无线网络下的便携式维修辅助终端设计研究

杨晓斌 付丽伟 朱辉 陈曦 肖健

（国网天津市电力公司城西供电分公司 天津市 300010）

便携式维修辅助终端系统的设计目标是确保处于不同区域的专业人员能够在短时间内根据实时上传的数据和图像信息进行诊断，找出故障产生的原因和对应的解决方案，并且利用远程协同的方式，将每位专家给出维修方案按照多种信息形式加以整合，最终提供给维修人员经过协调的方案。由此看出设计过程需借助CSCW技术。

1 无线网络下的便携式维修辅助终端设计的完善

1.1 整体框架

本文所设计的终端包含人机交互层、维修应用层和维修数据层，三大模块相辅相成，达成实时通讯、传输信息的目标。在人机交互层的应用上，在向维修人员提供工具后，借助麦克风、软件界面和触摸屏等工具完成人机交互。在维修应用层的应用上，无线网络是连接的媒介，通过提供备件信息搜索、任务下载、音频协作、远程视频协作的功能，在处理信息和反馈检测数据时，通过对所传输的信息和数据作加密处理，对诊断的安全性加以认证。在维护数据层应用方面，万用表模块、音视频采集设备同时工作，将数据信息的诊断与测试进行的更为稳定和安全，通过直接从存储站点和手机获取到相关信息的操作，保证将诊断测试的结果更快速更全面的展现。

1.1.1 系统功能

本文所设计的便携式维修辅助终端所应用的技术包括：无线网络技术、综合网络摄像技术、PDA，各中心模块之间需要在将无线局域网连接后，将远程交互式诊断的结果以及技术提供中心信息传输、Wi-Fi技术维护、收集处理频率信息、等多项功能，基本满足便携式维修辅助终端的功能需求[1]。其中音频电路的设计如图1所示。

图1：音频电路的设计示意图

1.1.2 框架设计

在设计便携式维修辅助终端的环节，要呈现出软硬件平台的实用性，从而保证交互的效果。便携式维修辅助终端是以AR技术为基础，将智能的可视化眼镜作为基础平台，可在维修人员眼前形成完整的界面，从而给予良好的界面体验感。具体而言，在便携式维修辅助终端的整体框架由可视化、设备识别、佩戴定位、远程交互组成，其中可视化指的是使用AR眼镜将各个设备的运行数据予以显示，具备数据开发和直观显示的能力，能够将交互数据、设备信息和维修人员信息显示在接收设备上，从而提供有力的支持，帮助现场进行维修的人员能够在获取到信息后直接对设备的故障进行清除[2]。

1.2 软件设计

在便携式维修辅助终端中需要加入多种软件，应用软件的必要性在于主控程序的稳定运行，通常加入协调呼叫诊断、控制软件、万用表控制模块和姿态控制软件（图2为语音结合姿态的操作流程图和），并使用微软公司所开发的多种技术，其对应的软件包括：visual Studio net、C#和windows CE，以上几种软件都能辅助软件开展终端检测和诊断。C/S模式对应的是PDA软件，其运行位置是本地数据库，将维修辅助终端予以下载，在此过程中要保持高速的网络通信水平。嵌入式服务器是处理视频信号的主要设备，其基础构建源自TCP /IP协议，自然在达成相应的协议要求时更为实用。经过设计，任务终端能够与多个接入端形成整体，依赖于嵌入式服务器WEB和HTTP将访问Internet，在高速网络、PC设备终端和IP独立地址的辅助作用下，强化了软件的使用效果。软件设计为系统整体运行添加了更具有辅助特点的模块，但设计的核心应当放在硬件的设计上，因此根据上文内容，下文将细致分析硬件设计的关键点[3]。

图2：语音结合姿态的操作流程图

1.3 硬件设计

目前多家企业在设计硬件的环节选用此种方式，例如在三星公司，其所使用的处理器型号是SSC2410，能够将维修人员开展维修作业的具体图像传输到控制中心，选用高清摄像头，借助无线网络媒介，从而建立起远程维修中心和现场之间的桥梁。基于此，维修人员使用麦克风和耳机，说明需要维修的部分，控制中心将解决方案以通信的形式继续传输，保证沟通的流畅性和实时性[4]。

