梁書銘

（廣東電網(wǎng)有限責任公司茂名供電局，廣東茂名525000）

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，變電站現(xiàn)場檢修和試驗工作都大量地使用電動工具和儀器來提高工作效率，而現(xiàn)場的檢修電源由于設計不合理和電源中干擾成分越來越多，造成了接取電源不便以及對測試儀器的準確性造成干擾，因此，為了提高現(xiàn)場的工作效率以及測試的準確性，使用移動電源很有必要。而具有自動跟隨及無線充電功能的移動檢修電源，能進一步解放檢修人員的雙手，讓工作更加便利。

1 移動檢修電源的改進方案

具有自動跟隨及無線充電功能的移動檢修電源整體設計框圖如圖1所示，移動電源采用12 V的鋰電池供電，通過逆變電源，將12 V直流電逆變到220 V輸出，同時通過DC-DC模塊，將12 V直流電降壓至5 V，提供電源給控制模塊，而控制模塊通過藍牙模塊與手機通信，通過躲避模塊和定位模塊的傳感器及時調(diào)整電機及調(diào)速模塊從而實現(xiàn)自動跟隨功能，而無線充電功能通過增加無線充電模塊來實現(xiàn)。

圖1 移動檢修電源整體設計框圖

2 改進過程

2.1 自動跟隨模塊設計

自動跟隨模塊主要由控制模塊、躲避及定位模塊、電機及調(diào)速模塊、藍牙通信模塊以及手機APP軟件設計構(gòu)成。

2.1.1 控制模塊

由于自動跟隨裝置需要進行實時的信息傳輸、定位數(shù)據(jù)運算、藍牙信號傳輸、電機及調(diào)速模塊的控制和電源模塊的管理等等，如AT89S52此類功能簡單的單片機在速度上無法滿足需要，會存在延時，因此本文選擇高性能的數(shù)字信號芯片TMS320F28335作為主控芯片。

TMS320F28335是浮點DSP控制器，與定點類芯片相比，具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外設集成度高、數(shù)據(jù)以及程序存儲量大、A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等優(yōu)點，其速度頻率為150 MHz，浮點單元有32位，有18路的PWM輸出以及6個DMA通道，支持ADC、McBSP和EMIF。得益于其浮點運算單元，可快速編寫控制算法，無論是軟件開發(fā)還是開發(fā)周期都比較短。

芯片的軟件控制分為五個部分，包括主控程序、電機控制程序、藍牙通信程序、定位及位置判斷程序、電源控制程序，依次先設計系統(tǒng)整體軟件框架和各功能軟件，最后再將其匯總成為一個完整系統(tǒng)，編程語言為C語言。

芯片及控制模塊圖如圖2所示。

2.1.2 躲避及定位模塊

由于自動跟隨功能在室內(nèi)或室外均有運用，如果使用GPS定位技術(shù)就會出現(xiàn)GPS信號弱而導致定位失效的情況；而紅外線定位技術(shù)很容易受被測物距離的影響，藍牙定位技術(shù)成本高、穩(wěn)定性不足，超聲波定位容易受多徑效應影響等等。

本文綜合考慮后采用超聲波定位技術(shù)，因為其能同時實現(xiàn)躲避和定位的功能，同時還有結(jié)構(gòu)簡單、成本低且精度高的優(yōu)點。

2.1.3 電機及調(diào)速模塊

考慮到異步電機存在控制復雜、步進電機容易產(chǎn)生失步的缺點，本文采用直流電機，一方面由于其控制簡單，只需要通過調(diào)整輸入的脈沖寬度就可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，另一方面由于其抗電磁場干擾能力強，在變電站的電磁場干擾下均能正常工作。直流電機高速性能好，抗過載能力強，運行穩(wěn)定，反應時間短，發(fā)熱和噪聲都有明顯的降低。

圖2 控制模塊

2.1.4 藍牙通信模塊

自動跟隨電源與移動目標之間的通信通過藍牙技術(shù)完成，藍牙技術(shù)通信距離較長，不需要對準，傳輸速度快，工作頻段是全球開放的2.4 GHz頻段，傳輸速率可達10 Mb/s，功耗小，一旦脫離范圍，還可通過藍牙連接丟失而告警，并且藍牙通信模塊技術(shù)成熟，開發(fā)成本低。

