CN108344454B - 一种基于uwb的变电站智能巡检定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于UWB的变电站智能巡检定位系统，包括巡检轨道机构、两个滑移机构、滑移驱动机构、供电机构、检测平台机构、充电机构、远程监控机构以及各个UWB标签。该巡检定位系统利用UWB通信单元与巡检区域内的至少三个UWB标签无线通信，从而测算出通信距离，再利用UWB标签的位置推算出UWB通信单元的实时位置，从而实现巡检位置的确定，而且在室内亦可以实现精确定位，对环境要求低，使用时的适应能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种巡检定位系统，尤其是一种基于UWB的变电站智能巡检定位系统。
背景技术
在变电站运行维护过程中，需对设备进行定期巡视、检查，及时发现并处理设备故障或隐患，处理事故异常情况，以保证设备安全正常的运行。由于电力现场作业的复杂性和危险性，电力现场作业管理历来是电力安全生产极其重要的环节，常会出现误操作和安全隐患。
虽然电力系统安全操作规程的始终被高度重视，但人为事故仍时有发生。通过长期经验积累和总结的管理措施与技术措施，对于减少恶性事故的发生和保证电网、设备、人身的安全发挥了重要作用。管理措施包括操作规范、两票制度、岗位责任制度等。技术措施包括防误技术、视频技术、智能巡检系统、综合自动化系统等。
利用传感器网络的广泛信息采集能力、融合与处理能力，对影响变电站运行的因素实现全方位智能监测，自动实时对设备进行识别、定位、跟踪、监控并触发相应事件，实现对设备的实时管理和控制。通过智能诊断和辅助决策，传送给远程运维人员，为其提供可信、高效可用的信息支持，实现变电站智能巡检、作业安全管理和调度指挥互动化，将大幅度提升变电站现场运维管理水平。
当前，出现了很多相关的定位技术，比如红外线、射频识别、Wi Fi、Zigbee、视觉定位等技术，都取得了不错的效果。然而尽管上述室内定位技术在一定环境条件下可以取得较好的定位效果，但是这些技术都有各自的缺陷，要么是定位精度低，要么是对定位环境要求苛刻，无法满足人们对定位感知系统精度高、环境适应性好的要求。
超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)技术是基于窄脉冲的无线技术，具有高传输率，低功耗，穿透能力强等优点；目前美国、中国、日本、加拿大等国家都在进行相关研究，应用前景非常广阔。因此可以提供一种基于UWB的变电站智能巡检定位系统，能够实现高精度且环境适应能力强的巡检需求。
发明内容
发明目的：提供一种基于UWB的变电站智能巡检定位系统，能够实现高精度且环境适应能力强的巡检需求。
技术方案：本发明所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，包括巡检轨道机构、两个滑移机构、滑移驱动机构、供电机构、检测平台机构、充电机构、远程监控机构以及各个UWB标签；
巡检轨道机构沿巡检路线布置，且巡检轨道机构为闭环轨道结构；
两个滑移机构均安装在巡检轨道机构上，检测平台机构同时安装在两个滑移机构的上方，供电机构悬挂式安装在两个滑移机构的下方；
充电机构间隔设置在巡检轨道机构构成的闭环轨道结构上，并在供电机构移动就位后进行充电控制；
检测平台机构包括平台底板、控制盒、温度传感器以及湿度传感器；控制盒固定安装在平台底板上；温度传感器以及湿度传感器安装在控制盒的顶部；在控制盒内设有微处理器和UWB通信单元；在控制盒的顶部还设有UWB天线；微处理器与湿度传感器、温度传感器以及UWB通信单元电连接；UWB天线与UWB通信单元的射频端电连接；UWB通信单元与各个UWB标签无线通信；
滑移驱动机构安装在其中一个滑移机构上，用于根据检测平台机构上微处理器的控制命令驱动滑移机构沿巡检轨道机构构成的闭环轨道结构移动；
远程监控机构分别与检测平台机构以及充电机构远程无线通信；
供电机构分别为检测平台机构以及滑移驱动机构供电。
