CN211207152U

CN211207152U - 一种基于无人机的电力线巡检系统

Info

Publication number: CN211207152U
Application number: CN202020163610.4U
Authority: CN
Inventors: 黄和; 杨光义
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2030-02-12

Abstract

本实用新型涉及无人机技术，具体涉及一种基于无人机的电力线巡检系统，包括第一嵌入式单片机，分别与第一嵌入式单片机连接的第二、第三嵌入式单片机、云台、存储器、姿态传感器模块、定位模块和无人机；分别与云台、第二、第三嵌入式单片机连接的摄像头；存储器与第三嵌入式单片机连接。该巡检系统能够对电力线的故障经行识别，并能够记录下故障处的位置信息和故障电力线的多方位图像供检修人员进一步判断和确定故障类型，及时对电力线进行修复，大大节省了电力线巡检成本，降低危险。

Description

一种基于无人机的电力线巡检系统

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种基于无人机的电力线巡检系统。

背景技术

目前我国已经建成了六大跨省区的电网，分别是南方、西北、华东、华中、华北和东北这六大电网，主要以500kV及以上的交直流输电线路为主。我国的国土幅员辽阔，地形也相对复杂，丘陵较多、平原较少，加上气象条件的复杂多变，给跨区电网和超高压输电线路工程的运行带来一定难度，简靠常规的运行方式很难满足电力运行的要求。

近年来，随着航空、遥感、以及信息处理等技术的快速发展，电力行业积极开展线路施工及运维检修新技术研究，其中无人机在线路架设牵引及线路巡检上方式灵活、成本低，不仅能够发现杆塔异物、绝缘子破损、防震锤滑移、线夹偏移等缺陷，还能够发现金具锈蚀、开口销与螺栓螺帽缺失、查找闪络故障点等人工巡检难以发现的缺陷，可与直升机和人工巡检方式协同配合，成为线路巡检技术发展的重点方向之一。

但是，现有的无人机巡检方案中，大都将摄像头直接与无人机机身相连接，此时由于无人机的抖动会使拍摄的图像模糊，无法达到准确识别故障的作用。此外，多数无人机巡检方案要求无人机识别到故障时，将指挥权交付给地面站，由人工对无人机进行控制，来观察故障处的情况。这就需要无人机与地面站建立无线的通信系统，以用于无线传输图像和无线控制。但实际中，电力线往往建设于山区，蜂窝网络基站少，无法使用4G/5G经行无线通信，并且由于在巡检过程中无人机与地面站的距离较远，WIFI通信的手段也不适用。而重新在电力线附近建立起无线通信基站的成本过高，因而在目前阶段，在巡检过程中，在无人机与地面站之间建立无线通信系统，经行实时观察的技术难度较高，难以实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够实现识别电力线故障的无人机巡检系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于无人机的电力线巡检系统，包括第一嵌入式单片机，分别与第一嵌入式单片机连接的第二、第三嵌入式单片机、云台、存储器、姿态传感器模块、定位模块和无人机；分别与云台、第二、第三嵌入式单片机连接的摄像头；存储器与第三嵌入式单片机连接。

在上述的基于无人机的电力线巡检系统中，定位模块包括气压计和GPS模块，气压计的型号为SPL06-001，GPS模块的型号为ATK-S1216。

在上述的基于无人机的电力线巡检系统中，第一嵌入式单片机选用型号为TM4C123G单片机，第二、第三嵌入式单片均选用型号为STM32F407单片机；姿态传感器模块的型号为ICM20602。

在上述的基于无人机的电力线巡检系统中，摄像头的型号为OV7725；云台的型号为STorM32 BGC；摄像头固定在云台上。

在上述的基于无人机的电力线巡检系统中，存储器包括第一、第二SD卡，第一、第二SD卡的型号均为SDSQUNC-032G-ZN6MA。

本实用新型的有益效果：1、使用云台，避免了摄像头与无人机的直接相连接，利用云台的防抖特性，从而缓解图像的模糊；此外，使用云台还可以，通过转动云台来改变摄像头的拍摄角度，从而无需通过对无人机经行姿态控制来实现不同方位的图像获取。