1.3.1 电路设计

在电源电路的设计中要依据CPU内核和外围芯片对电压的需求，选定芯片型号和开关频率。对于1.3V电源电路来讲，其所设计的XC9216电路原理图为图3所示，对应的开关频率、固定输出和芯片型号为1.2MHz、1.3V和XC9216A13CMR，其中转换效率可达到90%，通过外接0.1uF滤波电容的形式提升电路运行效能。对于3.3V 电源电路设计来讲，其所设计的LTC1875 电路原理如图4所示，依照图示计算反馈电阻值的公式是：

图3：XC9216A13CMR电路原理图

图4：LTC1875电路原理图

1.3.2 AMR主板

作为一种常用手持工具，ARM的使用为视频和音频提供了可作用的平台，从本质上讲，此种工具发挥作用要借助平板电脑，属于电脑软件的范畴。视频数字视码板块是ARM主板上的主要应用功能，并在融合万应表板块后，实现数字化处理，提升了维修的质量，对于现场检测与实时处理起到了积极地促进作用，值得在多种技术的支撑下继续深入探究。以上所设计的硬件模块是无线网络技术的延伸应用，在经过信息交流后，将外界信息传输到内部系统中，而后硬件模块负责对信息收集加工，充分借助视频处理技术，在无线连接作用下实现业务目标。通过对硬件模块的分析可以看出，要想保证服务质量，应当提升对模块功能深度的要求程度，需要其具备维持移动VOIP稳定作用的功能，从而筛选出安全性能高、可漫游的高质量模块。IEEE80211和80211是常见的协议类型，所设计的模块要能够支撑协议的正常使用，说明模块中各项内容应当严格进行筛选。

现阶段所推行的无线局域网规范性技术是：IEEE802和Wi-Fi，使用以上技术的原因是其能够在有线局域网作为基础的背景下，在节点处借助于无线HUB完成访问计划。常见的可实现无线通信的设备包括无线网桥和无线网卡，都符合技术规范。经过IEEE802所规定的系统标准需要具备速率变化可利用的特征，能够在不同的速率下保持正常的运转，本文所设计的终端可兼容1Mb/s和10Mb/s，正常工作状态下将网络覆盖范围拓展到100m，最近距离为80m，基本符合设备信息数据传输的标准[5]。

1.3.3 姿态设计

在头部姿态检测电路的设计中，要实现以点头摇头替代手部运动的效果。按照上文中图3的设计结构，使用ADXL345加速度传感器和MSP430F149微控制器，在获取加速度后计算具体值，进而形成与动作相呼应的控制码，从而在RS485 通信电路的传输下将控制码传递给主机，实现各项操作。按照标准的流程，设计姿态检测程序。获取信号的传感器要经过选型处理，表1给出传感器选型的对比结果。通过对比选择ADXL345加速度传感器，其可降低功耗，同时选用的MSP430F149微处理器，其对应的功耗为1.6mW。

表1：传感器选型对比

1.4 无线数据交换与安全性方案

数据的下载和上传构成了数据交换和传输，SQL Server CE作为本地数据库选取上主要应用种类，其能够在Microsoft Windows CE NET上正常运行，并转移Microsoft SQT server的储存作用。通过比对，发现SQL server与本地数据库所起到的作用十分类似，因此SQL server也可提供处理器查询和存储数据库的功能。交换信息的媒介是SQL serve CE，其能够为中心数据库和本地数据库搭建桥梁，各项数据和信息可直接实现连接，体现了交互。访问网络要在无线网上进行，将网络连接置于任务计算机上，加入Web Service，体现了联动。与下载数据较为类似，数据上传的过程也要经过请求服务器，在服务器名称和服务地址都要借助WEB，上传的参数与数据相对应，可直接传输到平台上，进而传送到中心服务器中。

2 无线网络下的便携式维修辅助终端设计的应用

设计的完善（表2、表3给出关键芯片与外设温度测试结果以及维修辅助终端运行状态的功耗）为最终的应用服务，因此为检验所设计的成果是否能够辅助检修工作，下文将从具体的应用过程出发，说明应用的实际价值。

