CN109100754A - 一种计量装置联合定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计量装置联合定位系统，包括处理器单元、导航模块、微波接收模块、接口模块和交互模块；所述导航模块、微波接收模块、接口模块和交互模块分部与处理器单元电联接；本发明采用导航定位与微波定位联合定位的方式，可以将定位精度控制在1米以内，大大提高了定位的效率，同时本发明还涉及一种计量装置联合定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及电力寻址导航技术领域，特别涉及一种计量装置联合定位系统，同时还涉及一种计量装置联合定位方法。
背景技术
随着电网建设水平不断提高，城市电网的自动化建设取得了长足的进步，配电网的结构、接线方式都发生了巨大变化，配电网管理也逐步精细化：能耗水平、线损指标成为重要的考核依据，随之而然，中低压配电网的线损监测与治理逐渐被提上日程。作为管理降损的重要手段，计量装置能否正常工作是关键。为了保证计量装置的准确计量，供电部门成立了专业的计量中心，定期的对这些计量装置进行现场校验，以确保计量精度。由于计量装置较小，在现场校验过程中，寻找计量装置的安装地点是一件困难的工作，尤其是寻找一些安装在野外的关口计量装置更是难上加难。目前，很多现场表计的寻找工作，主要凭着安装人员的记忆和经验去寻找，一旦人员更换，表计的寻找校验工作将变得异常复杂。
为了克服现有校验工作中的问题，提高表计现场校验、寻找的效率，急需要提出一种支持自动寻找搜寻表计的装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种计量装置联合定位系统，通过联合使用北斗定位和微波定位的方法，可以将定位精度控制在1米以内，大大提高了定位的效率。本发明的目的之二是提供一种计量装置联合定位方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
该种计量装置联合定位系统，包括处理器单元、导航模块、微波接收模块、接口模块和交互模块；所述导航模块、微波接收模块和交互模块分部与处理器单元电联接；
所述接口模块用于从计量自动化系统下载需进行校验表计的位置信息、状态信息以及向计量自动化系统反馈校验后的结果信息并传输至处理器单元；
所述微波接收模块用于接收微波发射装置信号，并将信号按照预先设定好的模块进行计算，以便准确定位出需要校验装置的位置并发送至处理器单元；
所述交互模块用于外部输入指令，实现功能的选择以及系统的操作。
特别地，所述接口模块使用无线和/或有线两种通信方式。
特别地，所述处理器单元选用STM32F103C8T6作为核心控制芯片。
特别地，所述导航模块采用北斗导航模块。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：
该种采用前述计量装置联合定位系统进行定位的方法，包括以下步骤：
步骤1：系统从其它管理系统中接收到校验任务，根据需要的校验的设备，到GIS系统或资产管理系统中找出该设备最先安装时录入的经纬度信息；
步骤2：校验设备位置信息准备妥当后，进行任务下发；
步骤3：导航设备的合法性进行鉴权，如果是合法的注册用户，系统将被校验装置的地理位置信息以及可校验的任务内容进行下发；如果不是，则报警提示非授权用户；
步骤4：导航装置启动导航模式，开启导航任务；
步骤5：接近目标，更换搜寻方式，找到目标后关闭设备。
特别地，所述步骤2中，为了保证信息的准确性，需要安装人员在安装完毕后，立即将设备的信息如终端号、经纬度、线路编号、台区编号、安装日期等信息进行现场记录，并在返回驻地后及时录入管理系统。
