CN109343397A - 一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，属于智慧城市地下电力管网的信息管理技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统；解决该技术问题采用的技术方案为：包括电力管网巡线装置、巡线控制终端和电力管网服务器，所述电力管网巡线装置通过无线网络与巡线控制终端无线连接，所述巡线控制终端通过现场通信总线与电力管网服务器相连；所述电力管网巡线装置包括车体，所述车体的底部设置有底盘，所述底盘的两端设置有驱动轮，所述驱动轮的驱动端通过齿轮与传动马达连接，所述底盘的前端还设置有导向轮；所述车体的前端设置有摄像头和反射式红外传感器；本发明应用于地下电力管网中。
Description
技术领域
本发明一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，属于智慧城市地下电力管网的信息管理技术领域。
背景技术
城市地下管网是未来智慧城市中设置的一个重要基础设施，它和城市道路一样，担负着各种物质的输送调配，各种通讯信息的传输等工作，是主要的传输设备和重要的基础设施；随着大规模城市基础设施投入建设，配合道路改造开展了城市输配电线路迁改、架空线路入地等工作。
电网检修公司电缆运检室管辖一片区域的中高压电缆管沟，包括隧道、电缆管（排管、拖管、顶管）、沟道、直埋，对上述电缆管沟的数据采集传输及管理过程依赖图纸、人工存档等方式操作，传统的管线信息管理模式存在以下缺点：检索查询速度慢，工作量大，信息更新困难，难以保持信息变动时的及时更新。
目前设计有一种地下管道探测器，用于获取地下电力管网位置数据，可以为智慧城市建设提供数据支撑，借助地理信息技术和三维虚拟现实技术，构建电力地下管网信息系统，规范电力地下管网的数据采集、整理、展示与共享环节的技术要求，既可以强化智慧城市基础建设，又可以为电力地下管网的信息化管理提供统一的标准和工作流程，为智慧城市的规划、建设、管理提供计算机辅助技术决策支持。
但是该项技术在一些方面仍然存在相应缺点与不足，首先是管道探测器严重依赖工作人员手动控制并监控工作状态，探测器故障率较高，获取电力管网相关数据速度较慢，在具体使用时费时费力，且由于自身采用通信线缆将采集数据进行传输，在管道内活动区域受到限制；另一方面，探测器在使用时并不智能，无法自行避开障碍物，地面工作人员只能通过手动控制移动轨迹才可以完成管道数据采集。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，包括电力管网巡线装置、巡线控制终端和电力管网服务器，所述电力管网巡线装置通过无线网络与巡线控制终端无线连接，所述巡线控制终端通过现场通信总线与电力管网服务器相连；
所述电力管网巡线装置包括车体，所述车体的底部设置有底盘，所述底盘的两端设置有驱动轮，所述驱动轮的驱动端通过齿轮与传动马达连接，所述底盘的前端还设置有导向轮；
所述车体的前端设置有摄像头和反射式红外传感器；
所述车体的顶部设置有陀螺仪感应模块和无线通信模块；
所述车体的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器，所述中央控制器的信号输出端分别与传动马达、无线通信模块相连；
所述中央控制器的信号输入端分别与摄像头、反射式红外传感器、陀螺仪感应模块；
所述无线通信模块通过无线网络与巡线控制终端无线连接；
所述中央控制器的电源输入端还连接有电源模块。
所述中央控制器使用的芯片为控制芯片U1，所述陀螺仪感应模块使用的芯片为感应芯片U2，所述中央控制器的电路结构为：所述控制芯片U1的4脚并接电容C1的一端后与电阻R1的一端相连，所述电容C1的另一端接5V输入电源，所述电阻R1的另一端接地；
所述控制芯片U1的5脚、7脚与无线通信模块相连；
所述控制芯片U1的14脚并接晶振Y1的一端后与电容C2的一端相连，所述控制芯片U1的15脚并接晶振Y1的另一端后与电容C3的一端相连，所述电容C2的另一端并接电容C3的另一端后接地；
