CN206460304U - 变电站巡检监控机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种变电站巡检监控机器人系统，机器人包括壳体、动力单元、主控单元、监测单元、通信单元和电源管理单元，所述动力单元固定在壳体底面驱动机器人移动，所述主控单元输出驱动信号至动力单元，所述监测单元固定在壳体内并将巡检监测的信号输送至主控单元，所述主控单元通过通信单元与变电站内的站内通讯器通信，所述电源管理单元为机器人供电，所述电源管理单元设有为电池充电的无线充电接收端，所述变电站内设有无线充电发射端。该机器人实现对变电站内环境参数、烟雾浓度和火灾情况进行监测及预警，有效保护变电站内设备的安全，并且自身自检充电装置，解决偏远变电站长期无人值守时机器人无法充电的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设施领域。
背景技术
随着我国现代化经济的迅猛发展，电网容量的不断增加，为保证电网的输配电质量，电力系统对输配电设备提出了越来越高的要求。因此各监控子系统(如变电站整体环境、动力设备、环境设备、安防、IT等)必须时刻处于正常工作状态。尤其是处于偏远地区长期无人值守的变电站，一旦变电站内备出现故障，且无法被管理人员及时发现，可能就会影响到电网系统的运行，若事故严重又没有得到及时的处理，就可能损坏硬件设备，造成严重后果。
目前，变电站会采用机器人对设备、设施、环境进行监控，保障站内正常可靠的运转，但这样的机器人存在监控不全面，并且机器人自身也需要工作人员定期充电维护，保障其正常运转。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是实现一种可以监控变电站内设备、设施、环境，并能自我维护充电的变电站监控机器人。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：变电站巡检监控机器人系统，机器人包括壳体、动力单元、主控单元、监测单元、通信单元和电源管理单元，所述动力单元固定在壳体底面驱动机器人移动，所述主控单元输出驱动信号至动力单元，所述监测单元固定在壳体内并将巡检监测的信号输送至主控单元，所述主控单元通过通信单元与变电站内的站内通讯器通信，所述电源管理单元为机器人供电，所述电源管理单元设有为电池充电的无线充电接收端，所述变电站内设有无线充电发射端。
所述监测单元包括温湿度监测单元、烟雾监测单元、火焰监测单元。
所述监测单元包括摄像头，所述壳体顶部固定有照明灯。
所述监测单元包括读表器，所述变电站内部分设备设有与读表器匹配的信息读取单元，所述信息读取单元连接该设备的控制单元，并将该设备的数据信息发送至读表器。
所述动力单元包括前进动力轮、舵机转向轮和支撑从动轮，所述支撑从动轮上设制动机构，所述主控单元输出驱动信号至制动机构。
所述变电站内均匀分布有至少两个通讯器，所述机器人的通信单元仅与一个通信信号最强的通讯器连接通信，每个所述通讯器与变电站内控制主机连接，所述控制主机通过互联网与远端通信。
所述变电站地面设有行径轨迹线，所述机器人壳体底面设有用于读取行径轨迹线的循迹单元，所述循迹单元输出循迹信号至主控单元，所述无线充电发射端置于行径轨迹线上。
本实用新型的优点在于该机器人结合传感器网络、无线通讯技术和无线充电技术等，实现对变电站内环境参数、烟雾浓度和火灾情况进行监测及预警，有效保护变电站内设备的安全，并且自身自检充电装置，解决偏远变电站长期无人值守时机器人无法充电的问题。
附图说明
下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为变电站巡检监控机器人结构框图；
图2为无线充电发射端电路图；
图3为无线充电接收端电路图；
图4为主控单元电路图；
图5为温湿度监测单元电路图；
图6为火焰监测单元电路图；