2.1.5 手機APP

通過Eclipse+JDK+ADT+SDK構(gòu)建手機APP開發(fā)環(huán)境，APP軟件功能包括對藍牙的操作，藍牙適配器之間的數(shù)據(jù)通信，移動電源自動跟隨功能的開閉，距離感應報警功能的開閉。

2.2 無線充電模塊設計

為了保證檢修電源能滿足現(xiàn)場測試長時間工作的需要，移動電源的電池規(guī)格為12 V/100 Ah，一個檢修電源可滿足1 000 W設備連續(xù)工作1 h。要用無線充電來實現(xiàn)與有線充電相同的功率是一個極大的技術(shù)挑戰(zhàn)，目前存在著功率、效率、渦流、EMC以及結(jié)構(gòu)的問題。無線充電由于發(fā)射端和接收端存在一定的距離，因此損耗比有線連接大得多，如果把發(fā)射功率調(diào)增得太大，從而導致磁場的能量過大，會導致移動電源內(nèi)部其他電氣元件出現(xiàn)渦流，大功率的電磁干擾亦會影響到人的身體健康。

因此，綜合考慮充電時間以及無線充電功率的影響，應該將充電功率控制在100 W左右。

無線充電裝置系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 無線充電裝置系統(tǒng)框圖

（1）100 W無線充電的實現(xiàn)：VOX330MP05S和VOX20K3A是一對基于電磁共振的專用發(fā)射和接收芯片，具有較高的傳輸效率。VOX330MP05S具有最高100 W的發(fā)射能力并且能承受1 000 V以上的高壓，因此非常適合作為發(fā)射芯片。VOX20K3A是接收芯片，其2腳上的穩(wěn)壓管決定了輸出電壓的幅值，因此只需在其2腳設置14 V的穩(wěn)壓管即可，但同時要注意穩(wěn)壓管必須是在9～24 V之間選擇。

（2）渦流問題的解決：為阻止電磁波往上傳播，應在耦合線圈上方增加一層隔離層，該隔離層除了要具有反波的特性，還要有一定的厚度。在隔離層上方再增加一層金屬防護層，吸收剩余的電磁波。由于剩余的電磁波還有不少，因此金屬防護層必然會發(fā)熱，如防護層在移動電源內(nèi)部，電源內(nèi)必須配有散熱風扇。同時移動電源的控制芯片以及電路板不能與充電線圈在同一垂直面上，以盡量減少渦流對其的影響。

設計圖如圖4所示。

圖4 無線充電模塊防護設計圖

3 性能測試

經(jīng)現(xiàn)場使用測試，該移動檢修電源實現(xiàn)了自動跟隨功能，無需任何遙控裝置，能根據(jù)人的移動快慢自動調(diào)整速度和轉(zhuǎn)向，遇到障礙物時會自動避讓；同時，當移動電源與手機連接中斷時，手機會出現(xiàn)震動提醒，防止移動電源遺漏在現(xiàn)場或失去控制。將移動電源放置在無線發(fā)射底座上，移動電源顯示充電中，充電功率約為95 W，電池由10%充至100%用時10 h，環(huán)境溫度26℃，發(fā)熱模塊發(fā)熱42℃，移動電源接收位置發(fā)熱39℃，充電后，移動電源依然能正常工作，達到了改進的設計要求。

4 結(jié)語

對移動檢修電源做出的改進是為了解決變電站生產(chǎn)班組在日常工作中使用移動電源遇到的不便以及問題。自動跟隨及無線充電移動檢修電源的現(xiàn)場應用，得到了廣大檢修和試驗人員的歡迎，智能化設備能大大提高現(xiàn)場工作人員的效率，同時該移動電源的自動跟隨功能還可以應用到變電站的搬運小車、儀器的搬運小車等上，將現(xiàn)場作業(yè)人員從沉重的體力勞動中解放出來，因此很適合推廣應用。