所述控制芯片U1的30脚、31脚接传动马达；
所述控制芯片U1的32脚、33脚接传动马达；
所述控制芯片U1的36脚与陀螺仪感应模块的信号输入端相连；
所述控制芯片U1的42脚串接电阻R4后与三极管Q1的基极相连，所述三极管Q1的集电极接地，所述三极管Q1的发射极与蜂鸣器SP相连；
所述感应芯片U2的1脚并接电容C4的一端后接地；
所述感应芯片U2的8脚并接电容C4的另一端后与3.3V输入电源相连；
所述感应芯片U2的9脚与控制芯片U1的37脚相连；
所述感应芯片U2的10脚与电容C5的一端相连，所述感应芯片U2的11脚并接电容C5的另一端后接地；
所述感应芯片U2的13脚并接电容C6的一端后与3.3V输入电源相连，所述电容C6的另一端接地；
所述感应芯片U2的18脚并接电容C7的一端后接地；
所述感应芯片U2的20脚与电容C7的另一端相连；
所述感应芯片U2的23脚与电阻R2的一端相连，所述感应芯片U2的24脚与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端并接电阻R2的另一端后与3.3V输入电源相连。
所述无线通信模块使用的芯片为无线通信芯片U3，所述无线通信模块的电路结构为：
所述无线通信芯片U3的34脚与控制芯片U1的5脚相连；
所述无线通信芯片U3的35脚与控制芯片U1的7脚相连；
所述无线通信芯片U3的32脚并接晶振Y2的一端后与电容C8的一端相连，所述无线通信芯片U3的33脚并接晶振Y2的另一端后与电容C9的一端相连，所述电容C8的另一端并接电容C9的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的1脚并接电容C18的一端后接地，所述无线通信芯片U3的40脚与电容C18的另一端相连；
所述无线通信芯片U3的4脚、39脚、10脚相互连接后接VCC输入电源；
所述无线通信芯片U3的22脚并接晶振Y3的一端后与电容C10的一端相连，所述无线通信芯片U3的23脚并接晶振Y3的另一端后与电容C11的一端相连，所述电容C10的另一端并接电容C11的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的25脚与电容C15的一端相连，所述电容C15的另一端并接电容C16的一端后与电感L2的一端相连，所述电容C16的另一端接地；
所述无线通信芯片U3的26脚与电容C12的一端相连，所述电容C12的另一端并接电感L1的一端后与电容C13的一端相连，所述电感L1的另一端接地，所述电容C13的另一端并接电感L2的另一端后与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端并接无线发射天线E1后接地；
所述无线通信芯片U3的28脚串接电容C17后接地。
所述电源模块使用的芯片为稳压芯片U4，所述电源模块的电路结构为：所述稳压芯片U4的1脚并接二极管D1的负极后与电源输入端相连；
所述稳压芯片U4的2脚并接二极管D2的负极后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接有极电容C19的正极、稳压芯片U4的4脚后与5V电源输出端相连；
所述有极电容C19的负极并接二极管D2的正极，稳压芯片U4的5脚、6脚、3脚、二极管D1的正极后接地。
所述控制芯片U1的型号为STC89C52LQFP；
所述感应芯片U2的型号为MPU6050；
所述无线通信芯片U3具体为Zigbee无线通信芯片；
所述稳压器U4的型号为LM2575。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供一套专用于采集地下电缆通道数据的信息管理系统，包括具体的巡线装置，用于辅助控制巡线装置的终端和接收反馈数据的服务器，可以对地下管网数据进行可靠快速的采集，并对采集数据进行稳定传输和储存；使用的巡线装置结构简单，功能丰富，可应对多种巡线时遇到的问题，具备全自动智能工作能力，极大减轻工作人员工作量，并提高了工作效率，可在地下电缆通道中推广使用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明电力管网巡线装置的结构示意图；