特别地，所述步骤5中，当导航系统到达指定位置附近时，开启微波定位功能，接收来自于被校验装置发送来的微波，接收到的微波，经过转换后变成可以被处理器识别的数字信号，并由处理器判断后驱动报警器进行提醒。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用导航定位与微波定位联合定位的方式，可以将定位精度控制在1米以内，大大提高了定位的效率；(2)本发明的导航设备，在处理器中内置唯一识别码，确保了校验任务的可追溯性；(3)同时为了提高微波定位的精确度，本发明针对不同物体对微波的反射系数进行了计算，并固化存储在处理器中，每次使用时，根据使用场景，选取固有的计算参数，从而修正了由于环境的影响而导致的测量误差；(4)本发明中的交互设备采用了隐藏式按键结构，该结构可以防止在使用时的误操作，且具有防水、防尘功能，适于在野外操作使用；(5)本发明通过将位置距离转换为声音频率的方式，用户只需要根据声音强弱的变化，便可定位与目标的距离；(6)本发明支持有线、无线两种通信方式，可以实时实现与系统主站的联系，便于将校验结果实时传回系统主站，减少以往人工录入的繁琐过程。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为LM1812使用电路图；
图3为微波接收模块工作流程图；
图4为交互模块的触摸按键软件流程图；
图5为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种计量装置联合定位系统，包括处理器单元、导航模块、微波接收模块、接口模块和交互模块；所述导航模块、微波接收模块和交互模块分部与处理器单元电联接；
其中，各个组成部分的具体情况如下：
(1)处理器单元
由于本探测器装置功能简单，运算量较小，但需要经常带到一些恶劣环境进行工作，因此，本装置的处理器单元模块选用STM32F103C8T6作为核心控制芯片。STM32F103C8T是意法半导体(ST-Microelectronics)公司生产的基于超低功耗ARM Cortex-M3处理器内核的32位STM32微控制器，其工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)和程序存储器(容量64K字节的FLASH)，还包含标准和先进的通信接口：2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。它能协调系统各部分按照设计的流程进行工作,协调各个模块之间数据通信。
本发明中，针对不同物体对微波的反射系数进行了计算，并固化存储在处理器中，每次使用时，根据使用场景，选取固有的计算参数，从而修正了由于环境的影响而导致的测量误差。
(2)导航模块：
本实施例中采用北斗导航模块，该导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，该系统目前已经成功发射了16颗北斗导航卫星，服务范围覆盖了亚太地区。
本发明中的北斗导航芯片选用北京和芯星通公司生产的双系统高性能GNSS模块UM220-III N.该模块具有完全自主知识产权的双系统多频率高性能SOC芯片，能够同时支持BD2B1、GPS L1两个频点。该芯片外形尺寸紧凑，采用SMT焊盘，支持标准取放及回流焊接全自动化集成，适用于低成本、低功耗领域。
(3)接口模块
接口模块用于从计量自动化系统下载需进行校验表计的位置信息、状态信息以及向计量自动化系统反馈校验后的结果信息。为了提高装置使用的便利性，设计了无线与有线两种通信方式。
为了使装置和系统主站之间可以方便地进行串口通讯，本装置考虑利用PL2303作为接口转换接口芯片。PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换，能够方便嵌入到手持设备。该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机，这些工作全部由器件自动完成，无需考虑固件设计。
此外，本装置的无线通信功能由SIM7600CE模块实现。该模块是一款SMT封装、具有MINI PCIE接口的封装模块，支持LTE-TDD/LTE-FDD/HSPA+/TD-SCDMA/EVDO和GSM/GPRS/EDGE等频段,支持LTE CAT4(下行速度为150Mbps)。该模块性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗实现SMS和数据信息的传输。SIM7600CE尺寸为30*30*2.9mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。本模块与装置的处理器通过SPI接口进行数据通信。