图7为舵机转向轮舵机驱动电路。
具体实施方式
变电站巡检监控机器人系统主要包括站内辅助单元和机器人，站内辅助单元可以在站内设置多个通讯器，通讯器用于与机器人的通信单元通信，机器人的通信单元仅与一个通信信号最强的通讯器连接通信，设置多个通讯器可以保证机器人在变电站内任何位置均能与通讯器可靠、稳定、快速的进行数据通信，每个通讯器与变电站内控制主机连接，控制主机通过互联网与远端通信，方便用户利用互联网在任何地方均能可靠的对变电站内的机器人进行控制。
站内辅助单元还包括变电站地面设置的行径轨迹线，行径轨迹线可以根据需要设定，定义机器人的自动巡检路线和充电路线，在行径轨迹线途中或终点可根据需要设置一个或多个无线充电发射端，无线充电发射端用于与机器人上的无线充电接收端匹配，为机器人进行充电。机器人壳体底面设有用于读取行径轨迹线的循迹单元，可以读取到机器人的行径路线，并将所读取的信息输送至主控单元，主控单元可以根据读取的信息驱动动力单元控制机器移动。
如图1所示，机器人包括壳体、动力单元、主控单元、监测单元、通信单元和电源管理单元。
动力单元固定在壳体底面驱动机器人移动，主控单元输出驱动信号至动力单元，动力单元包括前进动力轮、舵机转向轮和支撑从动轮，前进动力轮用于驱动机器人前行，舵机转向轮用于控制机器人转向，支撑从动轮用于支撑机器人保持其平衡，可以根据需要设定多个从动轮，可以在其中一个或多个从动轮上设置制动机构，配合前进动力轮、舵机转向轮控制机器人移动，主控单元输出驱动信号至制动机构。舵机转向轮的驱动电路由光电隔离芯片TLP521和外围元器件组成，如图7所示，R9、R7、JP5和控制信号PWM1构成机器人转向舵机驱动电路,R12、R13、JP6和控制信号PWM2构成火焰检测传感器水平扫描舵机驱动。R9和R12为光电隔离二极管限流电阻，减小流过TLP521中发光二极管的电流，放置大电流烧坏发光二极管，R7和R13为隔离芯片漏极输出引脚8和6的上拉电阻，用于增强隔离芯片输出端驱动能力。JP5和JP6为舵机接口，用于连接外部舵机电源和信号。
机器人采用MSP430F149芯片作为主控单元，用于实现对各元器件的控制，如图4所示，图中U3为主控芯片，用于运行驱动程序与控制各单元模块。C11、C12与Y1为主控芯片U3提供时钟，确保主控在固定频率稳定工作，其中C11和C12为晶振Y1的起振电容，在系统上电时启动晶振Y1，使其按照固定频率震荡输出一定频率脉冲，协调主控运行。图中R16和C13为系统复位电路，在系统上电时复位控制器，使控制器从程序起始位置开始运行。
监测单元固定在壳体内并将巡检监测的信号输送至主控单元，主控单元通过通信单元将巡检监测的信号输送至通讯器，监测单元包括温湿度监测单元、烟雾监测单元、火焰监测单元，用于检测站内环境状况。
如图5所示，温湿度监测单元系统采用SHT21芯片作为温湿度传感器，为系统提供温湿度检测数据，SHT21芯片有一个经过改进的电容式湿度传感器和一个标准的能隙温度传感元件组成，图中JP7为SHT21温湿度检测传感器，用于实现变电站内环境温湿度数据检测。C10为电源滤波电容，用于滤出输入电源纹波，确保SHT21芯片平稳工作，R14和R15为芯片时钟信号SCL引脚和数据信号SDA引脚的上拉电阻，用于提高时钟信号和数据信号的驱动能力，增强数据传输能力。
如图6所示，火焰检测单元有红外火焰检测传感器D3和比较器LM393及外围电路组成，图中R10为火焰传感器D3上拉电阻，使得传感器在没有检测到火焰时引脚为高电平，C9为信号滤波电容，确保传感器输的检测信号稳定无杂波干扰。R8为灵敏度调整电阻，调节R8的大小可以方便调整传感器的检测范围。U2为LM393信号比较器，火焰检测传感器把输出信号经过滤波电容之后输入到比较器的正向输入引脚INA+，输入信号与INA-输入的灵敏度调整信号进行比较运算，并根据比情况从信号输出引脚OUTA端口输出检测结果，R11为检测结果输出信号上拉电阻，使上输出引脚无信号输出时保持高电平。