图3为本发明中央控制器的电路图；
图4为本发明无线通信模块的电路图；
图5为本发明电源模块的电路图；
图中：1为电力管网巡线装置、2为巡线控制终端、3为电力管网服务器、4为车体、5为底盘、6为驱动轮、7为传动马达、8为导向轮、9为摄像头、10为反射式红外传感器、11为陀螺仪感应模块、12为无线通信模块、13为中央控制器、14为电源模块。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，包括电力管网巡线装置1、巡线控制终端2和电力管网服务器3，所述电力管网巡线装置1通过无线网络与巡线控制终端2无线连接，所述巡线控制终端2通过现场通信总线与电力管网服务器3相连；
所述电力管网巡线装置1包括车体4，所述车体4的底部设置有底盘5，所述底盘5的两端设置有驱动轮6，所述驱动轮6的驱动端通过齿轮与传动马达7连接，所述底盘5的前端还设置有导向轮8；
所述车体4的前端设置有摄像头9和反射式红外传感器10；
所述车体4的顶部设置有陀螺仪感应模块11和无线通信模块12；
所述车体4的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器13，所述中央控制器13的信号输出端分别与传动马达7、无线通信模块12相连；
所述中央控制器13的信号输入端分别与摄像头9、反射式红外传感器10、陀螺仪感应模块11；
所述无线通信模块12通过无线网络与巡线控制终端2无线连接；
所述中央控制器13的电源输入端还连接有电源模块14。
所述中央控制器13使用的芯片为控制芯片U1，所述陀螺仪感应模块11使用的芯片为感应芯片U2，所述中央控制器13的电路结构为：所述控制芯片U1的4脚并接电容C1的一端后与电阻R1的一端相连，所述电容C1的另一端接5V输入电源，所述电阻R1的另一端接地；
所述控制芯片U1的5脚、7脚与无线通信模块12相连；
所述控制芯片U1的14脚并接晶振Y1的一端后与电容C2的一端相连，所述控制芯片U1的15脚并接晶振Y1的另一端后与电容C3的一端相连，所述电容C2的另一端并接电容C3的另一端后接地；
所述控制芯片U1的30脚、31脚接传动马达7；
所述控制芯片U1的32脚、33脚接传动马达7；
所述控制芯片U1的36脚与陀螺仪感应模块11的信号输入端相连；
所述控制芯片U1的42脚串接电阻R4后与三极管Q1的基极相连，所述三极管Q1的集电极接地，所述三极管Q1的发射极与蜂鸣器SP相连；
所述感应芯片U2的1脚并接电容C4的一端后接地；
所述感应芯片U2的8脚并接电容C4的另一端后与3.3V输入电源相连；
所述感应芯片U2的9脚与控制芯片U1的37脚相连；
所述感应芯片U2的10脚与电容C5的一端相连，所述感应芯片U2的11脚并接电容C5的另一端后接地；
所述感应芯片U2的13脚并接电容C6的一端后与3.3V输入电源相连，所述电容C6的另一端接地；
所述感应芯片U2的18脚并接电容C7的一端后接地；
所述感应芯片U2的20脚与电容C7的另一端相连；
所述感应芯片U2的23脚与电阻R2的一端相连，所述感应芯片U2的24脚与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端并接电阻R2的另一端后与3.3V输入电源相连。
所述无线通信模块12使用的芯片为无线通信芯片U3，所述无线通信模块12的电路结构为：
所述无线通信芯片U3的34脚与控制芯片U1的5脚相连；
所述无线通信芯片U3的35脚与控制芯片U1的7脚相连；
所述无线通信芯片U3的32脚并接晶振Y2的一端后与电容C8的一端相连，所述无线通信芯片U3的33脚并接晶振Y2的另一端后与电容C9的一端相连，所述电容C8的另一端并接电容C9的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的1脚并接电容C18的一端后接地，所述无线通信芯片U3的40脚与电容C18的另一端相连；