(4)微波接收模块
微波接收模块用于接收微波发射装置信号，并将信号按照预先设定好的模块进行计算，以便准确定位出需要校验装置的位置。在装置中那个，超声波模块选用LM1812。LM1812是一种性能优良，即能发送又能接收超声波的通用型超声波集成器件。芯片内部包括：脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器及噪音抑制器。它除了可用于遥控器、报警器、自动门控制及通信方面外，还可用于工业上的料位或液位的测量与控制、测距及测厚等方面，应用十分广泛。该芯片的检测器输出可驱动1A的峰值电流。其在水中测距超过30m，在空气中测距超过6m，其适用于工作0-70度的工作温度。其工作电路如图2所示。
LM1812第1脚外接L1、C1决定了电路发送或接收的工作频率，其工作频率fo＝1/(2π),最高可达325kHz。在使用时，可以根据具体需求，将8脚置位高电平或低电平，这一功能可由单片机的输出端口进行置位。当8脚为高电平时、LM1812处于发送模式；8脚为低电平时，LM1812处于接收模式(8脚输入电流设计在1～10mA范围内)。在6、13脚之间所接变压器线圈的匝数比是根据TCF40-25TR1型收发一体式超声波传感器的阻抗来确定的。一般来说，变压器线圈的匝数比大约为4：1时可实现与超声波发送器阻抗相匹配。在本装置中，超声波接收器接收到的超声波信号经电容耦合由4脚输入，再经内部两级放大后同由1脚的谐振回路取出的信号一起送到检测器。当检测到超声波回波信号时，LM1812的14脚(与STM32F103C8T6的INT0端相连)变为低电平，使STM32F103C8T6T1计数器停止计数。当进行超声波测距时，STM32F103C8T6发出一个宽为125μs的脉冲信号，此脉冲信号控制超声波集成电路LM1812发射5个40kHz的超声波脉冲串。T1定时器可设置为30ms，即每隔30ms发射5个40kHz的超声波脉冲串。发射脉冲串的同时STM32F103C8T6的T1计数器开始计数，一旦接收到回波信号立刻停止计数。利用距离计算子程序对测得的时间和修正后的声速进行数据处理后，将结果进行语音报警。图3为微波接收模块的工作流程图。
(5)交互模块
交互模块用于外部输入指令，实现功能的选择以及系统的操作。本实施例中，为了便于携带以及防止在野外使用时的损坏，该交互模块设计为一种隐蔽式按键结构，通过特定的设计，实现功能的选择以及系统的操作。之所以设计为隐蔽式按键，主要考虑到装置的防水功能。
本实施例中的金属触摸感应按键采用电容式感应按键，整个按键部分没有任何机械部件，不会产生磨损，通过中央处理器侦测手指的有效触摸，保证按键的稳定性、灵敏度和可靠性，提高了按键的防水和抗干扰等能力。电容式感应按键采用感应触摸芯片TTP224，该芯片具有稳定的感应性能，按键面板介质为完全绝缘的材料，有4个触摸输入端口及4个直接输出端口。提供直接输出模式、触发模式、开漏输出模式、CMOS高电平有效或低电平有效输出。在本发明中，利用了该芯片的CMOS高电平有效的输出方式，输出信号输出到中央处理器STM32F103C8T6的GPIO口进行采集、处理。
图4为交互模块的触摸按键软件流程图，本实施例中触摸按键主要由两部分构成：TTP224芯片和金属触摸片，分述如下：
TTP224芯片主要通过检测两个相邻的金属导体间产生的电容变化来识别有无按键动作。在设计按键时，将PCB焊盘做成按键，在焊盘和周边的铜箔之间是空隙，在两者之间产生感应电容，形成一个电容性的按键。当手指触摸时会使按键上的电容增大，对感应电容进行持续充放电，使它充电的时间变长。通过检测充电周期的变化，来检测到电容的变化，从而判断是否有手指触摸。当有触摸时，TTP224芯片将输入信号转换为高/低电平输入到MCU的GPIO口。
金属触摸片由PCB焊盘组成，是触摸感应按键的关键，通过金属触摸片将手指触摸的信号输入至TTP224芯片，判断所要实现的动作。
如图5所示，本发明的采用如前述计量装置联合定位系统进行联合定位的方法，包括以下步骤：
步骤1：系统从其它管理系统中接收到校验任务，根据需要的校验的设备，到GIS系统或资产管理系统中找出该设备最先安装时录入的经纬度信息；
