CN115128396A - 不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，属于不停电作业技术领域。该系统包括姿态监测装置和测距装置，姿态监测装置含主控模块、第一通信模块、陀螺仪、显示屏和第一报警器，测距装置含控制模块、第二通信模块、毫米波雷达和第二报警器；陀螺仪将感知绝缘斗在的角度、角速度和加速度传送给主控模块，主控模块通过显示屏显示实时参数并通过第一通信模块传送给位于地面的接收器；毫米波雷达将测量的绝缘斗与所述边界点之间的实测距离数值传送给控制模块，控制模块将实测距离数值与预设的安全距离数值比较，并通过第二报警器和第一报警器发出报警。该系统实现了在不停电作业中准确监测绝缘斗运动姿态和安全距离。

Description

不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统
技术领域
本发明涉及一种对在不停电作业中人员乘用的绝缘斗在运动中的姿态以及与周围带电体之间的安全距离进行监测的系统装置，属于不停电作业技术领域落。
背景技术
针对架空线路的不停电作业是指由现场操作人员乘坐绝缘斗臂车的绝缘斗在空中运动到架空线路附近,对架空的通电导线进行维修等作业。其特点为作业过程中无需停电，不影响用户的供电可靠性，且作业时间灵活，可实现全天候方式作业。
在架空线作业过程中，作业人员随绝缘斗上升至架空线路所处高度，随后对作业区域附近的带电体及接地体等开展绝缘遮蔽，遮蔽完成后在遮蔽区域附近开展带电作业。在当前的架空线路不停电作业过程中，大量使用中间电位作业法。此时支撑人体的绝缘斗作为连接地电位的绝缘，人员身着的绝缘服及导线使用的绝缘毯遮蔽则作为隔断人体与高压线路的绝缘。依据国家标准GB/T18857-2019《配电线路带电作业技术导则》，3000m海拔高度内，10 kV作业中人员与相邻带电体及非等电位金属件之间的最小安全距离应不小于40cm。依据此规定可知，不停电作业过程中人体可活动范围距离各裸露导线的最短距离不应小于40cm。因此在作业区域（包括已经被绝缘遮蔽的各裸露导线、带电体及接地体等）距离裸露导线40cm以外的区域就是不停电作业的安全区域。
为了在作业过程中保证承用绝缘斗的作业人员安全，目前都是在地面上配备专门的观察指挥人员，通过人力肉眼观测和判断绝缘斗运动的姿态、位置及距离裸露导线的距离（安全距离）。但是由于人力肉眼从地面观测空中运动的绝缘斗本身就会存在较大误差，再加上绝缘斗臂车自身的晃动或外部环境的突发大风等诸多因素都会使人力肉眼无法对绝缘斗运动姿态、位置和安全距离进行及时准确的观测，从而无法准确地指挥引导作业，而且存在极大安全隐患。
据申请人所知，目前在不停电作业中，缺少客观准确监测绝缘斗运动的姿态和安全距离的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在不停电作业中能够客观准确地监测绝缘斗运动的姿态和安全距离。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，所述绝缘斗设于绝缘斗臂车的悬臂一端并可随悬臂升降和移动于架空线路附近，所述架空线路经绝缘遮蔽处理后的绝缘遮蔽段与裸露段之间的连接处作为不停电作业的安全区域的边界点，所述系统包括设置在所述绝缘斗上的姿态监测装置和设置在架空线路上的测距装置，所述测距装置位于所述边界点处，所述姿态监测装置包括设于在机箱内的主控模块、第一通信模块、陀螺仪和设于机箱表面的显示屏和第一报警器，所述测距装置包括设于在机壳内的控制模块、第二通信模块、毫米波雷达和设于在机壳表面的第二报警器；工作时，所述陀螺仪将感知绝缘斗在运动时的角度、角速度和加速度的实时参数传送给所述主控模块，所述主控模块通过显示屏显示实时参数并通过第一通信模块传送给位于地面的接收器；所述毫米波雷达将测量的绝缘斗与所述边界点之间的实测距离数值传送给所述控制模块，所述控制模块将所述实测距离数值与预设的安全距离数值比较，所述控制模块对所述实测距离数值超出安全距离数值的结果发送报警信号给所述第二报警器并通过第二通信模块传送给第一通信模块和位于地面的接收器，所述第一通信模块将报警信号通过所述主控模块发送给所述第一报警器。
进一步，还包括夹具，所述夹具包括中间杆；所述中间杆的一端是固定基座，另一端是用于夹紧所述绝缘斗或所述架空线路的夹线钳；所述姿态监测装置和测距装置均可安装在所述夹具一端的固定基座上。
