變電站巡檢機器“變電騎士”的設計

白金闊 馬 俊 保卓成 李 謹

（天津農學院工程技術學院，天津 300380）

變電站巡檢職務一直是中重中之重。隨著科技進步和電力體制改革的不斷深入和發展，變電站設備的電氣信號可以通過監視控制和數據采集系統、高繼電保護等裝置獲得，從而實現了變電站主設備的遠程監控。雖然目前傳統巡檢依然是主力，但是，遠程監控在一定程度上可以彌補傳統巡檢的不足，避免人員可以隨意填寫記錄的漏洞。無人在現場及時監視、巡視而帶來的一系列問題，甚至未發現的隱患。本文重點介紹變電巡檢機器人的模塊。

1 模塊介紹

1.1 主控板

本設計的主控制器為STM32F103。STM32F103 為ARM 32位Cortex-M3內核擁有2個DMA控制器，共12個DMA通道：DMA1有7個通道，DMA2有5個通道。2個12位模數轉換器，擁有低功耗等特點可利于與多個傳感器連接。

1.2 驅動模塊

驅動模塊主要運用L293D芯片來驅動電機。本款巡檢機器人所載L293D是一款單片集成的高電壓、高電流、4通道電機驅動，設計用于連接標準DTL或TTL邏輯電平，驅動電感負載和開關功率晶體管。為了簡化為雙橋應用，L293D每個通道對都配備了一個使能輸入端。L293D邏輯電路具有獨立的供電輸入，可在更低的電壓下工作。當其為高電平時即啟動工作電機，當其為低電平時則禁止電機驅動

1.3 工作模塊

此模塊由可見光CCD攝像頭、紅外圖像攝像頭、微型前端處理機FEP、SX1278無線模塊、GPS定位系統等組成。當本款巡檢機器人開始工作前可將場地CAD圖紙傳輸至微型前端處理機FEP中以便主控制器以圖紙中路線進行巡檢。期間巡檢機器人可對設備使用可見光CCD攝像頭和紅外圖像攝像頭，從而判斷設備是否正常工作。并且將已經獲得的信息通過報表形式自動形成儲存在微型前端處理機FEP中。隨后微型前端處理機FEP通過SX1278無線模塊傳輸至上位機從而進行匯總和整理，以節省人力。期間若工作人員需要調控現場情況可將巡檢機器人從自動調至手動狀態，從而接收驅動模塊、攝像頭、機械臂等權限可以更好的對現場進行調控。期間GPS開始實現功能可使工作人員依靠攝像頭和上位機GPS顯示成功到達目標地點。其次GPS系統也可觀察巡檢機器人在自動狀態下是否偏離預定軌道。

1.4 感應模塊

感應模塊主要為紅外線感應模塊和磁傳感器組成。紅外線感應模塊為實現本款巡檢機器人進行避障、循跡、跟隨部分。此處使用了LM324運算放大器該四路放大器可以工作于低至3.0 V或高達32 V的電源電壓，靜態電流是MC1741的五分之一左右。共模輸入范圍包括負電源，因此在眾多應用中無需外部偏置元器件。輸出電壓范圍也包括負電源電壓。通過使用AD軟件以LM324為核心運用多個PNP和NPN管還有兩個調節電位器（靈敏度）配合紅外線傳感器從而更好的來實現避障、循跡、跟隨功能。磁傳感器則是為了啟動機械臂的先決條件。

1.5 操作模塊

操作模塊重要則是機械臂。機械臂前端安裝通行磁條可以開啟帶有門禁的設備間門，當磁傳感器感覺到門禁時傳輸高電平給來L293D從而啟動機械臂來開啟設備門。此外，當處于手動狀態時機械臂 也可幫助工作人員調試現場設備，從而極大地提高了安全性和有效地節省了人力。

2 問題分析

主要為硬件和軟件兩個方面。軟件方面，在運用AD軟件繪制電路板時，因器件庫無法找到PNP2SB772管與NPN2SB772管只得自己繪制，繪制圖無法實現功能，后來經過調閱資料，反復檢查才最終確定AD圖的正確性。其次焊接電路板時，焊錫燙壞電路板底紋，無法進行正常工作，后將一根導線焊進PCB板中才使其恢復功能。在機器臂和電動機的運行時L293D明顯散熱不好，嚴重時自動燒毀，最后經查閱資料得知，對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域（如設備的底部），不得將它放在發熱器件的正上方， 本小組決定將L293D焊接在PCB板的底部，從而達到散熱效果。

3 總結

變電站巡檢機器人就是為了更高效地履行巡檢這個職責，將事故和意外降到最小，為變電站的工作場所增添一個助力。不管是日常的事宜還是在一些不可控的條件下可以替代人力，減少危險性、節約人工費用提高工作質量。本項研究還未達到預期的效果還有一些功能未能實現，后續本組將繼續努力爭取將這些沒有實現的功能早日使它實現。