基于QT语音平台的电力电缆终端设备巡检系统与实现

高 亮　闫凡铭　张博阳　王九龙　刘彦辉　杨 倩　薛玉翠

（绥化学院电气工程学院　黑龙江绥化　152061）

在电线电缆中，电缆终端是重要组成部分，电缆终端的故障率远高于电缆本身[1,2]。在故障发生的概率统计中，电缆终端的故障率大约70%，且影响电力电缆及电缆终端的因素很多，如电、热、化学及外部环境等[3]。电缆需要根据现场运行情况每1～3年停电检查一次，室外电缆终端头需要每月巡视1次，每年二月及十一月进行停电清扫检查。检查程度繁琐、复杂，且需要投入大量人力物力，现实行定期检查，急需高质量的实时监控巡检。

现今，巡检系统及装置的使用层出不穷，并应用于多种场合。主要分为两方面，即人工遥控巡检与自动巡检[4,5]。人工遥控巡检是使用人员通过遥控平台对巡检系统进行操作，实现巡检系统的多场地巡检功能。自动巡检为无人工操作，巡检系统启动后自动按照默认线路进行巡检。两种巡检方式下巡检质量与效率，很大程度取决于系统中各种信息的传输速度与命令执行效率。

QT是由QTCompany开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，目前包括QT、基于FrameBuffer的Qtopia Core、快速开发工具QTDesigner和国际化工具QTLinguist等部分[6]。QT支持所有的UNIX系统，当然也包括Linux系统，还支持WinNT/Win2k、Windows95/98平台。并且，QT与HTK马尔科夫模型语音识别工具结合形成移植性强的图形控制界面[7]。QT语音平台具有对语音命令的高效执行率，被相继开发运用到各种控制系统中。

一、系统方案

设计一种用于电力电缆终端设备工作环境的巡检系统及装置，能够实时监控终端设备的工作外场情况，以此代替人工巡检，并且能对其进行实时保护及危险境况进行处理。具体设计要求如下。

（一）系统能够对电缆终端设备工作外场环境（温度、湿度、烟雾、可燃气体、有毒气体、火焰和人员）进行实时检测。

（二）系统能够将外场检测数据及图像信息高速、高质量地反馈到控制端，并且可以通过语音命令实时远程可视化控制。

（三）巡检时遇到突发状况（如发生火焰、设备形变等），检测装置可以及时报警，并作快速做出处理。

根据系统设计要求，巡检系统设计方案如图1所示。系统由处理器与语音平台完成传输信息及命令的交换处理，其中处理器通过电池组进行供电；检测组包括多传感器组与摄像头，其中多传感器组包括温度、湿度、烟雾、可燃气体、有毒气体、火焰和红外传感器，能够对终端设备工作外场环境参数进行检测；处理器可以将检测的信息及时反馈到PC显示器上；语音平台将控制者发出的声音命令进行处理后，通过无线传输到处理器上；处理器控制执行机构进行动作。

图1　巡检系统设计方案框图

二、系统硬件设计

（一）系统整机装置结构。根据系统设计方案，巡检系统装置的结构设计包括摄像头、报警器、主控芯片、电池组、行走机构和传感器组等，具体结构如图2所示。其中，摄像头置于旋转支架上端，支架下端与车体相连，使摄像头可以360度旋转，充分减少盲区。巡检系统装有报警器，巡检中发现异常状况可第一时间通知操作人员。传感器组包含温湿度传感器、红外传感器、火焰传感器、光离子传感器、气体传感器等，可对外场环境进行多因素检测。巡检装置配有机械手臂，当发生异常时，操作人员可通过语音命令操作机械手臂对终端设备开关进行控制。

图2　巡检系统整机装置结构示意图

（二）主控芯片。主控芯片选择蜂鸟S5PV210（Hummingbird），是三星推出的一款适用于智能手机和平板电脑等多媒体设备的应用处理器。该芯片采用了ARM CortexTM-A8内核，可以实现2000DMIPS（每秒运算2亿条指令集）的高性能运算能力[8]，满足本系统对芯片高性能需求。S5PV210有强大的硬件编解码功能，内建MFC（Multi FormatCodec），支持 MPEG-1/2/4，H.263、H.264 等格式视频的编解码，支持模拟/数字TV输出[8]，满足本系统在视频传输中稳定性与及时性。并且，它能够支持DX9、SM3.0、OpenGL2.0等PC级别显示技术，具备IVA3硬件加速器与出色的图形解码性能[8]，可以支持全高清、多标准的视频编码，可以更快解码更高质量的图像和视频，满足本系统在传输视频、图像的清晰度。

（三）USB无线网卡。本设计采用USB无线网卡作为传输数据的设备，其带宽达到11～108Mbps，而且有效传输范围很大，能够流畅地给PC操作机传递视频数据。传输采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等技术，将数监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输，可实现音、视频及控制信号“一线通”，可通过频分复用技术解决远距离传输点位分散、布线监控困难的问题[9]。并且，可以保证图像质量达到4级左右。在电力电缆终端电磁环境复杂的场合，采用75Ω同轴非平衡方式传输，使其具有很强抗干扰能力，能保证图像较高的质量，可以实现远程监控。

