CN202523174U

CN202523174U - 电力野外巡线遇险呼救器

Info

Publication number: CN202523174U
Application number: CN2012202053777U
Authority: CN
Inventors: 王彪; 崔平; 韩劲松; 金涛; 郑中南; 赵斌; 郑毅; 张健; 罗星慧
Original assignee: BEIHE ELECTRIC POWER BUREAU
Current assignee: BEIHE ELECTRIC POWER BUREAU; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

电力野外巡线遇险呼救器，属于野外通信技术领域。它解决了电力巡线人员在遇到危险或紧急情况时，难以及时准确的将求救信息及自身确切位置发送出去的问题。它包括GPS模块、微控制器、无线通信模块和报警按键，GPS模块用于接收卫星定位信号，GPS模块的定位信号输出端连接微控制器的定位信号输入端，微控制器的报警信号输入端连接报警按键的报警信号输出端，微控制器的报警信号和定位数据通过无线通信模块与控制中心进行远程通信。本实用新型适用于野外巡线遇险呼救。

Description

电力野外巡线遇险呼救器

技术领域

本实用新型涉及一种电力野外巡线遇险呼救器，属于野外通信技术领域。

背景技术

随着信息技术逐步渗透到人们工作和生活的各个方面，人类社会进入了一个知识经济时代，卫星通信技术、计算机技术和互联网技术已成为信息社会的基本技术，在各行各业中得到了广泛而深入的应用，这些技术的应用有利于提高远程管理，降低野外运营成本。

随着国民经济的高速发展，各行各业对通信的需求越来越大，对通信质量的要求也越来越高，然而通信双方都要在公网覆盖范围内才能实现双向数据通信，由于受到公网覆盖范围的约束，一些在无网络覆盖信号区域，如野外作业的人员、海上作业的人员和偏远山区作业的人员遇到紧急情况时不能及时有效地发送位置及呼救信息，因此需要一种设备，来保证输电线路及其设备的安全，这是目前GPS卫星定位系统发展的迫切要求。

目前，卫星通信技术、计算机技术和互联网技术已应用到野外作业、海上作业和偏远山区作业中。以海洋为例，为配合海洋捕涝业向外海及远洋捕涝发展，保持海洋捕捞的可持续发展，必须为作业渔船和服务船配备先进的定位和通讯设备，保证陆上渔业管理机构对船只进行统一监控调度，以及当危难发生时，及时、准确地对船只和船上人员进行解救。卫星定位及呼叫系统为渔船闯深海夺高产创造了条件，也有利于渔政及气象部门及时发布有关通知和气象消息，便于渔船遇险后的搜救工作的开展并提高遇险渔民获救的可能性。卫星定位及呼叫系统还可用于解决在沙漠中从事生产的人员与外界联系的问题，可用于野外煤炭开采行业。

信息化和网络化的管理为海上作业和野外作业提供了有利条件。随着技术的发展，紧急呼救联系设备越来越多，如基于GSM网络传送话音和短信的手机或其它移动设备、GPRS导航和监控设备等，由于大多的输电线路地处偏远，电力巡线人员经常穿行在线路所在的高山大川中，而这些无人区经常没有公网信号覆盖，因而电力巡线人员遇到危险或紧急情况时难以及时准确的将求救信息及自身确切位置发送出去，给控制中心和巡线车搜救工作带来很大的困难。这些紧急呼救联系设备由于受公网信号覆盖范围、呼救人员对地理位置不熟表述不清等因素限制，使控制中心或巡线车无法及时准确的确定巡线人员的地理位置而开展援救。

一些学者和开发人员提出了多种定位方式，如GSM小区定位、GPS卫星定位、GPSOne移动定位等，其中GPSOne移动定位结合了GPS卫星信号和CDMA网络信号进行混合定位，因此当终端在室内或卫星信号不好的情况下时，使用CDMA基站辅助定位，具有盲区少、定位速度快、适用范围广等特性，是最具有发展前景的商用定位系统，但是此定位系统也存在一些缺点，包括：

(1)GPSOne定位系统本身建立在联通的CDMA无线网络上，受网络信号覆盖区域的影响。

(2)GPSOne定位需要依靠联通公司提供服务支持，每次定位都要支付一定的费用，不像GPS卫星定位那样是免费的。

实用新型内容

本实用新型是为了解决电力巡线人员在遇到危险或紧急情况时，难以及时准确的将求救信息及自身确切位置发送出去的问题，提供一种电力野外巡线遇险呼救器。

本实用新型所述电力野外巡线遇险呼救器，它包括GPS模块、微控制器、无线通信模块和报警按键，

GPS模块用于接收卫星定位信号，GPS模块的定位信号输出端连接微控制器的定位信号输入端，微控制器的报警信号输入端连接报警按键的报警信号输出端，微控制器的报警信号和定位数据通过无线通信模块与控制中心进行远程通信。

