張明清

（國網(wǎng)江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

變電運維現(xiàn)場多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)設(shè)計

張明清

（國網(wǎng)江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

本文針對變電站運維現(xiàn)場現(xiàn)存定位精準(zhǔn)度不足問題，借助TOA定位理論來設(shè)計了多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)，以供參考。

變電站；多目標(biāo)；超聲定位系統(tǒng)；設(shè)計；對策

0 前言

在電力系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定且高效運行，就需要提高對變電運維管理工作的重視程度，而基于現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)下，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，進而影響到了運維管理工作的時效性。而實現(xiàn)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的設(shè)計，則呢狗借助TOA定位理論為指導(dǎo)，搭建出無間隙室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)框架，進而在提升定位系統(tǒng)抗干擾能力的基礎(chǔ)上，提高定位精準(zhǔn)度并為變電運維現(xiàn)場管理工作的科學(xué)且高效落實奠定了基礎(chǔ)。

1 多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)構(gòu)成概述

基于該定位系統(tǒng)下，其主要是由智能定位終端、傳感器節(jié)點以及無線數(shù)據(jù)傳輸基站這三部分組建而成，其中，基于智能定位終端下，實現(xiàn)相應(yīng)超聲波信號的發(fā)射，而通過已知定位傳感器節(jié)點的設(shè)置，實現(xiàn)對這一信號的接收，在此過程中，傳感器節(jié)點數(shù)量要至少要有四個。而基于TOA原理下，以三邊測量法進行測量后，能夠得出智能終端的具體位置，進而也就實現(xiàn)了精準(zhǔn)定位。而借助多目標(biāo)區(qū)分這一功能，則針對不同目標(biāo)，實現(xiàn)不同偽隨機碼的分配，而相應(yīng)的偽隨機碼間存在著良好的相關(guān)性，進而傳感器可實現(xiàn)對目標(biāo)的定位。

2 變電運維現(xiàn)場多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的具體設(shè)計對策

2.1 設(shè)計原理

基于該系統(tǒng)的設(shè)計下，則是在智能終端發(fā)出超聲波信號后，存在至少四個定位傳感器節(jié)點，在接收到信號后，能夠通過計算來明確同一時間基準(zhǔn)下各不同節(jié)點間的時間差，進而能夠明確智能終端與節(jié)點間的距離，在此基礎(chǔ)上，以三邊測量法來明確智能終端位置，進而來實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。而基于多目標(biāo)區(qū)分功能下，能夠促使傳感器節(jié)點上實現(xiàn)對相應(yīng)目標(biāo)的區(qū)分與定位。

2.2 在智能終端的設(shè)計上

需要從軟硬件兩方面來完成這一設(shè)計工作：第一，基于硬件角度下，采用的系統(tǒng)處理芯片型號為STM32F302 ARM，基于各個構(gòu)成模塊下，促使該芯片具備了良好的功能與性能，可滿足實際運行之需。其中，超聲發(fā)射模塊中的MCU芯片，可將信號進行編碼并經(jīng)過DAC音頻芯片來實現(xiàn)模擬信號的生成，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過驅(qū)動揚聲器來實現(xiàn)信號的發(fā)射。第二，在軟件的設(shè)計上，F(xiàn)REERTOS系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)度管理功能，在接收外部中斷信號的同時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的接收，并借助調(diào)度功能的發(fā)揮，促使在中斷情況下實現(xiàn)對定位信號的啟動與發(fā)送。

2.3 在無線傳感器節(jié)點的設(shè)計上

在硬件設(shè)計上，該系統(tǒng)是由無線子模塊/DSP子模塊/電源管理模塊組建而成，基于該系統(tǒng)下，當(dāng)上電或者是復(fù)位之后，則能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的初始化，同時，實現(xiàn)對子模塊的配置，在此基礎(chǔ)上，當(dāng)接收到這一信號時，在時間隙要求下來獲得智能定位發(fā)出的無線回應(yīng)幀，以此來實現(xiàn)對信號的采集。為相應(yīng)的溫度傳感器模塊則能夠?qū)崿F(xiàn)對相應(yīng)環(huán)境溫濕度的采集，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息傳送給傳輸基站，進而在明確位置的同時實現(xiàn)對聲速的校正。

