CN204695101U - 一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，包括：智能小车本体，所述智能小车本体的左右轮分别用直流电机进行驱动，所述直流电机与H桥电路相连，所述智能小车本体上还安装有寻迹模块、测距传感器及温湿度传感器，所述温湿度传感器、测距传感器、寻迹模块及H桥电路均与控制器相连，所述控制器及H桥电路均与各自的电源模块相连。本申请所述的智能小车能够实现智能运动，按照设定的巡检路线进行运动，当遇到障碍物或者室内温湿度不满足设定要求时能够自动报警，本申请的智能小车有利于中控室的安全运行，减少了人工的参与，提高了室内智能监控水平。

Description

一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车

技术领域

本实用新型涉及智能小车，具体涉及一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车。

背景技术

变电站技术迅猛发展及自动化技术在我国得到了广泛的应用，共同促进了我国电网科技的发展，很多新技术也在日趋成熟，与国际接轨，对信息的处理也在逐渐的实现数字化，自动化、数字化已经成为我国变电站技术发展的主流。从发展的形势看，我国的变电站正在逐渐的朝着智能化发展。

目前广泛采用智能巡检装置来进行变电站系统的巡检工作。这类智能巡检装置是一种移动装置，其运行受环境状态、动力状态和应用要求等多方面的影响，需要通过大量的、种类不同的传感/控制器、执行器协同工作。这里涉及多种信号采集、处理算法和控制过程极为复杂。现有的巡检装置存在着硬件设备较多，结构复杂，控制算法较为复杂。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，该智能小车能够在设定轨迹内行走，有效避开障碍物，有利于对智能变电站的安全进行监控。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，包括：智能小车本体，所述智能小车本体的左右轮分别用直流电机进行驱动，所述直流电机与H桥电路相连，所述智能小车本体上还安装有寻迹模块、测距传感器及温湿度传感器，所述温湿度传感器、测距传感器、寻迹模块及H桥电路均与控制器相连，所述控制器及H桥电路均与各自的电源模块相连，控制器还与里程测量模块相连，里程测量模块采用霍尔传感器进行测里程。

为了实施上述技术方案，所述控制器还分别与显示电路和键盘电路相连。

为了实现小车的坐标不变的90度的转弯，在智能小车本体的尾部安装有万向轮，当小车前进时，左右两驱动轮与万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，万向轮起支撑作用。

上述技术方案中采用直流电机是因为直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可以实现频繁的无级快速启动、制动和 反转；而且直流电机力矩大，价格便宜。

进一步的，上述H桥电路采用四个大功率晶体管组成，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率较高。

优选的，上述寻迹模块包括对称安装在智能小车本体的两端的两组反射式红外传感器，每组的数量是两个。为了检测设定巡检路线，在车两端对称安装了两组反射式红外传感器，每组两个。反射式红外传感器由发射管发出红外光，经反射后由接收管接收，当反射强时，接收管接收的红外光强，传感器产生低电平，当反射弱时，接收管接收的红外光弱，传感器产生高电平。根据此原理，当一组中任意一个传感器为高电平时说明小车向另一方向倾斜，控制器检测到后，就会自动进行两个电机转速的调节，控制小车沿巡检路线运动。

更进一步的，上述测距传感器为红外测距传感器、激光测距传感器或超声波传感器。红外测距传感器在有效范围内探测到障碍物时输出低电平，否则输出高电平，根据其电平高低控制智能小车本体行驶，转弯，有效避开障碍物。

进一步的，所述控制器与+5V电源模块相连，H桥电路与+12V电源模块相连。

另外，上述控制器还可以通过通信模块与上位机进行通信。

作为上述方案的进一步改进，上述控制器还与声光报警电路相连。当系统故障或者遇到障碍物时能够实现自动报警，引起工作人员的注意。当控制器根据温湿度传感器的数值检测到室内的温湿度不在设定范围内是，智能小车进行报警。

本实用新型的有益效果：

本申请所述的智能小车能够实现智能运动，按照设定的巡检路线进行运动，当遇到障碍物或者室内温湿度不满足设定要求时能够自动报警，本申请的智能小车有利于中控室的安全运行，减少了人工的参与，提高了室内智能监控水平。

