基于藍牙模塊的新型非接觸輸電線路驗電系統的設計

朱榮俊+宋吉江+王延博+劉英杰

摘 要：設計了一種新型的非接觸輸電線路驗電系統，以STM8L151芯片為控制核心，以藍牙模塊進行數據傳輸，實現驗電裝置與不同的手機及平板連接，基于安卓系統開發的APK應用軟件構建新型人機交互界面，檢測帶電線路的距離超過閾值時，進行聲光報警.充分保障人員、設備的安全操作.

關鍵詞：感應驗電；藍牙模塊；單片機；系統設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.127

0 引言

電力人員進行線路和設備的維修操作時，一般都要確定線路帶電情況，尤其是接近高壓設備、線路，用傳統的感應驗電桿驗電，效率較低，而且在攀爬桿塔時有掉落的危險.新型的非接觸驗電設備應運而生.文獻[1]的驗電裝置主要是用于特高壓輸電線路的檢測，目標較為單一，主要通過事先測量的輸電線路不同回路類型的線路周圍電場強度，作為參考目標，實際測量時進行曲線擬合比較，獲得測量結果.文獻[2]研發了一種帶激光瞄準的用于特高壓的驗電系統，可以進行精確的距離測量.文獻[3]設計了電力人員隨身攜帶的單機非接觸驗電系統.文獻[4]通過紫外傳感器來檢測線路周圍的電暈放電，距離較遠時就能檢測設備帶電報警信息.文獻[5]設計了一種帶有收發模塊NRF2401的非接觸驗電系統，實現了無線傳輸。

上述的研究主要是集中在輸電線路的檢修中，遠距離感應檢測輸電線路的帶電信息是必要的，然而在配網輸電線路周圍有施工人員或施工的機械臂時，不需要遠距離檢測輸電線路的帶電信息，只需要接近安全距離時報警就可以了.基于此，設計了一種基于藍牙模塊的新型非接觸感應驗電系統，主要是供在220kV以下輸電線路周圍施工人員和施工中的機械臂使用.施工人員使用該裝置時，可以戴在安全帽上，與帶電線路的距離低于設定值時，會發出聲光報警信息.施工中的機械臂使用時，探頭用磁鐵吸附在機械臂上，平板或手機放在駕駛室中，感應到的輸電線路的帶電信息，通過藍牙傳送給平板或手機，進行聲光報警。

1 新型非接觸輸電線路驗電系統的總體設計方案

系統的整體設計方案如圖1所示，這種基于藍牙模塊的新型非接觸輸電線路驗電系統的設計，根據高壓電場理論，通過電容球探頭感應出的電壓，比較感應出的電壓值大小來確定輸電線路是否有電，當輸電線帶電時，產生報警觸發信號，通過藍牙傳輸，發送到平板，平板的APK應用程序會驅動平板、手機自帶的喇叭和屏幕亮屏閃爍來提示操作人員此時的位置已超過安全的范圍.充電電路為聚合物充電電池充電，然后通過電源模塊轉換成芯片所需要的工作電壓.這種基于藍牙模塊的新型的非接觸輸電線路驗電系統的功能模塊主要包括：充電電路、電源模塊、感應電壓采集模塊、藍牙傳輸模塊、聲光報警模塊等。

2 系統的硬件設計

2.1 充電電路的設計

電源輸入端為JP1，用+5V電源進行充電，LED2為充電狀態指示燈，LED3為充滿電狀態指示燈，LED4為開關開通時系統供電狀態指示燈.充電電路控制芯片選用的是HM4056充電控制芯片，該芯片是一個完整鋰電池線性充電器.充電電壓固定在4.2V，充電電流最大可達到1.2A，精度為±1%.通過S1控制系統的供電狀態.充電電路的原理圖如圖2所示。

2.2 藍牙傳輸模塊的設計

選用的藍牙無線傳輸模塊BM78，藍牙4.0雙模，最大的傳輸距離可達100m以上，實際應用情況，傳輸距離會縮短.在這里主要用在配網輸電線路下，施工人員和施工機械的機械臂上，傳輸距離一般大于30米，滿足使用要求.藍牙傳輸模塊電路圖如圖3所示，通過STM8的PC4可以實現藍牙模塊的復位，通過PD6控制藍牙模塊的喚醒功能.藍牙模塊的RXD、TXD與STM8的串口連接，進行數據交互，然后通過藍牙發送接收天線與平板或手機連接。

2.3 聲光報警模塊的設計

聲光報警信號共有兩套，一套是施工人員戴在頭上的報警裝置產生，通過STM8的PA4控制聲光報警信號，當接近輸電線路的距離小于設定的距離時，產生聲光報警信號，紅燈亮.當距離大于設定的距離時，不產生報警信號，PA6有輸出信號，綠燈亮；另一套是固定在施工機械臂上，當機械臂距離輸電線路較近時，產生報警信號，進行聲光報警，同時經過藍牙模塊傳輸到平板或手機中，通過APK中的程序觸發手機、平板的聲光報警信號。

3 軟件功能的實現

系統軟件流程圖如圖4所示，當非接觸式感應驗電裝置開機后，完成程序的GPIO、串口的配置等操作，如果有平板或手機申請藍牙配對請求，單片機進行確認，確認通過后進行藍牙連接.配對的手機或平板需要事先在程序中進行規定。

當裝置啟動后，STM8通過讀取電容球傳感器上的數據，進行是否超限值的判斷，如果沒有超過設定值時，繼續讀取來自傳感器的信息；如果測得的示數大于設定值時，發出觸發信號，接近輸電線路的施工人員頭上佩戴的感應驗電裝置發出聲光報警信號；如果感應驗電裝置固定在機械臂上時，通過藍牙模塊進行無線傳輸，傳到手機、平板上，通過安卓應用程序，觸發光電報警信號進行報警，提示機械臂操作人員輸電線路有電，需要遠離輸電線路。

4 結論

該感應驗電裝置是為在配網輸電線路下的施工人員或施工機械臂上定制使用，當輸電線路上沒有電時，或有電距離大于設定的距離時，裝置不會發出警報；只有當輸電線路有電且距離小于設定的距離時才會發出聲光報警信號，該裝置的使用可確保在輸電線路下的施工人員及設備電氣安全.該裝置便于攜帶，易于固定在機械臂上，實現了探頭檢測模塊與報警模塊的無線聯接，工作穩定可靠.

參考文獻：

[1]李吉文，陳先勇，賀義平等.一種用于特高壓輸電線路的非接觸式線路驗電裝置[J].科技創新導報，2016（07）：48-51.

[2]李守文，周志軍，楊潔等.帶激光測距瞄準的非接觸式新型特高壓綜合驗電裝置的研發[J].工業儀表與自動化裝置，2014（06）：75-78.

[3]王月愛，王勃.基于C8051F020控制的新型無接觸式驗電器的研究[J].工業儀表與自動化裝置，2015（01）：46-49+61.

[4]鄭果，羅青松，張海濤等.基于紫外放電檢測原理的非接觸式驗電研究[J].電工技術，2015（08）：43-44+46.

[5]呂高，張文，鄭鑫.一種非接觸驗電方法的設計與實驗[J].電力學報，2013，28（05）：383-384+387.

作者簡介：朱榮俊（1983-），男，山東泰安人，碩士研究生，研究方向：大功率電力電子變流器、智能控制。

導師：宋吉江