2、若识别出电力线故障，则将故障处的高度、经纬度信息和其周围多方位图像储存到存储器中，返航时，可取下存储器在PC端进行观察，从而避免了无人机与地面站之间的无线通信难题。

3、能够对电力线的故障经行识别，并能够记录下故障处的位置信息和故障电力线的多方位图像供检修人员进一步判断和确定故障类型，及时对电力线进行修复，大大节省了电力线巡检成本，降低危险。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构框图；

图2为本实用新型一个实施例的第一嵌入式单片机1TM4C123G电路原理图；

图3为本实用新型一个实施例的姿态传感器模块ICM20602电路原理图；

图4为本实用新型一个实施例的气压计SPL06-001电路原理图；

图5为本实用新型一个实施例的GPS模块ATK-S1216电路原理图；

图6为本实用新型一个实施例的存储器电路原理图；

图7为本实用新型一个实施例的摄像头OV7725电路原理图；

图8为本实用新型一个实施例的云台STorM32 BGC电路原理图；

图9为本实用新型一个实施例的第二嵌入式单片机STM32F407电路原理图；

图10为本实用新型一个实施例的第三嵌入式单片机STM32F407实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实施例通过云台与无人机连接，借助云台的防抖作用，进而保证图像的清晰度，还通过将故障处的位置和多方位图像储存到存储器中，在无人机返航后，可以直接读取存储器内容了解故障处情况，由此避免了无人机与地面站之间的无线通信难题。虽然，失去了实时性，无法在检测到故障的第一时间获取到故障处的图像，但由无人机巡检的速度较快，一次巡检的时间比较短，在返航后再进行故障的详细分析，仍可以达到及时检修的目的。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于无人机的电力线巡检系统，包括：

摄像头，用于采集正对电力线方向的图像；

云台，用于接收第一嵌入式单片机发送的控制命令，固定和旋转摄像头进行多方位拍摄；

第二嵌入式单片机，用于对摄像头采集的图像进行分析，排查故障情况，并向第一嵌入式单片机发送故障信号；

第三嵌入式单片机，用于接收第一嵌入式单片机发送的使能，对摄像头采集的故障处的图像经行压缩、编码处理，并传送至存储设备中；

存储器，用于存储第三嵌入式单片机的图像数据，存储从第一嵌入式单片机发送来的位置信息；

姿态传感器模块，用于获取无人机的实时姿态信息；

定位模块，用于获取无人机的实时位置信息；

第一嵌入式单片机，用于接收第二嵌入式单片机2发送的故障信号，向第三嵌入式单片机和云台发送命令，接收姿态传感器模块和定位模块的数据，控制无人机的姿态和位置。

无人机，用于接收第一嵌入式单片机1控制命令，调整姿态和位置。

并且，摄像头模块的型号为OV7725，云台的型号为STorM32 BGC，姿态传感器模块的型号为ICM20602。

并且，定位模块包括：气压计，用于获取无人机实时海拔高度；GPS模块，用于获取无人机实时经纬度信息。气压计的型号为SPL06-001，GPS模块的型号为ATK-S1216。

并且，存储器包括第一、第二SD卡，第一、第二SD卡的型号均为SDSQUNC-032G-ZN6MA，第一SD卡与第一嵌入式单片机连接，用于存储当前无人机的位置信息；第二SD卡与第三嵌入式单片机连接，用于存储故障处的多方位图像。

第二嵌入式单片机发送的故障信号的形式为：若分析出该图像中的电力线存在故障情况，则故障信号为一高电平；若未发现故障情况，则故障信号为一低电平。

第一嵌入式单片机接收到来自于第二嵌入式单片机的高电平信号，则第一嵌入式单片机控制无人机进行悬停，将定位模块获取的高度和经纬度信息传送到存储器中进行储存，并向云台发送控制命令，转动摄像头进行多方位拍摄，与此同时，第一嵌入式单片机向第三嵌入式单片机发送存储命令，将摄像头采集的图像进行储存。