所述无线通信芯片U3的4脚、39脚、10脚相互连接后接VCC输入电源；
所述无线通信芯片U3的22脚并接晶振Y3的一端后与电容C10的一端相连，所述无线通信芯片U3的23脚并接晶振Y3的另一端后与电容C11的一端相连，所述电容C10的另一端并接电容C11的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的25脚与电容C15的一端相连，所述电容C15的另一端并接电容C16的一端后与电感L2的一端相连，所述电容C16的另一端接地；
所述无线通信芯片U3的26脚与电容C12的一端相连，所述电容C12的另一端并接电感L1的一端后与电容C13的一端相连，所述电感L1的另一端接地，所述电容C13的另一端并接电感L2的另一端后与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端并接无线发射天线E1后接地；
所述无线通信芯片U3的28脚串接电容C17后接地。
所述电源模块14使用的芯片为稳压芯片U4，所述电源模块14的电路结构为：所述稳压芯片U4的1脚并接二极管D1的负极后与电源输入端相连；
所述稳压芯片U4的2脚并接二极管D2的负极后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接有极电容C19的正极、稳压芯片U4的4脚后与5V电源输出端相连；
所述有极电容C19的负极并接二极管D2的正极，稳压芯片U4的5脚、6脚、3脚、二极管D1的正极后接地。
所述控制芯片U1的型号为STC89C52LQFP；
所述感应芯片U2的型号为MPU6050；
所述无线通信芯片U3具体为Zigbee无线通信芯片；
所述稳压器U4的型号为LM2575。
本发明提供一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，可以对智慧城市地下电力管道状态进行探测、定位，并对管道位置和延伸轨迹等信息进行采集。
本发明提供的车体4和底盘5的宽度可以根据不同规格的通道管径自适应调节，管径150mm-300mm之间均可调节，所述车体4和底盘5的长度一般小于500mm，可以在地下-10℃-60℃的温度环境中工作，最大航速可以达到3.5Km/h；由于车体4中内置有相应控制模块，所述车体4的外壳具备防尘、防水、防腐、防电磁干扰、防破坏管道等功能。
本发明支持对控制数据和采集数据的无线传输，极大的提高了数据传输的可靠性，使电力管网巡线装置在管道中的移动具备更大的自由度；当巡线装置在管道中行进时，通过陀螺仪感应模块11来定位当前所处位置，通过摄像头9采集当前位置的视频数据，并将采集数据通过无线通信模块12实时发送至巡线控制终端；当巡线装置在行进过程中，还会通过反射式红外传感器10实时探测前方障碍物，所述反射式红外传感器10包括相应的红外线发射器和接收器，当发射与接收信号出现异常时，判断前方出现障碍物，则巡线装置可以通过预设的动作指令，做出绕行动作后并继续前行，使其在工作时更加智能。
本发明内置有专用的24V蓄电池为各个模块供电，使巡线装置的续航能力大于4小时，最大航程可以达到200m以上，并且蓄电池可以为传动马达7提供足够大的功率，使小车可以行走在有坡度的管道中，支持小车在-40°到40°坡度的管道中行走。
所述陀螺仪感应模块11可以将巡检装置的空间坐标进行分析，并随着巡检装置移动生成轨迹，该轨迹的三维空间坐标数据将实时反馈回巡线控制终端2，巡线控制终端2随即分析出该段路径的管道形状，位置关系，并存入数据库，同时将处理数据通过现场通信线缆上传至电力管网服务器3，电力管网服务器3的监控室设置有大尺寸监控屏幕，可供工作人员实时观察。
进一步的，本发明使用的电力管网巡线装置1，可以对地下电力管道的位置探测，获取地下电力管网位置信息，为构建电力地下管网数据管控系统提供数据支撑。
