張明清

（國網(wǎng)江蘇省供電公司檢修分公司南通運(yùn)維分部，226001）

變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張明清

（國網(wǎng)江蘇省供電公司檢修分公司南通運(yùn)維分部，226001）

本文針對(duì)變電站運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)存定位精準(zhǔn)度不足問題，借助TOA定位理論來設(shè)計(jì)了多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)，以供參考。

變電站；多目標(biāo)；超聲定位系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；對(duì)策

0 前言

在電力系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定且高效運(yùn)行，就需要提高對(duì)變電運(yùn)維管理工作的重視程度，而基于現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)下，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，進(jìn)而影響到了運(yùn)維管理工作的時(shí)效性。而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則呢狗借助TOA定位理論為指導(dǎo)，搭建出無間隙室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)框架，進(jìn)而在提升定位系統(tǒng)抗干擾能力的基礎(chǔ)上，提高定位精準(zhǔn)度并為變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)管理工作的科學(xué)且高效落實(shí)奠定了基礎(chǔ)。

1 多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)構(gòu)成概述

基于該定位系統(tǒng)下，其主要是由智能定位終端、傳感器節(jié)點(diǎn)以及無線數(shù)據(jù)傳輸基站這三部分組建而成，其中，基于智能定位終端下，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)超聲波信號(hào)的發(fā)射，而通過已知定位傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)這一信號(hào)的接收，在此過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量要至少要有四個(gè)。而基于TOA原理下，以三邊測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量后，能夠得出智能終端的具體位置，進(jìn)而也就實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)定位。而借助多目標(biāo)區(qū)分這一功能，則針對(duì)不同目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同偽隨機(jī)碼的分配，而相應(yīng)的偽隨機(jī)碼間存在著良好的相關(guān)性，進(jìn)而傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位。

2 變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)對(duì)策

2.1 設(shè)計(jì)原理

基于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)下，則是在智能終端發(fā)出超聲波信號(hào)后，存在至少四個(gè)定位傳感器節(jié)點(diǎn)，在接收到信號(hào)后，能夠通過計(jì)算來明確同一時(shí)間基準(zhǔn)下各不同節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間差，進(jìn)而能夠明確智能終端與節(jié)點(diǎn)間的距離，在此基礎(chǔ)上，以三邊測(cè)量法來明確智能終端位置，進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。而基于多目標(biāo)區(qū)分功能下，能夠促使傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)目標(biāo)的區(qū)分與定位。

2.2 在智能終端的設(shè)計(jì)上

需要從軟硬件兩方面來完成這一設(shè)計(jì)工作：第一，基于硬件角度下，采用的系統(tǒng)處理芯片型號(hào)為STM32F302 ARM，基于各個(gè)構(gòu)成模塊下，促使該芯片具備了良好的功能與性能，可滿足實(shí)際運(yùn)行之需。其中，超聲發(fā)射模塊中的MCU芯片，可將信號(hào)進(jìn)行編碼并經(jīng)過DAC音頻芯片來實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的生成，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射。第二，在軟件的設(shè)計(jì)上，F(xiàn)REERTOS系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)度管理功能，在接收外部中斷信號(hào)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的接收，并借助調(diào)度功能的發(fā)揮，促使在中斷情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)定位信號(hào)的啟動(dòng)與發(fā)送。

2.3 在無線傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上

在硬件設(shè)計(jì)上，該系統(tǒng)是由無線子模塊/DSP子模塊/電源管理模塊組建而成，基于該系統(tǒng)下，當(dāng)上電或者是復(fù)位之后，則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的初始化，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)子模塊的配置，在此基礎(chǔ)上，當(dāng)接收到這一信號(hào)時(shí)，在時(shí)間隙要求下來獲得智能定位發(fā)出的無線回應(yīng)幀，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集。為相應(yīng)的溫度傳感器模塊則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相應(yīng)環(huán)境溫濕度的采集，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息傳送給傳輸基站，進(jìn)而在明確位置的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲速的校正。

