基于蓝牙模块的新型非接触输电线路验电系统的设计

朱荣俊+宋吉江+王延博+刘英杰

摘 要：设计了一种新型的非接触输电线路验电系统，以STM8L151芯片为控制核心，以蓝牙模块进行数据传输，实现验电装置与不同的手机及平板连接，基于安卓系统开发的APK应用软件构建新型人机交互界面，检测带电线路的距离超过阈值时，进行声光报警.充分保障人员、设备的安全操作.

关键词：感应验电；蓝牙模块；单片机；系统设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.127

0 引言

电力人員进行线路和设备的维修操作时，一般都要确定线路带电情况，尤其是接近高压设备、线路，用传统的感应验电杆验电，效率较低，而且在攀爬杆塔时有掉落的危险.新型的非接触验电设备应运而生.文献[1]的验电装置主要是用于特高压输电线路的检测，目标较为单一，主要通过事先测量的输电线路不同回路类型的线路周围电场强度，作为参考目标，实际测量时进行曲线拟合比较，获得测量结果.文献[2]研发了一种带激光瞄准的用于特高压的验电系统，可以进行精确的距离测量.文献[3]设计了电力人员随身携带的单机非接触验电系统.文献[4]通过紫外传感器来检测线路周围的电晕放电，距离较远时就能检测设备带电报警信息.文献[5]设计了一种带有收发模块NRF2401的非接触验电系统，实现了无线传输。

上述的研究主要是集中在输电线路的检修中，远距离感应检测输电线路的带电信息是必要的，然而在配网输电线路周围有施工人员或施工的机械臂时，不需要远距离检测输电线路的带电信息，只需要接近安全距离时报警就可以了.基于此，设计了一种基于蓝牙模块的新型非接触感应验电系统，主要是供在220kV以下输电线路周围施工人员和施工中的机械臂使用.施工人员使用该装置时，可以戴在安全帽上，与带电线路的距离低于设定值时，会发出声光报警信息.施工中的机械臂使用时，探头用磁铁吸附在机械臂上，平板或手机放在驾驶室中，感应到的输电线路的带电信息，通过蓝牙传送给平板或手机，进行声光报警。

1 新型非接触输电线路验电系统的总体设计方案

系统的整体设计方案如图1所示，这种基于蓝牙模块的新型非接触输电线路验电系统的设计，根据高压电场理论，通过电容球探头感应出的电压，比较感应出的电压值大小来确定输电线路是否有电，当输电线带电时，产生报警触发信号，通过蓝牙传输，发送到平板，平板的APK应用程序会驱动平板、手机自带的喇叭和屏幕亮屏闪烁来提示操作人员此时的位置已超过安全的范围.充电电路为聚合物充电电池充电，然后通过电源模块转换成芯片所需要的工作电压.这种基于蓝牙模块的新型的非接触输电线路验电系统的功能模块主要包括：充电电路、电源模块、感应电压采集模块、蓝牙传输模块、声光报警模块等。

2 系统的硬件设计

2.1 充电电路的设计

电源输入端为JP1，用+5V电源进行充电，LED2为充电状态指示灯，LED3为充满电状态指示灯，LED4为开关开通时系统供电状态指示灯.充电电路控制芯片选用的是HM4056充电控制芯片，该芯片是一个完整锂电池线性充电器.充电电压固定在4.2V，充电电流最大可达到1.2A，精度为±1%.通过S1控制系统的供电状态.充电电路的原理图如图2所示。

2.2 蓝牙传输模块的设计

选用的蓝牙无线传输模块BM78，蓝牙4.0双模，最大的传输距离可达100m以上，实际应用情况，传输距离会缩短.在这里主要用在配网输电线路下，施工人员和施工机械的机械臂上，传输距离一般大于30米，满足使用要求.蓝牙传输模块电路图如图3所示，通过STM8的PC4可以实现蓝牙模块的复位，通过PD6控制蓝牙模块的唤醒功能.蓝牙模块的RXD、TXD与STM8的串口连接，进行数据交互，然后通过蓝牙发送接收天线与平板或手机连接。

2.3 声光报警模块的设计

声光报警信号共有两套，一套是施工人员戴在头上的报警装置产生，通过STM8的PA4控制声光报警信号，当接近输电线路的距离小于设定的距离时，产生声光报警信号，红灯亮.当距离大于设定的距离时，不产生报警信号，PA6有输出信号，绿灯亮；另一套是固定在施工机械臂上，当机械臂距离输电线路较近时，产生报警信号，进行声光报警，同时经过蓝牙模块传输到平板或手机中，通过APK中的程序触发手机、平板的声光报警信号。

3 软件功能的实现

系统软件流程图如图4所示，当非接触式感应验电装置开机后，完成程序的GPIO、串口的配置等操作，如果有平板或手机申请蓝牙配对请求，单片机进行确认，确认通过后进行蓝牙连接.配对的手机或平板需要事先在程序中进行规定。

当装置启动后，STM8通过读取电容球传感器上的数据，进行是否超限值的判断，如果没有超过设定值时，继续读取来自传感器的信息；如果测得的示数大于设定值时，发出触发信号，接近输电线路的施工人员头上佩戴的感应验电装置发出声光报警信号；如果感应验电装置固定在机械臂上时，通过蓝牙模块进行无线传输，传到手机、平板上，通过安卓应用程序，触发光电报警信号进行报警，提示机械臂操作人员输电线路有电，需要远离输电线路。

4 结论

该感应验电装置是为在配网输电线路下的施工人员或施工机械臂上定制使用，当输电线路上没有电时，或有电距离大于设定的距离时，装置不会发出警报；只有当输电线路有电且距离小于设定的距离时才会发出声光报警信号，该装置的使用可确保在输电线路下的施工人员及设备电气安全.该装置便于携带，易于固定在机械臂上，实现了探头检测模块与报警模块的无线联接，工作稳定可靠.

参考文献：

[1]李吉文，陈先勇，贺义平等.一种用于特高压输电线路的非接触式线路验电装置[J].科技创新导报，2016（07）：48-51.

[2]李守文，周志军，杨洁等.带激光测距瞄准的非接触式新型特高压综合验电装置的研发[J].工业仪表与自动化装置，2014（06）：75-78.

[3]王月爱，王勃.基于C8051F020控制的新型无接触式验电器的研究[J].工业仪表与自动化装置，2015（01）：46-49+61.

[4]郑果，罗青松，张海涛等.基于紫外放电检测原理的非接触式验电研究[J].电工技术，2015（08）：43-44+46.

[5]吕高，张文，郑鑫.一种非接触验电方法的设计与实验[J].电力学报，2013，28（05）：383-384+387.

作者简介：朱荣俊（1983-），男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向：大功率电力电子变流器、智能控制。

导师：宋吉江