薛誓穎，趙 祥，郭 超

（1.河南職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450000；2.恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

近年來，用電人群越來越多元化，用電范圍越來越廣，隨之而來的是變電站的建設規(guī)模逐步擴大，變電站設備所處的環(huán)境越來越復雜，設備巡檢的內(nèi)容也越來越多，僅憑變電站巡檢工作人員的經(jīng)驗，已無法滿足日益復雜的變電站巡檢需求，且很難對設備巡檢結果做出準確、全面的判斷，給變電站設備和電網(wǎng)的安全運行帶了隱患。隨著人工智能巡檢技術的迅速發(fā)展，采用變電站智能巡檢小車代替或輔助人工完成巡檢已不再遙遠，采用自動化、智能化的智能巡檢小車進行設備巡檢，未來必將成為變電站設備巡檢的趨勢。

1 系統(tǒng)整體設計方案

變電站智能巡檢小車硬件平臺的搭建是實現(xiàn)變電站設備巡檢的前提。智能巡檢小車主要由電源模塊、STM32核心控制模塊、電機驅(qū)動模塊、測速模塊、路徑巡檢模塊、無線傳輸模塊和圖像采集模塊組成，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 核心控制模塊

STM32是智能巡檢小車硬件系統(tǒng)中的核心控制模塊，MCU的型號為STM32F103ZET6。作為控制模塊的核心，STM32控制器控制著智能巡檢小車的變電站環(huán)境信息識別、障礙信息處理、巡檢路徑檢索、電機驅(qū)動、存儲巡檢結果等部分。

2.2 無線傳輸模塊

選用4G模塊將變電站現(xiàn)場的巡檢結果傳送到巡檢數(shù)據(jù)平臺，便于巡檢人員實時掌握變電站設備的運行狀態(tài)，提高變電站運行效率，保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

2.3 圖像采集模塊

選取工業(yè)級CCD攝像頭采集變電站的環(huán)境信息。CCD攝像頭通過拍照的形式獲取變電站的路徑信息，經(jīng)STM32核心控制模塊處理后，形成完整的變電站巡檢地圖。智能巡檢小車獲取巡檢地圖后，利用路徑巡檢模塊完成巡檢任務。

2.4 路徑巡檢模塊

選取的路徑巡檢模塊包括：三路紅外尋跡模塊、超聲波避障模塊和射頻模塊。

（1）三路紅外尋跡模塊

三路尋跡模塊集成三路紅外探測裝置，設置相應端口值可實現(xiàn)前進、后退、左轉和右轉動作。智能巡檢小車還可通過檢測三路紅外探測端口的值，判斷當前位置為直線、T線或十字線。路徑巡檢模塊如圖2所示。

圖2 路徑巡檢模塊

（2）超聲波避障模塊

采用超聲波模塊搭配舵機實現(xiàn)障礙物檢測。舵機180°旋轉的同時帶動超聲波模塊旋轉，可實現(xiàn)對前方障礙物無死角檢測和快速避障。超聲波避障模塊如圖3所示。

圖3 超聲波避障模塊

（3）射頻模塊

柵格地圖建立后，利用RFID射頻模塊對地圖中的巡檢點進行標記，用于記錄當前巡檢點下智能小車的位置信息，當前巡檢點需停留并進行拍照、測溫等操作。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 路徑規(guī)劃控制

系統(tǒng)上電復位后，首先進行系統(tǒng)初始化。若接收到巡檢任務，則智能巡檢小車將更新變電站地圖和設備巡檢點。更新完畢后，從起始點出發(fā)，經(jīng)過中間的巡檢點，最終到達終止點完成路徑規(guī)劃。若智能巡檢小車未檢測到終止點，將一直進行中間巡檢點的尋跡過程，直到檢測到終止點，結束巡檢任務。巡檢點設計流程如圖4所示。