步骤2：校验设备位置信息准备妥当后，进行任务下发；为了保证信息的准确性，需要安装人员在安装完毕后，立即将设备的信息如终端号、经纬度、线路编号、台区编号、安装日期等信息进行现场记录，并在返回驻地后及时录入管理系统。
步骤3：导航设备的合法性进行鉴权，如果是合法的注册用户，系统将被校验装置的地理位置信息以及可校验的任务内容进行下发；如果不是，则报警提示非授权用户；
步骤4：导航装置启动导航模式，开启导航任务；
步骤5：接近目标，更换搜寻方式，找到目标后关闭设备。在该步骤中，是由于现有的导航芯片其导航精度不够，约在10米左右，为了精确定位校验装置，当导航系统到达指定位置附近时，将开启微波定位功能，该功能可以接收来自于被校验装置发送来的微波，接收到的微波，经过LM1812芯片的转换后，变成可以被处理器识别的数字信号，并由处理器判断后驱动一个外置扬声器，该扬声器的鸣笛频率由处理器控制，鸣笛频率由导航设备与目标设备之间的距离通过特定计算算法得出，鸣笛频率的快慢可以指示出与目标设备接近程度。
上述方法中，针对不同物体对微波的反射系数进行了计算，并固化存储在处理器中，每次使用时，根据使用场景，选取固有的计算参数，从而修正了由于环境的影响而导致的测量误差。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种计量装置联合定位系统，其特征在于：所述系统包括处理器单元、导航模块、微波接收模块、接口模块和交互模块；所述导航模块、微波接收模块和交互模块分部与处理器单元电联接；
所述导航模块用于接收处理器单元的指令，根据下发任务启动导航功能；
所述接口模块用于从计量自动化系统下载需进行校验表计的位置信息、状态信息以及向计量自动化系统反馈校验后的结果信息并传输至处理器单元；
所述微波接收模块用于接收微波发射装置信号，并将信号按照预先设定好的模块进行计算，以便准确定位出需要校验装置的位置并发送至处理器单元；
所述交互模块用于外部输入指令，实现功能的选择以及系统的操作。
2.根据权利要求1所述的一种计量装置联合定位系统，其特征在于：所述接口模块使用无线和/或有线两种通信方式。
3.根据权利要求1或2所述的一种计量装置联合定位系统，其特征在于：所述处理器单元选用STM32F103C8T6作为核心控制芯片。
4.根据权利要求1所述的一种计量装置联合定位系统，其特征在于：所述导航模块采用北斗导航模块。
5.根据权利要求1所述的一种计量装置联合定位系统，其特征在于：所述处理器单元中固化存储有不同物体对微波的反射系数，每次使用时根据使用场景选取固有的计算参数，从而修正了由于环境的影响而导致的测量误差。
6.采用如权利要求1所述的计量装置联合定位系统进行联合定位的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统从其它管理系统中接收到校验任务，根据需要的校验的设备，到GIS系统或资产管理系统中找出该设备最先安装时录入的经纬度信息；
步骤2：校验设备位置信息准备妥当后，进行任务下发；
步骤3：导航设备的合法性进行鉴权，如果是合法的注册用户，系统将被校验装置的地理位置信息以及可校验的任务内容进行下发；如果不是，则报警提示非授权用户；
步骤4：导航装置启动导航模式，开启导航任务；
步骤5：接近目标，更换搜寻方式，找到目标后关闭设备。
7.根据权利要求5所述的一种计量装置联合定位方法，其特征在于：所述步骤2中，为了保证信息的准确性，需要安装人员在安装完毕后，立即将设备的信息如终端号、经纬度、线路编号、台区编号、安装日期等信息进行现场记录，并在返回驻地后及时录入管理系统。
8.根据权利要求3所述的一种计量装置联合定位方法，其特征在于：所述步骤5中，当导航系统到达指定位置附近时，开启微波定位功能，接收来自于被校验装置发送来的微波，接收到的微波，经过转换后变成可以被处理器识别的数字信号，并由处理器判断后驱动报警器进行提醒。
9.根据权利要求8所述的一种计量装置联合定位方法，其特征在于：所述处理器单元中固化存储有不同物体对微波的反射系数，每次使用时根据使用场景选取固有的计算参数，从而修正了由于环境的影响而导致的测量误差。
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