进一步地，巡检轨道机构包括L形撑杆、巡检轨道以及支撑底板；巡检轨道沿巡检路线布置，且巡检轨道首尾相连构成闭环轨道结构；L形撑杆的竖向杆下端固定安装在支撑底板上，L形撑杆的水平杆端部固定安装在巡检轨道的侧边上，且位于闭环轨道结构的环外；L形撑杆间隔设置，并使各处的巡检轨道高度一致。
进一步地，滑移机构包括方形滑套、上支撑转轴以及下悬吊转轴；在方形滑套内上下平行设置有两根轮轴，在上下两根轮轴上均旋转式安装有一个支撑滚轮；在巡检轨道的上下侧面上均设有轨道槽；上下两个支撑滚轮分别嵌于上下两个轨道槽上；在方形滑套的右侧面设有供L形撑杆的水平杆通过的条形槽口；上支撑转轴竖向固定安装在方形滑套的上侧面上，下悬吊转轴竖向固定安装在方形滑套的下侧面上，且上支撑转轴与下悬吊转轴位于同一轴线上；两个滑移机构顶部的两根上支撑转轴均转动式安装在平台底板的下侧面上；供电机构安装在两根下悬吊转轴的下端上。
进一步地，供电机构包括固定板和蓄电池；固定板为上侧板、竖向侧板以及下侧板构成的C形板，蓄电池嵌入安装在C形板上；两个滑移机构底部的两根下悬吊转轴均转动式安装在上侧板的上侧面上；蓄电池分别为温度传感器、湿度传感器、微处理器以及UWB通信单元供电。
进一步地，滑移驱动机构包括固定在方形滑套左侧面上的防护壳以及位于防护壳内的齿轮驱动机构；齿轮驱动机构包括驱动电机、减速器、齿轮轴、驱动齿轮、两根拉簧以及两个方形安装座；在方形滑套的左侧面上水平设置有两块水平支撑板；在两块水平支撑板上对应位置处均设置有一个条形限位孔，且条形限位孔的长度方向与方形滑套的左侧面垂直；在方形安装座的侧边上设有条形限位槽；两个方形安装座分别滑动式安装在上下两个条形限位孔上，且条形限位槽卡扣在条形限位孔的边缘上；齿轮轴的两端旋转式安装在两个方形安装座上；驱动齿轮固定安装在齿轮轴上；在方形滑套的左侧面上且位于驱动齿轮处设有条形齿轮孔；在巡检轨道的左侧边上设有驱动齿条；驱动齿轮穿过条形齿轮孔后与驱动齿条相啮合；在下侧的方形安装座上设有电机安装板；驱动电机和减速器均安装在电机安装板上；驱动电机的输出轴驱动减速器旋转工作，减速器的输出轴驱动齿轮轴旋转；在控制盒内设有电机驱动电路；微处理器通过电机驱动电路控制驱动电机启停工作；在上侧的方形安装座上以及减速器的下侧均设有一个凸块；两根拉簧的一端分别固定在两个凸块上，另一端分别固定在方形滑套的左侧面上；蓄电池为电机驱动电路以及驱动电机供电；驱动电机为带刹车步进电机。
进一步地，充电机构包括方形机构外壳以及设置于方形机构外壳内的锁紧结构、线路板以及两个导电结构；方形机构外壳固定安装在L形撑杆的竖向杆上；在固定板的竖向侧板外侧垂直设置有上下两根电极柱；两根电极柱分别与蓄电池的正负电极电连接；在上下两根电极柱之间设有电机关断开关；在方形机构外壳的左侧面平行设有两个条形滑槽；在方形机构外壳的左侧面且位于两个条形滑槽之间设有导向滑槽；在固定板的竖向侧板外侧还设有一个RFID读卡器；在方形机构外壳的侧面还设有进入RFID标签和离开RFID标签；锁紧机构包括电动伸缩杆、两根固定杆以及一个限位座；两根固定杆平行固定安装在方形机构外壳内；限位座固定安装在两根固定杆的端部上，并在限位座上设有伸缩限位孔；电动伸缩杆位于两根固定杆之间，且电动伸缩杆的伸缩端部贯穿伸缩限位孔后伸入导向滑槽内；在线路板上设有充电控制器、充电G通信模块、电子开关、充电电路以及电压采集电路；充电控制器分别与充电G通信模块、电动伸缩杆、电子开关以及电压采集电路电连接；充电控制器通过电子开关控制充电电路的供电通断；导电结构包括两个冂形支架、两个压簧以及一根导电条；在两个条形滑槽的槽边上均设有与方形机构外壳内部连通的导电条窗口；两个冂形支架固定安装在方形机构外壳内部，两个压簧的一端分别安装在两个冂形支架的横向杆上，两个压簧的另一端均固定安装在导电条上；两个导电结构分别靠近两个条形滑槽处安装，且两根导电条的两端均翘起，中部由导电条窗口凸出至条形滑槽内并与条形滑槽的槽边相平行；电压采集电路的输入端分别与两根导电条电连接；充电电路的输出端分别与两根导电条电连接；RFID读卡器和电机关断开关均与微处理器电连接；供电机构经过充电机构时，两根电极柱分别伸入两个条形滑槽内，并沿条形滑槽移动，电机关断开关沿导向滑槽移动，两根导电条分别弹性按压在两根电极柱上，电动伸缩杆的伸缩端部伸出后与电机关断开关接触，RFID读卡器先后读取进入RFID标签和离开RFID标签；充电G通信模块与远程监控机构无线通信；蓄电池为RFID读卡器供电。