进一步，所述主控模块采用的MCU型号是STM32F103ZET6，所述通信模块采用ZigBee通信芯片的型号是AW5161P2CF，所述陀螺仪采用MPU6050芯片并与所述主控模块通过IIC通信；所述控制模块采用的MCU是型号GD32F103VBT6的单片机，所述毫米波雷达采用海凌科公司生产的HLK-LD303测距模块，所述单片机的第一串口通道与所述毫米波雷达模块的P1接口连接，所述单片机的第二串口通道与第二通信模块连接。
进一步，所述接收器是手机、平板电脑或笔记本电脑。
本发明的有益效果是：设于绝缘斗上的姿态监测装置和设于架空线路上的测距装置构成了全新设计的本发明系统，1）其中的姿态监测装置通过陀螺仪实时获取绝缘斗运动时的角度、角速度和加速度实时参数，因此可以在姿态监测装置和位于地面的接收器显示，方便绝缘斗上作业人员和地面人员及时监测绝缘斗实时的运动姿态；2）其中的测距装置通过毫米波雷达实时获取绝缘斗运动时与安全区域的边界点之间距离，因此可以实时判断绝缘斗的运动是否超出安全距离并对超出安全距离的结果做出报警。因此，本发明系统实现了在不停电作业中能够客观准确地监测绝缘斗运动的姿态和安全距离。
附图说明
下面结合附图对本发明的不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统作进一步说明。
图1一段架空线路被绝缘遮蔽后的示意图。
图2是姿态监测装置的外形示意图。
图3是测距装置的外形示意图。
图4是夹具的结构示意图。
图5是主控模块的MCU的电路原理图。
图6是ZigBee通信芯片的电路原理图。
图7是控制模块的MCU电路原理图。
具体实施方式
实施例
本实施例的一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，涉及的绝缘斗设于绝缘斗臂车的悬臂一端并可随悬臂升降和移动于架空线路附近，如图1所示，架空线路被作业人员用绝缘毯等材料绝缘遮蔽后形成的绝缘遮蔽段11与裸露段12，绝缘遮蔽段11与裸露段12之间的连接处构成不停电作业安全区域的边界点。本实施例的一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统包括设置在绝缘斗上的姿态监测装置和设置在架空线路上的测距装置，测距装置13一般设置位于边界点处。
如图1所示，姿态监测装置包括机箱1，在机箱1内设有主控模块、第一通信模块、陀螺仪,在机箱1表面设有显示屏2和第一声音报警器3和第一灯光报警器4；。
如图2所示，测距装置包括机壳5，在机壳5内设有控制模块、第二通信模块、毫米波雷达，在机壳5表面设有第二声音报警器6和第二灯光报警器7。
本实施例为了安设姿态监测装置和测距装置，专门设计了一种夹具。如图3所示，该夹具包括中间杆8；中间杆8的一端是固定基座9，另一端是用于夹紧绝缘斗或架空线路的夹线钳10。使用时，姿态监测装置和测距装置均可安装在夹具一端的固定基座9上，然后通过夹具另一端的夹线钳10夹住绝缘斗的斗壁和架空线路的导线。当然，处理采用本实施例设计的这种夹具来安装姿态监测装置和测距装置以外，显然本领域技术人员还可以采用挂钩、哈夫或其他联接器具，将姿态监测装置安装在绝缘斗上和将测距装置安装在架空线路上。
本实施例的一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统的工作原理是：陀螺仪将感知绝缘斗在运动时的角度、角速度和加速度的实时参数传送给主控模块，主控模块通过显示屏2显示实时参数并通过第一通信模块传送给位于地面的接收器；毫米波雷达将测量的绝缘斗与边界点之间的实测距离数值传送给控制模块，控制模块将实测距离数值与预设的安全距离数值比较，控制模块对实测距离数值超出安全距离数值的结果发送报警信号给第二报警器（第二声音报警器6和第二灯光报警器7）并同时通过第二通信模块传送给第一通信模块和位于地面的接收器，第一通信模块将报警信号传送给主控模块，然后由主控模块发送报警信号给第一报警器（第一声音报警器3和第一灯光报警器4）。