并且，第一嵌入式单片机的型号为TM4C123G，第二嵌入式单片机的型号为STM32F407，第三嵌入式单片机的型号为STM32F407。

具体实施时，如图1所示，一种基于无人机的电力线巡检系统结构框图，包括:摄像头、云台、第二嵌入式单片机2、第三嵌入式单片机3、存储器、姿态传感器模块、定位模块、第一嵌入式单片机1和无人机。

如图2所示，第一嵌入式单片机1使用TM4C123G单片机。第一嵌入式单片机1的第1、4、57、58引脚输出四路PWM波对无人机的四个动力浆的转速进行控制，从而控制无人机的运动。第一嵌入式单片机1的第19、20、21、22和47引脚与姿态传感器模块ICM20602连接，通过SPI模式对姿态传感器ICM20602的数据进行读取。第一嵌入式单片机1的28、29、30引脚输出三路PWM波，连接到云台上，控制云台三个方向的旋转。第一嵌入式单片机1的19、21、22和64引脚与气压计SPL06-001连接，通过SPI模式进行数据读取。第一嵌入式单片机1的15、16引脚与GPS模块连接，通过串口通讯的方式对GPS模块数据进行读取。第一嵌入式单片机1的第6引脚与第三嵌入式单片机3进行连接，用于传送使能信号。第一嵌入式单片机1的第7引脚与第二嵌入式单片机2连接，用于获取当前图像中是否出现故障的状态信息。第一嵌入式单片机1的第8引脚与所述云台连接，用于获取云台的工作状态。第一嵌入式单片机1的31、45、46引脚与存储器连接，用于传输当前所述无人机的位置信息给所述存储器。

如图3所示，姿态传感器模块U2的型号为ICM20602。姿态传感器模块U2的第2、3、4、5、6引脚与第一嵌入式单片机1连接。

如图4所示，气压计U3的型号为SPL06-001。气压计U3的第2、3、4、5引脚与第一嵌入式单片机1连接。

如图5所示，GPS模块U4的型号为ATK-S1216。GPS模块U4的第2、3引脚与第一嵌入式单片机TM4C123G连接，通过串口的方式与第一嵌入式单片机1通信。

如图6所示，存储器包括第一、第二SD卡U5、U6。第一、第二SD卡的型号均为SDSQUNC-032G-ZN6MA。第一SD卡U5的第2、3、4引脚与第一嵌入式单片机1连接，用于存储当前无人机的位置信息；第二SD卡U6的第2、3、4引脚与第三嵌入式单片机3连接，用于存储故障处的多方位图像。

如图7所示，摄像头U7的型号为OV7725。摄像头OV7725固定在云台上，并由云台经行控制旋转。摄像头OV7725的第3、5、7、11、13、15、17、18、20引脚与第二嵌入式单片机2连接，由第二嵌入式单片机2对摄像头OV7725进行驱动。摄像头OV7725的第2、4、6、8、10、12、14、16引脚为数据引脚，与第二嵌入式单片机2和第三嵌入式单片机3进行连接，用于传输数据。

如图8所示，云台U8的型号为STorM32 BGC。云台U8的第2、3、4引脚与第一嵌入式单片机1连接，受第一嵌入式单片机1的调控。云台U8的第5引脚与第一嵌入式单片机1连接，用于反映当前云台的工作状态。具体为：若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到低电平信号时，则第一嵌入式单片机1向云台U8发送保持指令，控制其保持不动；若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到高电平信号时，则第一嵌入式单片机1向云台U8发送控制指令，控制其进行旋转，完成旋转后，云台U8向第一嵌入式单片机1发送一上升沿脉冲，通知第一嵌入式单片机1已完成旋转动作。

如图9所示，第二嵌入式单片机2的型号为STM32F407。第二嵌入式单片机2的第4、5、7、18、24、25、30引脚与摄像头OV7725连接，用于驱动摄像头OV7725。第二嵌入式单片机2的第8～15引脚与摄像头OV7725的数据引脚连接，用于接收摄像头OV7725采集的图像。第二嵌入式单片机2的第32引脚与第一嵌入式单片机1连接，用于传输当前图像中是否出现故障的状态信息。具体为：在第二嵌入式单片机2中预先存储电力线的特征图像，通过与摄像头采集的图像进行对比，得出是否出现故障。若第二嵌入式单片机2分析出该图像中的电力线存在故障情况，则向第一嵌入式单片机1发送一高电平信号；若未发现故障情况，则发送一低电平信号。