三、系统的软件设计

图3　QT语音处理流程图

（一）QT语音处理。系统通过声卡对语音信号进行采集，语音识别部分在PC操作机上完成。在进行端点检测、预加重、分帧加窗等预处理之后，对得到的短时语音帧提取16阶LPC倒谱系数作为特征矢量。识别结束后，将识别结果转换成与语音命令相对应的命令控制字，并通过串口发送给主控芯片S5PV210。处理器启动QT语音平台，调用QT语音模板库里预先存储指令，与目前语音指令进行匹配判断。如果匹配，则执行机构执行命令；否则，执行机构不动作。系统QT语音处理流程设计，如图3所示。

（二）QT语音平台搭建。QT语音搭建过程为：获得源码、编译、安装QT语音环境。先获取源码，将QT压缩包解压至新建立的目录中；获取源码后将命令库加入系统环境变量即可使用，通过HSGlab工具建立语音库，HBuilHcopy提取特征参数；安装QT语音环境，将HTK压缩包拷贝到新建立的目录下并解压，进入qt-embedded-linux-opensource-src-4.4.0目录执行configure文件来配置环境，编译QT/HTK库，安装QT/HTK库。系统QT语音平台搭建程序设计如下所示：

[root@localhostfor_arm]#tarxjvf/UP-CUP6410/SRC/gui/tslib-1.4.tar.bz2-C

[root@localhostfor_arm]#cd/home/uptech/QT4/for_arm/tslib-1.4/

[root@localhostfor_arm]#lstslib-1.4tslib1.4-install[root@localhostfor_arm]#tarxjvf/UP-CUP410/SRC/gui/qt6-embedde d-linux-opensource-src-4.4.0.tar.bz2-C

[root@localhostfor_arm]#cdqt-embedded-linux-opensource-src-4.4.0/

[root@localhostqt-embedded-linux-opensource-src-4.4.0]#make

[root@localhostqt-embedded-linux-opensource-src-4.4.0]#makeinstall

四、巡检系统的实现与检测

根据系统方案及软硬件设计，选择元器件进行实物组建及功能调试后，完成巡检系统装置。巡检装置安装外观示意图，如图4所示。其中1为报警装置，2为天线，3为物联网芯片，4为轮胎式行走机构，5为检测手臂，6为摄像头检测系统。

图4　巡检装置实物图

系统装置可以在界面上设置自动巡逻时间，报警器可以设置多种报警，如二氧化碳报警、甲烷报警、火焰报警、生物接近报警、PM2.5报警；且报警方式可以选择电话(Tel.)或短信(SMS)方式。界面上有多种传感器状态，实时显示检测器数据；界面中具有定位和远程图形可进行切换模式。界面中具有手机电话输入设置，可以通过智能手机对装置进行操控。根据本系统进行三种环节下模拟试验，结果见表1。其中，模拟1为室内0.22kV低压配电箱巡检；模拟2为室外0.38kV干式变压器配电箱巡检；模拟3为室外0.38kV干式变压器配电箱故障情况下巡检。其检测结果表明，该系统检测准确，响应快速，检测信息全面，能够对突发状况下进行实时检测。

表1　夏季变电箱的巡检界面参数

五、结语

本系统设计了一种基于QT语音的电缆终端设备巡检系统，解决了电缆终端巡检中人工操作的复杂、繁琐的问题，异常情况下的无法快速响应的问题。巡检装置引入多传感器组与摄像头，可对电力电缆终端设备工作外场环境多信息数据进行实时采集传输；并且，巡检系统中运用QT语音平台进行人机交互界面，具有很好的时效性和可操作性；该巡检装置具有廉价的开发成本及多样化功能，使其具有广泛的应用领域与应用价值。

参考文献：

[1]赵爱华,李伟,叶剑涛,等.超声波局部放电检测法在电缆终端中的应用[J].重庆大学学报,2014,37(6):112-118.

[2]陈志平,邱太洪,李国伟,等.XLPE电缆终端耐压局放方法研究及实际故障诊断案例分析[J].高压电器,2015,51(2):73-77+83.

[3]张若兵,辛鸿帅,郭国化.气体绝缘开关设备电缆终端绝缘硅油老化问题试验研究[J].高电压技术,2015,41(11):3746-3752.

[4]陈亮,王波,蒋才明.智能输电线路巡检系统设计与实现[J].电工电气,2014(9):50-53+59.

[5]崔莉,周宇浩,张益,等.电力电缆智能温度巡检系统设计[J].实验室研究与探索,2016,35(4):78-81.

[6]梁冬,李博,郭锐.智能家居中Qt语音识别界面的设计与实现[J].内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),2014,43(6):739-743+747.

[7]肖方,施玉霞,李刚.嵌入式语音控制系统在QT上的实现[J].电气技术,2010,34(10):54-56+61.

[8]李宇成,黄堂猛.基于S5PV210的1080P网络摄像头设计[J].计算机工程与设计,2014,35(11):3813-3819.

[9]叶学程,郑霖.嵌入式Linux的USB-Chirp无线网卡驱动设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2014,14(7):53-56.