它还包括设置键盘和显示器，

设置键盘的预置信号输出端连接微控制器的预置信号输入端，微控制器的显示信号输出端连接显示器的显示信号输入端。

无线通信模块采用铱星的SBD9602或者N606。

本实用新型的优点是：本实用新型能够在没有公网信号覆盖的情况下，将巡线人员在危险或紧急情况时，自身确切位置和求救信息可靠传送给控制中心或巡线搜救车，使控制中心能够随时随地跟踪巡线人员，确保工作人员安全，为输电线路及其设备的安全提供有力保障。

本实用新型具有线路覆盖范围小，定位准确及误差小的优点。它充分利用了GPS卫星定位系统，可以随时随地跟踪巡线人员，巡线人员一旦遇到危险可以立刻发出呼救，不受GSM公网覆盖范围的限制，为电力控制管理带来了极大的方便，大大提高了工作效率。

经实验证明，本实用新型所述呼救器可以在没有手机信号的地区在8.6kM的作业半径内完成呼救和位置发送任务。呼救器可采用电池供电，工作时间可达8小时以上。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述电力野外巡线遇险呼救器，它包括GPS模块1、微控制器2、无线通信模块3和报警按键4，

GPS模块1用于接收卫星定位信号，GPS模块1的定位信号输出端连接微控制器2的定位信号输入端，微控制器2的报警信号输入端连接报警按键4的报警信号输出端，微控制器2的报警信号和定位数据通过无线通信模块3与控制中心进行远程通信。

微控制器2可采用微控制器atmega128a，GPS模块1接收卫星定位信息后，进行计算，获得的信息通过串行口送往微控制器2。微控制器atmega128a能够实现高性能、高耐久度非易失性、低功耗工作。

微控制器ATmega128a模块对接收的GPS信息进行存储并筛选出所需的经、纬度位置数据，当巡线人员请求呼救时，微控制器将最近接收到的一组经、纬度位置数据组成一个呼救信号数据包通过铱星SBD9602的卫星通信模块发送出去。

Atmega128a为基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，Atmega128a的数据吞吐率高达1mips/MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega128具有如下特点：128K字节的系统内可编程Flash(具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器/计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10位ADC(具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口(此接口同时还可以用于片上调试)，以及六种可以通过软件选择的省电模式。空闲模式时CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以允许用户维持时间基准，器件的其他部分则处于睡眠状态；ADC噪声抑制模式时CPU和所有的I/O模块停止运行，而异步定时器和ADC继续工作，以减少ADC转换时的开关噪声；Standby模式时振荡器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式则允许振荡器和异步定时器继续工作。

微控制器2对接收的GPS数据进行存储并筛选出所需的经、纬度位置数据；当巡线人员请求呼救时，微控制器2将最近接收到的一组经、纬度位置数据组成一个呼救信号数据包通过无线通信模块3发送出去；控制中心接收到无线通信模块3发送的数据后，可通过谷歌地球显示巡线人员所在的经纬度等具体的地理位置。

谷歌地球可以免费供个人查看卫星图像，地图，地形，3D建筑物，来自外层空间的星系的峡谷海洋。大多数地区的图像清晰度都在5英里左右。几乎每个国家的首都和主要大城市都提供了较为清晰的图像，基本拥有0.15英里(241.4016米)的清晰度。它能够实时显示当地的天气状况，下雨，刮风，雷电，温度都能够显示的一清二楚。这些特点用到本实用新型中可以很清晰准确的显示出巡线遇险人员所处的经纬度，以及该地的天气情况和地理环境，以能够及时准确地施救遇险人员，有效地保证了输电线路巡检管理和保障巡检人员的人身安全。

报警按键4对微控制器2发送报警信号，可采用手动触发或自动发送的方式。

本实施方式在无公网信号覆盖地区，通过自身呼救器集成的专用无线通讯模块来发送位置信息。

位置信息由GPS模块1通过接受位于距地表20200km的上空的24颗卫星信号实现定位，GPS模块1会不断地把接收并计算出的导航定位信息通过异步串行口传送到控微控制器2，微控制器2通过中断方式接收GPS导航定位数据，并缓存到内存中。微控制器2在该缓冲区中按照信息的格式搜索确定所需的位置、方向数据等。所确定的位置信息通过呼救器集成的专用无线通讯模块发送到邻近和其他呼救器或者救援中心的电脑上显示。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，它还包括设置键盘5和显示器6，