附图说明

图1本实用新型的电机驱动电路原理图；

图2本实用新型的寻迹模块电路原理图；

图3本实用新型的12V电源模块电路原理图；

图4本实用新型的5V电源模块电路原理图；

图5本实用新型的霍尔元件接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车包括单片机、键盘、电动机驱动模块、测距传感器、寻迹模块、电源、外部时钟及声光报警。单片机通过检测和判断测距传感器与障碍物的距离，控制小车顺利避开墙壁，完成各项功能。本申请由单片机8031作为智能小车的控制核心。单片机采用面向控制的指令系统。可实现各种算法和逻辑控制，编程方便，自由度大。采用8031作为控制器可以满足本系统的控制要求。

用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种，单片机产生调速信号精确控制电机转速，电机选用带减速器的直流电机，采用橡胶皮带带动车轮旋转。键盘显示模块实现人机对话。红外测距传感器在有效范围内探测到障碍物时输出低电平，否则输出高电平，根据其电平高低控制小车行驶，转弯，有效避开障碍物。红外对射管对路面黑线检测产生的高电平，控制小车循迹行驶。发光二极管和语音电路构成声光报警电路，做出声光提示。

本申请的智能车本体左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度的转弯。

当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。

本申请采用直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转；而且直流电机力矩大，价格便宜。

采用四个大功率晶体管组成H桥电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率较高。

测距传感器中，红外测距传感器的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。激光测距传感器的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制作的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。超声波测距传感器的优点是适应于较远距离测距，比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，缺点是精度较低，且成本较高。

如图1所示，本电路采用的是用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大。

如图2所示，巡检路线为黑线，为了检测黑线，在车两端对称安装了两组反射式红外传感器，每组两个。反射式红外传感器由发射管发出红外光，经反射后由接收管接收，当反射强时，接收管接收的红外光强，传感器产生低电平，当反射弱时，接收管接收的红外光弱，传感器产生高电平。根据此原理，当一组中任意一个传感器为高电平时说明小车向另一方向倾斜，单片机检测到后，就会自动进行两个电机转速的调节，控制小车循黑线运动。

如图5所示，霍尔传感器工作原理:原边电流Ip产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。磁平衡霍尔电流传感器原边电流Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电流。磁平衡霍尔电压传感器原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流Ip，Ip产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Is通过副边线圈产生的磁通量相平衡。副边电流Is精确地反映原边电压。当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U＝K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz)的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。在电动车的车轮上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。车轮每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。在乘以时间就可以得出小车里程。当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。

显示部分使用数码管(LED)显示，数码管具有低功耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防高温，对外界环境要求低，易于维护。键盘部分采用最小系统板中的8279可编程键盘/显示器I/O接口芯片，能对显示器自动扫描，能识别键盘上按下的键号，因而可代替CPU完成对键盘和显示器的控制，从而减轻了CPU的负担。8279还可方便的对某位数码管进行显示与消隐操作，采用动态显示可减小硬件电路的规模；而且8279自身具有锁存功能，使单片机可以方便的控制数码的显示，而不必不断输出显示数据，有效解决了动态显示占用CPU时间较长的缺点，8279与MCS-51系列接口方便。

系统需要多个电源，单片机需要+5V稳压电源，驱动电路需要+12V的电压。蓄电池提供+12V直流稳压电源，通过集成稳压集成芯片将12V电源转换成5V电源供系统使用。

如图3所示，12V电源模块，上面的1、2脚接+5V电源模块，下面的1、2脚引出两根引线接+12V蓄电池。如图4所示，为5V电源模块的电路原理图。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，包括：智能小车本体，所述智能小车本体的左右轮分别用直流电机进行驱动，所述直流电机与H桥电路相连，所述智能小车本体上还安装有寻迹模块、测距传感器及温湿度传感器，所述温湿度传感器、测距传感器、寻迹模块及H桥电路均与控制器相连，所述控制器及H桥电路均与各自的电源模块相连，控制器还与里程测量模块相连，里程测量模块采用霍尔传感器进行测里程。

2.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，所述控制器还分别与显示电路和键盘电路相连。

3.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，在智能小车本体的尾部安装有万向轮。

4.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，H桥电路采用四个大功率晶体管组成，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。

5.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，寻迹模块包括对称安装在智能小车本体的两端的两组反射式红外传感器，每组的数量是两个。

6.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，测距传感器为红外测距传感器、激光测距传感器或超声波传感器。

7.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，所述控制器与+5V电源模块相连，H桥电路与+12V电源模块相连。

8.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，控制器还通过通信模块与上位机进行通信。

9.如权利要求1所述的一种用于智能变电站的线路巡检的智能小车，其特征是，控制器还与声光报警电路相连。