此外，监测单元还包括摄像头，并在壳体顶部固定有照明灯，可以采集变电站的图像信息，方便工作人员实时监控现场状况，监测单元还包括读表器，变电站内部分设备设有与读表器匹配的信息读取单元，这些设备无法将数据直接上传，可以通过机器人间接读取并利用机器人上传，方便工作人员维护监控，信息读取单元连接该设备的控制单元，并将该设备的数据信息发送至读表器。
电源管理单元为机器人供电，电源管理单元设有为电池充电的无线充电接收端，变电站内设有无线充电发射端。如图2所示，无线充电发射单元有专用发射芯片XKT-510芯片和外围电路组成，图中JP3为外部直流电源输入端，R6连接与如电源和-510的AO功能调整引脚，通过调整R6的阻值可以调整发射功率和发射频率。图中R3经过元连接与芯片的FIN频率引脚用于实现芯片对输出的监测，R4和C8连接与芯片的AIN引脚，芯片用于监测输入电压。C5、C6和L3组成系统发射电路，用于发射无线电，为后级接收线圈提供输入。如图3所示，无线充电接收端采用T3168芯片和外围电路组成，图中L2为接收线圈，接收的电信号经过滤波电容C7和单向导通二极管D1输入到滤波电容C4并最后输入到T3168的电压输入引脚，R13是输出使能端的限流电阻，当L2无信号输入时，T3168的使能端电压为低电平，输出端无电压输出。L1和C13构成滤波电路，减少输出电压纹波，提高电源稳定性，R2和R5为分压电阻，为VA引脚提供电压调整取样值，D2为钳位二极管，防止输出电压过高损坏后级电路，图中P1、C2和C3组成电源管理单元，用于为系统提供电能。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.变电站巡检监控机器人系统，机器人包括壳体、动力单元、主控单元、监测单元、通信单元和电源管理单元，所述动力单元固定在壳体底面驱动机器人移动，所述主控单元输出驱动信号至动力单元，所述监测单元固定在壳体内并将巡检监测的信号输送至主控单元，所述主控单元通过通信单元与变电站内的站内通讯器通信，所述电源管理单元为机器人供电，其特征在于：所述电源管理单元设有为电池充电的无线充电接收端，所述变电站内设有无线充电发射端。
2.根据权利要求1所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述监测单元包括温湿度监测单元、烟雾监测单元、火焰监测单元。
3.根据权利要求2所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述监测单元包括摄像头，所述壳体顶部固定有照明灯。
4.根据权利要求3所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述监测单元包括读表器，所述变电站内部分设备设有与读表器匹配的信息读取单元，所述信息读取单元连接该设备的控制单元，并将该设备的数据信息发送至读表器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述动力单元包括前进动力轮、舵机转向轮和支撑从动轮，所述支撑从动轮上设制动机构，所述主控单元输出驱动信号至制动机构。
6.根据权利要求5所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述变电站内均匀分布有至少两个通讯器，所述机器人的通信单元仅与一个通信信号最强的通讯器连接通信，每个所述通讯器与变电站内控制主机连接，所述控制主机通过互联网与远端通信。
7.根据权利要求1或6所述的变电站巡检监控机器人系统，其特征在于：所述变电站地面设有行径轨迹线，所述机器人壳体底面设有用于读取行径轨迹线的循迹单元，所述循迹单元输出循迹信号至主控单元，所述无线充电发射端置于行径轨迹线上。
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