù)，因此本文研究的成果具有較高的推廣前景和使用價(jià)值。

課題項(xiàng)目：國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司科技項(xiàng)目“帶QI無(wú)線充電定位功能的智能搶修箱”5211NB21000Q。