进一步地，电机关断开关包括开关安装座、后撑板、档条、支撑压簧、按压柱、回弹压簧、固定触头以及弹簧片；开关安装座固定安装在固定板的竖向侧板外侧面上，并在开关安装座内设有安装腔；后撑板固定安装在开关安装座上，档条的铰接端边缘通过铰接轴铰接安装在开关安装座上；档条与后撑板相对，支撑压簧弹性支撑安装在档条与后撑板之间；在安装腔内设有导向支座，并在导向支座上设有导向滑孔；弹簧片的一端固定安装在安装腔的内壁上，另一端设有动触头；固定触头固定安装在安装腔的内壁上，且与动触头相对；回弹压簧弹性支撑安装在安装腔的内壁与弹簧片之间，弹性支撑使得动触头远离固定触头；固定触头接地，动触头与微处理器电连接；按压柱滑动式安装在导向滑孔上，且按压柱的一端贯穿安装腔的腔壁按压在档条铰接端的端面上，另一端按压在弹簧片上，用于推动动触头接触固定触头；在按压柱上设有防止按压柱脱离导向滑孔的限位凸圈；供电机构经过充电机构时，档条与后撑板同时伸入导向滑槽内，且档条用于与电动伸缩杆的伸缩端部接触。
进一步地，远程监控机构包括服务器、显示屏、存储器以及基站G通信模块；服务器分别与显示屏、存储器以及基站G通信模块电连接；充电G通信模块与基站G通信模块无线通信；检测平台机构还包括一个与微处理器相连的终端G通信模块；蓄电池为终端G通信模块供电；终端G通信模块与基站G通信模块无线通信。
进一步地，在两根导电条上均设有一个弧形凹陷；电动伸缩杆的伸缩端部伸出后与电机关断开关接触时，两根电极柱分别滑入两个弧形凹陷。
进一步地，检测平台机构还包括旋转云台和摄像头；旋转云台安装在控制盒的顶部；摄像头安装在旋转云台上；旋转云台和摄像头均与微处理器电连接。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用UWB通信单元与巡检区域内的至少三个UWB标签无线通信，从而测算出通信距离，再利用UWB标签的位置推算出UWB通信单元的实时位置，从而实现巡检位置的确定，而且在室内亦可以实现精确定位，对环境要求低，使用时的适应能力强；利用巡检轨道机构沿巡检路线布置为闭环轨道结构，能够方便滑移驱动机构驱动滑移机构循环周期移动，满足检测平台机构长期周期巡检，实现无人干预式巡检任务，避免出现人员安全问题，而且安全可靠；利用充电机构在供电机构移动就位后进行充电控制，确保供电机构始终维持足够的巡检电量，进一步确保无人干预式巡检的正常运行，防止中途停车，实现长期不间断智能周期巡检；利用供电机构悬挂式安装在两个滑移机构的下方实现一个稳定线锤的效果，确保上方安装的检测平台机构在巡检移动过程中的稳定性。
附图说明
图1为本发明的机械部分结构示意图；
图2为本发明的机械部分结构另一视角结构示意图；
图3为本发明的电机关断开关机械部分结构示意图；
图4为本发明的电路部分连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：
如图1-4所示，本发明公开的基于UWB的变电站智能巡检定位系统包括：巡检轨道机构、两个滑移机构、滑移驱动机构、供电机构、检测平台机构、充电机构、远程监控机构以及各个UWB标签；
巡检轨道机构沿巡检路线布置，且巡检轨道机构为闭环轨道结构；
UWB标签沿闭环轨道结构分布设置，用于与UWB通信单元通信定位；
两个滑移机构均安装在巡检轨道机构上，检测平台机构同时安装在两个滑移机构的上方，供电机构悬挂式安装在两个滑移机构的下方；
充电机构间隔设置在巡检轨道机构构成的闭环轨道结构上，并在供电机构移动就位后进行充电控制；
检测平台机构包括平台底板19、控制盒20、温度传感器21以及湿度传感器22；控制盒20固定安装在平台底板19上；温度传感器21以及湿度传感器22安装在控制盒20的顶部；在控制盒20内设有微处理器、报警器和UWB通信单元；在控制盒20的顶部还设有UWB天线23；微处理器与湿度传感器22、温度传感器21、报警器以及UWB通信单元电连接；UWB天线23与UWB通信单元的射频端电连接；UWB通信单元与各个UWB标签无线通信；
滑移驱动机构安装在其中一个滑移机构上，用于根据检测平台机构上微处理器的控制命令驱动滑移机构沿巡检轨道机构构成的闭环轨道结构移动；