设置键盘5的预置信号输出端连接微控制器2的预置信号输入端，微控制器2的显示信号输出端连接显示器6的显示信号输入端。

显示器6可用来显示巡线员当前位置的经纬度、海拔高度、日期和时间、指挥管理中心下发的信息或指令等内容。

显示器6可采用12864液晶显示模块。12864液晶显示模块可以显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8位并行连接方式和8位串行连接方式。具有光标显示、画面移位、睡眠模式等多种功能。

12864显示模块是通过许多不同的使用指令来完成对12864的控制，不同指令完成不同的功能。用户指令集包括基本指令集和扩充指令集。当模块在接受指令前，微处理器必须先确认模块内部处于非忙碌状态，即读取BF标志时BF为0，方可接受新的指令；如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成。此外，RE为基本指令集与扩充指令集的选择控制位元，当变更RE位元后，往后的指令集将维持在最后的状态，除非在此变更RE位元，否则使用相同指令集时，不需每次重设RE位元。

12864显示模块的显示是RAM(DDRAM)，显示资料RAM提供64×2个位元组的空间，最多可以控制4行16字(64个字)的中文字型显示，当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H-0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型的编码(A140-D75F)。

具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，无线通信模块3采用铱星的SBD9602或者N606。

无线通信模块3用于实现呼救器终端与控制中心的双向通信。铱星的SBD9602或者N606可以进行突发短信息数据双向传输。可以提供更广泛的编写跟踪和监控装置服务，待机时间短。

铱星的SBD9602只有火柴盒大小，其没有盲区、全球覆盖，通信费用成本低，短数据传输中上行数据包最大340字节，下行为270字节，功耗低，能实现双工传输数据，同时比第一代“铱9601”SBD调制解调器缩小了69％，重量减轻了74％，成本也更加低廉。“铱9602”的另一独特性能是内置了GPS输入/输出端口，可使系统集成器与外置GPS接收器连接，GPS和铱SBD使用同一个双模L波段天线，节省了一个天线的成本。“铱9602”提供的双向数据链路将实现与远程装置的双向往来通信，允许用户改编单元程序，调整其报告间隔，按需发送详细数据更新的请求。此外，“铱9602”还能首次实现应答机和搜救机构响应由人员定位和跟踪装置发出的紧急呼救信号。它支持双向数据传输。适用于各种无人职守的、现有地面通讯网络信号无法覆盖地域的数据采集和控制。应用于远洋船舶，环球旅行车辆或进行高山、沙漠、孤岛、冰川等地进行探密考察活动的车辆或船舶等工具的定位跟踪或数据传输的应用。

GPS模块1为GPS卫星定位模块，GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座已布设完成。

GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星)，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素，这三个要素缺一不可。

GPS模块1的基本原理：

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距(PR)：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。

可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米(各个卫星不同，随时变化)；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时(大气有明显差别)，应选用双频接收机。

无线通信模块3采用了铱星的SBD9602。铱星SBD透明数传模块通过串口与用户设备连接，利用覆盖全球的铱星卫星通信网络，实现短数据的远程无线透明传输。用户设备将采集的各种小容量数据信息通过铱星SBD透明数传模块发送到信息中心，实现对远程外部设备的实时监测；也可通过铱星SBD透明数传模块接收信息中心的指令信息，从而实现用户设备的远程控制。

具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一、二或三所述电力野外巡线遇险呼救器的电力野外巡线遇险呼救方法，

它包括以下步骤：

步骤一：GPS模块1实时接收卫星定位信号并计算出导航定位信息，通过异步串行口传送至微控制器2；

步骤二：微控制器2采用中断方式接收导航定位信息，并同时检测是否接收到报警信号，当接收到报警信号时，执行步骤三；

步骤三：微控制器2将接收到的最后一组导航定位信息发送给无线通信模块3，并通过该无线通信模块3发出无线呼救信号。

本实施方式所述呼救方法能够实现呼救与搜救的联网运行，呼救信息可以被5千米内的其他呼救器所接受和显示，实现呼救信息的多重冗余接受，增加呼救传输可靠性。

输电线路是电力系统的重要组成部分，输电线路巡检管理和保障巡检人员的人身安全是有效保证输电线路及其设备安全的一项基础工作。本实用新型确保了巡线人员的人身安全，在其遇到危险时能对其施以及时有效的救援。