在軟件設(shè)計上，在完成系統(tǒng)初始化之后，相應(yīng)調(diào)度操作管理系統(tǒng)則接收到外部中斷信號以及數(shù)據(jù)幀，當(dāng)所接收的是參考時間幀，就需要對本地時間鐘進行調(diào)整。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)幀之要求，在其所指定的時間，實現(xiàn)對超聲定位信號以及電池電量信號等的接收，同時針對定時器進行設(shè)置，以此來實現(xiàn)相對應(yīng)的操作。在此過程中，需要借助系統(tǒng)調(diào)度來實現(xiàn)的信號接收。相應(yīng)DSP則能夠解調(diào)信號的基礎(chǔ)上，通過計算來明確每個目標(biāo)的實際到達(dá)時刻，另一任務(wù)則將這一列隊發(fā)動給數(shù)據(jù)傳輸基站。

2.4 在數(shù)據(jù)傳輸基站的設(shè)計上

基于硬件設(shè)計下，采用該系統(tǒng)的處理芯片，具備了MAC控制器，進而搭建起了以太網(wǎng)與后臺系統(tǒng)間的通信渠道，基于該系統(tǒng)下則是由溫濕度、DPS以及以太網(wǎng)通信等模塊組建而成，在實際運行的過程中，當(dāng)系統(tǒng)進入到運行狀態(tài)后實現(xiàn)初始化，相應(yīng)各個子模塊實現(xiàn)配置，然后等待傳輸基站發(fā)射信號，基于不發(fā)射信號狀態(tài)下，相應(yīng)的周期性和基站同步時間與頻率，而在接收到信號命令后，則獲得相應(yīng)的無線回應(yīng)幀，然后實現(xiàn)對信號的采集與接收。在軟件設(shè)計上，系統(tǒng)進行初始化之后，相應(yīng)的調(diào)度系統(tǒng)進行工作，在接收到數(shù)據(jù)幀后明確各方面信息，包括信號的達(dá)到時間等。而DSP則負(fù)責(zé)對目標(biāo)位置的計算，并將這一結(jié)果傳輸給目標(biāo)管理程序來實現(xiàn)對信息的分析，在此基礎(chǔ)上由相應(yīng)協(xié)議來實現(xiàn)處理，得出結(jié)果后借助以太網(wǎng)來實現(xiàn)通信，促使后臺管理系統(tǒng)獲得信息內(nèi)容。而基于基站預(yù)設(shè)周期下，相應(yīng)的無線模塊則需要實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，包括時間幀、溫濕度數(shù)據(jù)等。

3 總結(jié)

綜上，在電力系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)變電運維管理工作的完善落實，可以現(xiàn)場多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的設(shè)計來提高定位的精準(zhǔn)度，并進一步強化現(xiàn)有定位系統(tǒng)的抗干擾能力，進而為實現(xiàn)運維管理工作的高效落實奠定基礎(chǔ)。在實際踐行的過程中，則需要在明確多目標(biāo)超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，分別針對智能終端、無線傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸基站實現(xiàn)軟硬件的完善設(shè)計，進而實現(xiàn)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計，確保在實際運行的過程中，發(fā)揮出自身的功能與作用，為實現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行、提升電網(wǎng)運行的綜合效益提供保障。

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[2]王剛,馬娜,徐強,姜華,黃薛凌,諸軍.一種用于變電站運維現(xiàn)場的三維定位優(yōu)化方法[J].電工文摘,2015,03:15-18.

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Design of multi objective ultrasonic location system for substation operation and maintenance

Zhang Mingqing
（State grid power supply company in Jiangsu Province,Nantong branch maintenance branch，226001)

In this paper,the existing positioning accuracy of substation operation and maintenance of the site is insufficient,with the help of TOA positioning theory to design a multi target ultrasound positioning system for reference.

substation;multi objective;ultrasonic location system;design;countermeasure