变电站巡检机器“变电骑士”的设计

白金阔 马 俊 保卓成 李 谨

（天津农学院工程技术学院，天津 300380）

变电站巡检职务一直是中重中之重。随着科技进步和电力体制改革的不断深入和发展，变电站设备的电气信号可以通过监视控制和数据采集系统、高继电保护等装置获得，从而实现了变电站主设备的远程监控。虽然目前传统巡检依然是主力，但是，远程监控在一定程度上可以弥补传统巡检的不足，避免人员可以随意填写记录的漏洞。无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题，甚至未发现的隐患。本文重点介绍变电巡检机器人的模块。

1 模块介绍

1.1 主控板

本设计的主控制器为STM32F103。STM32F103 为ARM 32位Cortex-M3内核拥有2个DMA控制器，共12个DMA通道：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道。2个12位模数转换器，拥有低功耗等特点可利于与多个传感器连接。

1.2 驱动模块

驱动模块主要运用L293D芯片来驱动电机。本款巡检机器人所载L293D是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动，设计用于连接标准DTL或TTL逻辑电平，驱动电感负载和开关功率晶体管。为了简化为双桥应用，L293D每个通道对都配备了一个使能输入端。L293D逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。当其为高电平时即启动工作电机，当其为低电平时则禁止电机驱动

1.3 工作模块

此模块由可见光CCD摄像头、红外图像摄像头、微型前端处理机FEP、SX1278无线模块、GPS定位系统等组成。当本款巡检机器人开始工作前可将场地CAD图纸传输至微型前端处理机FEP中以便主控制器以图纸中路线进行巡检。期间巡检机器人可对设备使用可见光CCD摄像头和红外图像摄像头，从而判断设备是否正常工作。并且将已经获得的信息通过报表形式自动形成储存在微型前端处理机FEP中。随后微型前端处理机FEP通过SX1278无线模块传输至上位机从而进行汇总和整理，以节省人力。期间若工作人员需要调控现场情况可将巡检机器人从自动调至手动状态，从而接收驱动模块、摄像头、机械臂等权限可以更好的对现场进行调控。期间GPS开始实现功能可使工作人员依靠摄像头和上位机GPS显示成功到达目标地点。其次GPS系统也可观察巡检机器人在自动状态下是否偏离预定轨道。

1.4 感应模块

感应模块主要为红外线感应模块和磁传感器组成。红外线感应模块为实现本款巡检机器人进行避障、循迹、跟随部分。此处使用了LM324运算放大器该四路放大器可以工作于低至3.0 V或高达32 V的电源电压，静态电流是MC1741的五分之一左右。共模输入范围包括负电源，因此在众多应用中无需外部偏置元器件。输出电压范围也包括负电源电压。通过使用AD软件以LM324为核心运用多个PNP和NPN管还有两个调节电位器（灵敏度）配合红外线传感器从而更好的来实现避障、循迹、跟随功能。磁传感器则是为了启动机械臂的先决条件。

1.5 操作模块

操作模块重要则是机械臂。机械臂前端安装通行磁条可以开启带有门禁的设备间门，当磁传感器感觉到门禁时传输高电平给来L293D从而启动机械臂来开启设备门。此外，当处于手动状态时机械臂 也可帮助工作人员调试现场设备，从而极大地提高了安全性和有效地节省了人力。

2 问题分析

主要为硬件和软件两个方面。软件方面，在运用AD软件绘制电路板时，因器件库无法找到PNP2SB772管与NPN2SB772管只得自己绘制，绘制图无法实现功能，后来经过调阅资料，反复检查才最终确定AD图的正确性。其次焊接电路板时，焊锡烫坏电路板底纹，无法进行正常工作，后将一根导线焊进PCB板中才使其恢复功能。在机器臂和电动机的运行时L293D明显散热不好，严重时自动烧毁，最后经查阅资料得知，对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域（如设备的底部），不得将它放在发热器件的正上方， 本小组决定将L293D焊接在PCB板的底部，从而达到散热效果。

3 总结

变电站巡检机器人就是为了更高效地履行巡检这个职责，将事故和意外降到最小，为变电站的工作场所增添一个助力。不管是日常的事宜还是在一些不可控的条件下可以替代人力，减少危险性、节约人工费用提高工作质量。本项研究还未达到预期的效果还有一些功能未能实现，后续本组将继续努力争取将这些没有实现的功能早日使它实现。