根据实际需求，可以在驱动轮6与传动马达7之间设置有减震装置，用以解决巡检装置姿态稳定的问题；
所述车体4的内部设置有控制电路板，该电路板的尺寸可以根据车体4的大小自适应调整，进一步降低巡线装置能耗、减小体积；本发明采用先进的光纤陀螺等传感器，优化三维轨迹算法，并可以配合兼容GPS/北斗定位系统使用，使获取的地下管网位置信息准确可靠，其测量精度优于±0.5%。
本发明使用的陀螺仪感应模块11采用融合算法可以有效提高定位精度；地下管道的空间定位的传统方法仅使用惯性陀螺仪定位，定位精度差且存在累积误差，且定位管道距离越长误差越大，通过研究气压计、编码器等传感器与惯性陀螺仪的数据融合算法，用于辅助陀螺仪定位的动态矫正和补偿，可以提高数据处理速度，降低处理器的负荷，提高探测器续航能力。
本发明使用型号为STC89C52LQFP的中央控制器13，具备电机控制，通信，报警等功能，并具备外设扩展功能，可根据实际需求进行外接扩展模块改装，扩展功能包括设置红外收发模块探测障碍物，设置光敏二极管使巡线装置具备寻光诱导移动功能；
所述控制芯片U1支持外接电脑进行控制编程，支持写入多种数据采集及移动方式的控制脚本，使巡线装置移动工作更加灵活；所述控制芯片U1的1脚和30脚、31脚控制第一传动马达，主要是驱动主行进轮转动，所述控制芯片U1的32脚和33脚控制第二传动马达，主要驱动导向轮的转动马达动作，控制巡检装置进行相应幅度的转弯；所述控制芯片U1的42脚可以外接蜂鸣器SP进行报警。
所述电力管网服务器3同时可以通过与PMS系统、能量管控系统电缆管控信息配合使用，在初步实现企业级数据资源整合及共享利用的基础上，实现线下整合，线上应用，利用大数据融合分析技术，开展设备状态研判建设和大数据平台建设及应用；通过大数据挖掘技术，解决了跨部门、跨系统的数据融合及应用，实现了跨专业、跨部门和内外部数据关联分析及数据价值的深度挖掘，促进了管理提升和业务创新，可以与基建设施监控中心计算机实现良好的数据对接。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，其特征在于：包括电力管网巡线装置（1）、巡线控制终端（2）和电力管网服务器（3），所述电力管网巡线装置（1）通过无线网络与巡线控制终端（2）无线连接，所述巡线控制终端（2）通过现场通信总线与电力管网服务器（3）相连；
所述电力管网巡线装置（1）包括车体（4），所述车体（4）的底部设置有底盘（5），所述底盘（5）的两端设置有驱动轮（6），所述驱动轮（6）的驱动端通过齿轮与传动马达（7）连接，所述底盘（5）的前端还设置有导向轮（8）；
所述车体（4）的前端设置有摄像头（9）和反射式红外传感器（10）；
所述车体（4）的顶部设置有陀螺仪感应模块（11）和无线通信模块（12）；
所述车体（4）的内部还设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器（13），所述中央控制器（13）的信号输出端分别与传动马达（7）、无线通信模块（12）相连；
所述中央控制器（13）的信号输入端分别与摄像头（9）、反射式红外传感器（10）、陀螺仪感应模块（11）；
所述无线通信模块（12）通过无线网络与巡线控制终端（2）无线连接；
所述中央控制器（13）的电源输入端还连接有电源模块（14）。
2.根据权利要求1所述的一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，其特征在于：所述中央控制器（13）使用的芯片为控制芯片U1，所述陀螺仪感应模块（11）使用的芯片为感应芯片U2，所述中央控制器（13）的电路结构为：所述控制芯片U1的4脚并接电容C1的一端后与电阻R1的一端相连，所述电容C1的另一端接5V输入电源，所述电阻R1的另一端接地；
所述控制芯片U1的5脚、7脚与无线通信模块（12）相连；
所述控制芯片U1的14脚并接晶振Y1的一端后与电容C2的一端相连，所述控制芯片U1的15脚并接晶振Y1的另一端后与电容C3的一端相连，所述电容C2的另一端并接电容C3的另一端后接地；