在軟件設(shè)計(jì)上，在完成系統(tǒng)初始化之后，相應(yīng)調(diào)度操作管理系統(tǒng)則接收到外部中斷信號(hào)以及數(shù)據(jù)幀，當(dāng)所接收的是參考時(shí)間幀，就需要對(duì)本地時(shí)間鐘進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)幀之要求，在其所指定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲定位信號(hào)以及電池電量信號(hào)等的接收，同時(shí)針對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置，以此來實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的操作。在此過程中，需要借助系統(tǒng)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)的信號(hào)接收。相應(yīng)DSP則能夠解調(diào)信號(hào)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算來明確每個(gè)目標(biāo)的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻，另一任務(wù)則將這一列隊(duì)發(fā)動(dòng)給數(shù)據(jù)傳輸基站。

2.4 在數(shù)據(jù)傳輸基站的設(shè)計(jì)上

基于硬件設(shè)計(jì)下，采用該系統(tǒng)的處理芯片，具備了MAC控制器，進(jìn)而搭建起了以太網(wǎng)與后臺(tái)系統(tǒng)間的通信渠道，基于該系統(tǒng)下則是由溫濕度、DPS以及以太網(wǎng)通信等模塊組建而成，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)后實(shí)現(xiàn)初始化，相應(yīng)各個(gè)子模塊實(shí)現(xiàn)配置，然后等待傳輸基站發(fā)射信號(hào)，基于不發(fā)射信號(hào)狀態(tài)下，相應(yīng)的周期性和基站同步時(shí)間與頻率，而在接收到信號(hào)命令后，則獲得相應(yīng)的無線回應(yīng)幀，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集與接收。在軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)進(jìn)行初始化之后，相應(yīng)的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行工作，在接收到數(shù)據(jù)幀后明確各方面信息，包括信號(hào)的達(dá)到時(shí)間等。而DSP則負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)位置的計(jì)算，并將這一結(jié)果傳輸給目標(biāo)管理程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析，在此基礎(chǔ)上由相應(yīng)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)處理，得出結(jié)果后借助以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)通信，促使后臺(tái)管理系統(tǒng)獲得信息內(nèi)容。而基于基站預(yù)設(shè)周期下，相應(yīng)的無線模塊則需要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，包括時(shí)間幀、溫濕度數(shù)據(jù)等。

3 總結(jié)

綜上，在電力系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)變電運(yùn)維管理工作的完善落實(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來提高定位的精準(zhǔn)度，并進(jìn)一步強(qiáng)化現(xiàn)有定位系統(tǒng)的抗干擾能力，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理工作的高效落實(shí)奠定基礎(chǔ)。在實(shí)際踐行的過程中，則需要在明確多目標(biāo)超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)智能終端、無線傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸基站實(shí)現(xiàn)軟硬件的完善設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)，確保在實(shí)際運(yùn)行的過程中，發(fā)揮出自身的功能與作用，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、提升電網(wǎng)運(yùn)行的綜合效益提供保障。

[1]胡帆,李文鈞,何風(fēng)行,姜華.變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的多目標(biāo)超聲定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2015,01:9-12.

[2]王剛,馬娜,徐強(qiáng),姜華,黃薛凌,諸軍.一種用于變電站運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的三維定位優(yōu)化方法[J].電工文摘,2015,03:15-18.

[3]吳駿.變電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)的TDOA定位系統(tǒng)研究[J].電力與能源,2015,06:779-781.

Design of multi objective ultrasonic location system for substation operation and maintenance

Zhang Mingqing
（State grid power supply company in Jiangsu Province,Nantong branch maintenance branch，226001)

In this paper,the existing positioning accuracy of substation operation and maintenance of the site is insufficient,with the help of TOA positioning theory to design a multi target ultrasound positioning system for reference.

substation;multi objective;ultrasonic location system;design;countermeasure