如图10所示，第三嵌入式单片机3的型号为STM32F407。第三嵌入式单片机3的第8～15引脚与所述摄像头OV7725的数据引脚连接，用于接收摄像头OV7725采集的图像。第三嵌入式单片机3的第21、22、23引脚与所述存储器的U6连接，用于存储所述摄像头OV7725采集到的多方位图像。第三嵌入式单片机3的第24引脚与第一嵌入式单片机1连接，用于接收第一嵌入式单片机1的使能信号。具体为：若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到低电平信号时，则第一嵌入式单片机1向第三嵌入式单片机3发送一低电平信号，让其处于待机状态，不进行接收图像的工作，但可以经行存储工作；若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到高电平信号时，则第一嵌入式单片机1向第三嵌入式单片机3发送一高电平作为使能信号，控制其开始经行接收故障处的图像，进行存储。

本实施例基于无人机的电力线巡检系统通过以下的工作方式运行：第一嵌入式单片机1，与云台、第三嵌入式单片机3、第二嵌入式单片机2、姿态传感器模块、定位模块、存储器及无人机连接，通过各个模块的信号来控制整个电力线巡线系统。具体为：若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到低电平信号时，则第一嵌入式单片机1向云台发送保持指令，使其保持不动；向第三嵌入式单片机3发送低电平信号，使其处于待机状态；向无人机发送保持前进指令。若第一嵌入式单片机1从第二嵌入式单片机2处接收到高电平信号时，则第一嵌入式单片机1向存储器中写入当前无人机的海拔高度和经纬度信息；向云台发送旋转指令，使其旋转；向第三嵌入式单片机3发送高电平使能信号，使其接收采集的故障处多方位图像，进行存储；向无人机发送悬停指令。当云台旋转完毕后，第一嵌入式单片机1就会接收到一上升沿脉冲，此时第一嵌入式单片机1暂时屏蔽第二嵌入式单片机2传输的高电平信号，转而对第二嵌入式单片机2传输的信号的高低电平进行检测，若一直检测为高电平，则说明此时摄像头采集的仍然是之前已采集到的故障位置，于是仍然进行信号检测；若检测到低电平，则说明上一个故障位置已从摄像头的视野中消失，于是取消对第二嵌入式单片机2传输的电平信号的屏蔽，重新受该电平的调控。此外，第一嵌入式单片机1接收到云台发送来的一上升沿脉冲后，还将向无人机发送继续前进的指令，向第三嵌入式单片机3发送低电平信号，使其进入待机状态，而第三嵌入式单片机3具体实施例中所言，在第三嵌入式单片机3进入待机状态，是指其无法接收采集的图像，而仍然可以进行存储工作，因此其仍然可以存储之前未储存完毕的图像数据。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种基于无人机的电力线巡检系统，其特征是，包括第一嵌入式单片机，分别与第一嵌入式单片机连接的第二、第三嵌入式单片机、云台、存储器、姿态传感器模块、定位模块和无人机；分别与云台、第二、第三嵌入式单片机连接的摄像头；存储器与第三嵌入式单片机连接。

2.如权利要求1所述的基于无人机的电力线巡检系统，其特征是，定位模块包括气压计和GPS模块，气压计的型号为SPL06-001，GPS模块的型号为ATK-S1216。

3.如权利要求1所述的基于无人机的电力线巡检系统，其特征是，第一嵌入式单片机选用型号为TM4C123G单片机，第二、第三嵌入式单片均选用型号为STM32F407单片机；姿态传感器模块的型号为ICM20602。

4.如权利要求1所述的基于无人机的电力线巡检系统，其特征是，摄像头的型号为OV7725；云台的型号为STorM32 BGC；摄像头固定在云台上。

5.如权利要求1所述的基于无人机的电力线巡检系统，其特征是，存储器包括第一、第二SD卡，第一、第二SD卡的型号均为SDSQUNC-032G-ZN6MA。