所述控制芯片U1的30脚、31脚接传动马达（7）；
所述控制芯片U1的32脚、33脚接传动马达（7）；
所述控制芯片U1的36脚与陀螺仪感应模块（11）的信号输入端相连；
所述控制芯片U1的42脚串接电阻R4后与三极管Q1的基极相连，所述三极管Q1的集电极接地，所述三极管Q1的发射极与蜂鸣器SP相连；
所述感应芯片U2的1脚并接电容C4的一端后接地；
所述感应芯片U2的8脚并接电容C4的另一端后与3.3V输入电源相连；
所述感应芯片U2的9脚与控制芯片U1的37脚相连；
所述感应芯片U2的10脚与电容C5的一端相连，所述感应芯片U2的11脚并接电容C5的另一端后接地；
所述感应芯片U2的13脚并接电容C6的一端后与3.3V输入电源相连，所述电容C6的另一端接地；
所述感应芯片U2的18脚并接电容C7的一端后接地；
所述感应芯片U2的20脚与电容C7的另一端相连；
所述感应芯片U2的23脚与电阻R2的一端相连，所述感应芯片U2的24脚与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端并接电阻R2的另一端后与3.3V输入电源相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，其特征在于：所述无线通信模块（12）使用的芯片为无线通信芯片U3，所述无线通信模块（12）的电路结构为：
所述无线通信芯片U3的34脚与控制芯片U1的5脚相连；
所述无线通信芯片U3的35脚与控制芯片U1的7脚相连；
所述无线通信芯片U3的32脚并接晶振Y2的一端后与电容C8的一端相连，所述无线通信芯片U3的33脚并接晶振Y2的另一端后与电容C9的一端相连，所述电容C8的另一端并接电容C9的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的1脚并接电容C18的一端后接地，所述无线通信芯片U3的40脚与电容C18的另一端相连；
所述无线通信芯片U3的4脚、39脚、10脚相互连接后接VCC输入电源；
所述无线通信芯片U3的22脚并接晶振Y3的一端后与电容C10的一端相连，所述无线通信芯片U3的23脚并接晶振Y3的另一端后与电容C11的一端相连，所述电容C10的另一端并接电容C11的另一端后接地；
所述无线通信芯片U3的25脚与电容C15的一端相连，所述电容C15的另一端并接电容C16的一端后与电感L2的一端相连，所述电容C16的另一端接地；
所述无线通信芯片U3的26脚与电容C12的一端相连，所述电容C12的另一端并接电感L1的一端后与电容C13的一端相连，所述电感L1的另一端接地，所述电容C13的另一端并接电感L2的另一端后与电容C14的一端相连，所述电容C14的另一端并接无线发射天线E1后接地；
所述无线通信芯片U3的28脚串接电容C17后接地。
4.根据权利要求3所述的一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，其特征在于：所述电源模块（14）使用的芯片为稳压芯片U4，所述电源模块（14）的电路结构为：所述稳压芯片U4的1脚并接二极管D1的负极后与电源输入端相连；
所述稳压芯片U4的2脚并接二极管D2的负极后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接有极电容C19的正极、稳压芯片U4的4脚后与5V电源输出端相连；
所述有极电容C19的负极并接二极管D2的正极，稳压芯片U4的5脚、6脚、3脚、二极管D1的正极后接地。
5.根据权利要求4所述的一种用于智慧城市地下电力管网的信息管理系统，其特征在于：所述控制芯片U1的型号为STC89C52LQFP；
所述感应芯片U2的型号为MPU6050；
所述无线通信芯片U3具体为Zigbee无线通信芯片；
所述稳压器U4的型号为LM2575。
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