本实用新型方法可采用VC语言编写GPS卫星定位和接收信息以及上位机软件显示经纬度信息结构程序，力求提高定位的精确度。该程序的基本思想是：atmega128a通过UART0读取GPS模块1输出的数据，监测数据的内容，分析得到系统所需的数据，例如当前位置的经纬度，年月日时分秒，海拔高度，速度，当前已经连接的卫星数以及位置精度等。微控制器2将得到的数据内容处理后存储起来并且显示在显示器612864LCD上。同时设计人机交互界面，使得用户可以通过按键控制进行翻页，确定，返回，发送消息，接收消息等操作。当需要发送消息或者接收消息时，单片机通过UART1控制卫星通讯模块SBD9602，利用AT指令实现发送接收消息以及读取消息的功能。从而实现系统的整体功能。

程序开始时，微控制器atmega128a对系统中显示器612864LCD、GPS卫星定位模块及铱星SBD9602通信模块初始化，之后GPS卫星定位模块和方位指示器同时进行工作，它们随时检测有没有求救信号发出来以及选择相应的网络，当有呼叫请求信号发来时，微控制器2就会从内存中获取最新的经、纬度位置信息进行编码，之后检测有没有载波，当有载波时就等待下一个新的呼叫请求信息的编码，如果没有载波则继续发射数据到巡线搜救车中，当信息发射完毕后再回到检测网络的下一步进行工作，如此周而复始的工作。

本实用新型所述呼救器是一款采用全球定位系统，射频收/发模块和低功耗嵌入式微处理器融合在一起的定位呼叫装置；针对部分地区没有移动GSM信号的现实，设计了网络信号选择与检测模块，使得该装置不受通信信号网络范围的限制，呼叫信号仍能可靠的发射出去，同时该装置还可以扩展出导航功能，用于搜救工作等，这种不受通信信号网络范围限制的、基于GPS技术和无线通信技术的设备，实现在没有公网信号覆盖的情况下将遇险人员的地理位置和呼救信息可靠传送到指挥管理中心，也可以接收指挥管理中心下发的信息或指令，对电力野外作业人员的人身安全具有很重要的意义，为输电线路及其设备的安全提供有力保障。

本实用新型采用GPS卫星定位，覆盖范围广，有效的克服了现有呼救方法的局限性。

铱星的SBD9602卫星通信，实现双向数据通信，内置GPS输入/输出端口，可使系统集成器与外置GPS接收器连接，同时该模块质量轻，体积小，便于携带。

ATMEGA128A微控制器，高性能、低功耗，指令执行速度快。

本实用新型结合现代计算机技术和无线卫星通讯技术，对输电线路巡检管理和保障巡检人员的人身安全进行及时有效地呼救。因此，无论在技术方面，还是在经济方面，以及系统建设方面都是可行的。

通过实验测试，证实本实用新型的定位精确度高，定位准确，其通讯功能和定位功能满足使用要求。实现了控制中心对巡线人员的定位监控，可以在没有公网信号覆盖的情况下进行信息的发送接收。

本实用新型可以确保巡线人员在偏远地方工作时，也可以及时与控制中心取得联系。在巡线人员遇险时可以及时的发送求救信号，不必因为控制范围有限或有无公网覆盖而使得无法及时发送求救信息，使得控制中心快速采取救援行动，解救遇险人员。

由此可见，本实用新型非常适合应用于电力巡线等野外活动中。它方便携带，全球定位，对公网信号无要求，使野外人员与控制中心及时进行信息交流，利于野外遇险人员的救援，保证了其人身安全。

Claims

1.一种电力野外巡线遇险呼救器，其特征在于：它包括GPS模块(1)、微控制器(2)、无线通信模块(3)和报警按键(4)，

GPS模块(1)用于接收卫星定位信号，GPS模块(1)的定位信号输出端连接微控制器(2)的定位信号输入端，微控制器(2)的报警信号输入端连接报警按键(4)的报警信号输出端，微控制器(2)的报警信号和定位数据通过无线通信模块(3)与控制中心进行远程通信。

2.根据权利要求1所述的电力野外巡线遇险呼救器，其特征在于：它还包括设置键盘(5)和显示器(6)，

设置键盘(5)的预置信号输出端连接微控制器(2)的预置信号输入端，微控制器(2)的显示信号输出端连接显示器(6)的显示信号输入端。

3.根据权利要求1或2所述的电力野外巡线遇险呼救器，其特征在于：无线通信模块(3)采用铱星的SBD9602或者N606。