表2：关键芯片与外设温度测试结果表

表3：维修辅助终端运行状态的功耗表

2.1 设备巡检

便携式维修辅助终端应用于维修作业中的重要环节是设备巡检，工作人员佩戴好可视化眼镜，在眼镜的附近将控制器予以连接，其能够及时收集巡检图像，将音视频信息准确记录。佩戴好眼镜后，后台将实时获取到来自于摄像头所采集的信息，此过程的媒介是无线网络。后台操控室内的人员不仅可以获取设备的整体运行状态，还能对维修人员的行进状态进行管理，提升了对人与设备共同管控的效果，节省了大量的资源。通过跟踪维修人员的实时位置，在出现紧急情况时能够准确定位，及时采取有力措施，保障设备和人员的安全，避免出现大范围的损失。在相关设备上贴好二维码，便携式终端上的摄像头具备扫描的功能，在出现二维码识别框后将其中所包含的信息调取，维修人员能够知晓设备的作业指导书，便于维护工作的开展。以电力设备为例，在巡检阶段，扫描二维码后将会出现与其关联的保护屏柜信息，给出正常运行情况下的压板信息，基于此，管理人员将形成空间位置和设备信息的总体记录内容。

对比传统的办法，虽然在数据传输和安全性的控制上体现出了一定的价值，但实际应用中难以做到解放双手。对于维修人员来讲，多数时间需要采取双手作业的方式才能将故障清除，使用便携式终端能够在双手以外的部分收集信息，极大程度上节约了人力资源。以为设备测温为例，传统模式下需要两人完成以上操作，其中一人查看平板电脑信息，一人对准设备测温，而使用便携式终端两项作业可同时完成，摄像头对准检修设备，可将温度数据直接传输到远端并记录在数据库中，提升了作业的效率。

2.2 故障检修

设备检修在便携式维修辅助终端的支持下将使得整体流程更为有序，后台接收到控制器发来的异常状态信号后，细致的分析设备故障程度，找准缺陷的位置，并启用流程化的管理系统，将信息传递到调度申请上，将检修单下发。在此过程中，调度可获得同步信息，实时掌握设备的运行状况和缺陷位置，从而衡量是否应当采取停电措施。结合故障位置及其可能造成的影响，确定需要停电的设备数量，确保维持系统的正常运行。

如若穿戴便携式终端的人员难以直接给出解决方案，则可将故障设备信息上传后，等待专家远程指导，以此保证最终给出的整修方案更为精准。维修工作并非独立进行，不仅在时间上具备着时间跨度大的特征，而且在周期上还具备着全生命周期的特点，因而将每次维修的具体情况如实记录十分必要。设计维修知识库，通过总结专业人士对故障维修提出的解决方案并存储在数据库中的形式，可在后续开展维修工作遇到类似的问题时节省分析和处理的时间。维修数据库中需要加入处理流程、整修办法、处理意见等，在之后的维修中可避免因专家联系不及时导致故障影响扩散的情况发生，调取经验信息便可完成初步维护[6]。

2.3 价值分析

通过对无线网络下的便携式维修辅助终端的具体应用的阐述不难发现其对于设备维修质量的作用，能够带来极大的社会效益[7]。从维修工作整体来看，维修人员穿戴便携式装置可提高检修的水平和可视化程度，远端控制人员也能得到现场情况的反馈，有助于二者联动解决问题。从人员管理方面来看，在传统的维修工作中管理人员难以确定设备是否都经过严密的检查，相关人员所给出的初步处理办法是否奏效等，以上影响因素都不利于对人员进行科学管理，而便携式终端完美的解决了这一问题。通过实时视频和数据信息实时存储的手段，对维修人员的操作和行动区域都能准确掌握，方便考核维修人员的工作能力和态度。从故障维修的效果来看，便携式维修辅助终端与远程控制端直接连接，消除了时间和空间的限制，专家无需到达现场即可根据上传的音视频信息确定故障原因和解决方案，提升了障碍排除的质量，为设备的稳定运行打下坚实的基础[8]。

3 结束语

综上所述，维修作为日常运维系统中的重要组成部分，其对于设备的正常使用和管理都起到了不可替代的作用，因此针对维修这一作业开展技术升级和应用十分必要。在智能化和人机交互的背景下，远端控制和终端直接作用的技术形式屡见不鲜，但因受到技术难度的限制，目前在便携式维修辅助终端设计领域仍旧有很大的作用空间，由此本文从无线网络的角度给出了优化尝试。通过设计整体框架、硬件和软件等给出一种可缩短维修反应时间的设计成果，结合实际应用结果来看值得全面推广。