圖4 巡檢點設計流程

3.2 巡檢點設計

采用RFID射頻模塊將分散在地圖中的起始點、中間巡檢點、終止點用射頻識別卡代替。在射頻識別卡中寫入相關信息，對地圖中的巡檢點進行標識。

3.3 執(zhí)行巡檢任務

系統(tǒng)運行后，首先對STM32控制器和RFID射頻模塊進行初始化，通過接收中斷的形式對射頻識別卡進行相應操作。當接收到有效的中斷指令后，會根據(jù)相應指令的要求對射頻識別卡進行尋卡、讀卡和寫卡操作，然后將射頻識別卡相關信息反饋給STM32控制器。讀卡操作主要讀取通過RFID射頻模塊事先寫入的相關信息，即當前巡檢節(jié)點運行到下一個巡檢節(jié)點需要執(zhí)行的動作和當前巡檢點需要完成的相關巡檢工作，如停車拍照、紅外測溫等。執(zhí)行巡檢任務流程如圖5所示。

圖5 執(zhí)行巡檢任務流程

3.4 交叉路口識別

本文采用三路尋跡模塊對交叉路口信息進行檢測，并將檢測后信息發(fā)送給小車控制系統(tǒng)，小車控制系統(tǒng)通過判斷交叉口的情況指導小車順利通過交叉路口。

交叉路口的情況一共有三種，分別是“T”字、“十”字和“7”字。通過對小車攜帶的三路尋跡模塊中左邊、中間、右邊傳感器的狀態(tài)進行分析，得出當前交叉路口的類型。交叉路口識別如圖6所示。

圖6 交叉路口識別

判斷“T”字交叉路口的思想：當左邊和右邊的傳感器檢測到黑線時，小車前進一段距離，再對中間的傳感器狀態(tài)進行判斷，如果中間的傳感器未檢測到黑線，那么該路口為“T”字路口。

判斷“十”字交叉路口的思想：當左邊和右邊的傳感器檢測到黑線后，小車前進一段距離，再判斷中間的傳感器狀態(tài)，如果中間的傳感器檢測到黑線，則表明該路口是“十”字路口。

判斷“7”字交叉路口的思想：如果只有左邊的傳感器檢測到黑線，小車前進一段距離，再判斷中間的傳感器狀態(tài)，如果中間的傳感器未檢測到黑線，則說明當前路口是“7”字路口。

3.5 小車行走控制

系統(tǒng)上電運行后，首先進行自檢，確定小車當前的位置，若存在路徑偏差，則需調(diào)整路徑，保證智能巡檢小車沿著當前的線路行走；若遇到交叉路口時，判斷交叉路口類型后，控制電機轉速調(diào)節(jié)小車轉向。若檢測到當前行走路徑有障礙物，則小車進行聲光報警并減速。當行駛至目標點后，路徑規(guī)劃結束，小車暫處于停車狀態(tài)。小車行走控制流程如圖7所示。

圖7 小車行走控制流程

3.6 射頻識別模塊

若小車未接到新的巡檢任務，那么將按當前的巡檢任務執(zhí)行路徑規(guī)劃。當小車接收到新的巡檢任務和路徑信息后，會將路徑規(guī)劃涉及的巡檢點相關信息通過RFID射頻模塊寫入射頻識別卡中，小車按照射頻識別卡中記錄的線路信息執(zhí)行相應的動作（直行、左轉彎、右轉彎、停止）并完成路徑規(guī)劃。射頻識別模塊流程如圖8所示。

圖8 射頻識別模塊流程

當小車前進到射頻識別卡標記的巡檢節(jié)點時，需要讀取射頻識別卡上的信息來判斷當前節(jié)點是否為終點，如果當前節(jié)點并非終點，那么射頻識別卡會記錄當前節(jié)點下一步需要執(zhí)行的動作（直行、左轉彎、右轉彎）。如果當前節(jié)點是終點，那么小車路徑規(guī)劃任務完成。依次類推，小車行駛到終點。

在射頻識別卡中記錄坐標信息和去往下一個巡檢點需要執(zhí)行的動作信息，分別用 0x04、0x03、0x02、0x01表示與之相應的動作信息：直行、左轉彎、右轉彎、停止，小車利用射頻識別卡記錄的節(jié)點信息完成路徑規(guī)劃。

4 結 語

作為變電站正常運行的安全保障，智能變電站巡檢也是困擾變電站巡檢人員的難題，研究基于STM32智能巡檢小車具有實用價值。智能巡檢設備具有很好的市場前景和應用價值，相信在不久的將來，智能巡檢小車必將得到更廣泛的應用。