姿态监测装置中的主控模块，其采用的MCU型号是 STM32F103ZET6，第一通信模块采用ZigBee通信芯片，采用广州致远电子有限公司生产的型号AW5161P2CF芯片。陀螺仪采用MPU6050芯片，主控模块可以完成与MPU6050芯片的IIC通信，并且对初始的AX、AY、AZ、GX、GY、GZ数据进行数据接收，之后利用已知的算法完成针对XYZ三轴的加速度、角速度以及角度的参数计算。主控模块通过串口方式与ZigBee模块通信。显示屏采用液晶屏，可以实时显示计算的加速度、角速度以及角度的参数，ZigBee模块还可以通过网络通信模式把计算的加速度、角速度以及角度的参数发送给地面的接收器（例如手机、平板电脑或笔记本电脑），这样就可以使得作业人员和地面引导指挥人员对于绝缘斗运动的姿态及时掌控。表1反映了本实施例的系统在某次不停电作业中某时刻计算的绝缘斗空间三轴的加速度、角速度以及角度。
表1
Figure 341656DEST_PATH_IMAGE002
MCU芯片STM32F103ZET6电路如图5所示，ZigBee通信芯片电路如图6所示，该芯片支持Fast ZigBee协议，通过与MCU芯片I/O口连接与MCU芯片实现数据通信，通信波特率为115200bps。
测距装置的控制模块，其MCU采用兆易创新公司生产的GD32F103CBT6单片机，如图7所示。毫米波雷达采用海凌科公司生产的HLK-LD303测距模块，GD32F103CBT6单片机使用其串口通道1与毫米波雷达模块通过P1接口进行连接，使用其串口通道2连接第二通信模块，完成控制模块与作业现场实测距离数值和测量指令的发送与接收。
HLK-LD303测距模块的发射功率为5 dBm，工作频率24 GHz，测距范围0.1-3.5 m，最高刷新率33 Hz，探测角度为水平43°（水平）/116°（垂直），距离算法中已嵌入静态杂波滤除算法以消除静态物体的干扰。
第二通信模块与第一通信模块相同，均采用ZigBee通信芯片，型号是AW5161P2CF。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明并不局限于此，所有根据本发明的构思及其技术方案加以等同替换或等同改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，所述绝缘斗设于绝缘斗臂车的悬臂一端并可随悬臂升降和移动于架空线路附近，所述架空线路经绝缘遮蔽处理后的绝缘遮蔽段与裸露段之间的连接处作为不停电作业的安全区域的边界点，其特征在于:所述系统包括设置在所述绝缘斗上的姿态监测装置和设置在架空线路上的测距装置，所述测距装置位于所述边界点处，所述姿态监测装置包括设于在机箱内的主控模块、第一通信模块、陀螺仪和设于机箱表面的显示屏和第一报警器，所述测距装置包括设于在机壳内的控制模块、第二通信模块、毫米波雷达和设于在机壳表面的第二报警器；工作时，所述陀螺仪将感知绝缘斗在运动时的角度、角速度和加速度的实时参数传送给所述主控模块，所述主控模块通过显示屏显示实时参数并通过第一通信模块传送给位于地面的接收器；所述毫米波雷达将测量的绝缘斗与所述边界点之间的实测距离数值传送给所述控制模块，所述控制模块将所述实测距离数值与预设的安全距离数值比较，所述控制模块对所述实测距离数值超出安全距离数值的结果发送报警信号给所述第二报警器并通过第二通信模块传送给第一通信模块和位于地面的接收器，所述第一通信模块将报警信号通过所述主控模块发送给所述第一报警器。
2.根据权利要求1所述不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，其特征在于：还包括夹具，所述夹具包括中间杆；所述中间杆的一端是固定基座，另一端是用于夹紧所述绝缘斗或所述架空线路的夹线钳；所述姿态监测装置和测距装置均可安装在所述夹具一端的固定基座上。
3.根据权利要求1所述不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，其特征在于：所述主控模块采用的MCU型号是STM32F103ZET6，所述通信模块采用ZigBee通信芯片的型号是AW5161P2CF，所述陀螺仪采用MPU6050芯片并与所述主控模块通过IIC通信；所述控制模块采用的MCU是型号GD32F103VBT6的单片机，所述毫米波雷达采用海凌科公司生产的HLK-LD303测距模块，所述单片机的第一串口通道与所述毫米波雷达模块的P1接口连接，所述单片机的第二串口通道与第二通信模块连接。
4.根据权利要求1所述不停电作业人员乘用绝缘斗的姿态和安全监测系统，其特征在于：还所述接收器是手机、平板电脑或笔记本电脑。
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