远程监控机构分别与检测平台机构以及充电机构远程无线通信；
供电机构分别为检测平台机构以及滑移驱动机构供电。
利用UWB通信单元与巡检区域内的至少三个UWB标签无线通信，从而测算出通信距离，再利用UWB标签的位置推算出UWB通信单元的实时位置，从而实现巡检位置的确定，而且在室内亦可以实现精确定位，对环境要求低，使用时的适应能力强；利用巡检轨道机构沿巡检路线布置为闭环轨道结构，能够方便滑移驱动机构驱动滑移机构循环周期移动，满足检测平台机构长期周期巡检，实现无人干预式巡检任务，避免出现人员安全问题，而且安全可靠；利用充电机构在供电机构移动就位后进行充电控制，确保供电机构始终维持足够的巡检电量，进一步确保无人干预式巡检的正常运行，防止中途停车，实现长期不间断智能周期巡检；利用供电机构悬挂式安装在两个滑移机构的下方实现一个稳定线锤的效果，确保上方安装的检测平台机构在巡检移动过程中的稳定性。
如图1和2所示，巡检轨道机构包括L形撑杆1、巡检轨道2以及支撑底板3；巡检轨道2沿巡检路线布置，且巡检轨道2首尾相连构成闭环轨道结构；L形撑杆1的竖向杆下端固定安装在支撑底板3上，L形撑杆1的水平杆端部固定安装在巡检轨道2的侧边上，且位于闭环轨道结构的环外；L形撑杆1间隔设置，并使各处的巡检轨道2高度一致。利用巡检轨道2首尾相连构成闭环轨道结构方便滑移驱动机构驱动滑移机构循环周期移动，满足检测平台机构长期周期巡检；利用L形撑杆1设置在在巡检轨道2的侧边上，不会对滑移机构构成阻挡，同时也不会对下方悬吊的供电机构构成阻挡，确保滑移机构周期循环移动。
如图1和2所示，滑移机构包括方形滑套4、上支撑转轴18以及下悬吊转轴26；在方形滑套4内上下平行设置有两根轮轴5，在上下两根轮轴5上均旋转式安装有一个支撑滚轮6；在巡检轨道2的上下侧面上均设有轨道槽；上下两个支撑滚轮6分别嵌于上下两个轨道槽上；在方形滑套4的右侧面设有供L形撑杆1的水平杆通过的条形槽口；上支撑转轴18竖向固定安装在方形滑套4的上侧面上，下悬吊转轴26竖向固定安装在方形滑套4的下侧面上，且上支撑转轴18与下悬吊转轴26位于同一轴线上；两个滑移机构顶部的两根上支撑转轴18均转动式安装在平台底板19的下侧面上；供电机构安装在两根下悬吊转轴26的下端上。利用上下两个支撑滚轮6实现上下单滚轮夹持作用，相比于前后双滚轮(即上下四滚轮结构)不会在巡检轨道2的拐弯处后滚轮脱离轨道，而且利用两个滑移机构顶部的两根上支撑转轴18转动式安装在平台底板19的下侧面上，既实现了前后的稳定支撑，又能够在巡检轨道2的拐弯处各自水平旋转，而不会出现脱轨的问题，同时上方的平台底板19仍然能够保持水平特性。
如图1和2所示，供电机构包括固定板27和蓄电池28；固定板27为上侧板、竖向侧板以及下侧板构成的C形板，蓄电池28嵌入安装在C形板上；两个滑移机构底部的两根下悬吊转轴26均转动式安装在上侧板的上侧面上；蓄电池28分别为温度传感器21、湿度传感器22、微处理器以及UWB通信单元供电。利用两个滑移机构底部的两根下悬吊转轴26转动式安装在上侧板的上侧面上，从而实现供电机构的悬吊式安装，且在两个滑移机构各自水平旋转时不影响供电机构的悬吊稳定配重，使得上方的检测平台机构保持稳定性；另外上支撑转轴18与下悬吊转轴26位于同一轴线上能够确保下方的供电机构与上方的检测平台机构始终保持相对静止，降低晃动的可能性；固定板27的上侧板与平台底板19构成两个滑移机构之间的铰接连接，使得两个滑移机构同步移动。
如图1和2所示，滑移驱动机构包括固定在方形滑套4左侧面上的防护壳8以及位于防护壳8内的齿轮驱动机构；齿轮驱动机构包括驱动电机16、减速器17、齿轮轴11、驱动齿轮12、两根拉簧15以及两个方形安装座10；在方形滑套4的左侧面上水平设置有两块水平支撑板9；在两块水平支撑板9上对应位置处均设置有一个条形限位孔，且条形限位孔的长度方向与方形滑套4的左侧面垂直；在方形安装座10的侧边上设有条形限位槽；两个方形安装座10分别滑动式安装在上下两个条形限位孔上，且条形限位槽卡扣在条形限位孔的边缘上；齿轮轴11的两端旋转式安装在两个方形安装座10上；驱动齿轮12固定安装在齿轮轴11上；在方形滑套4的左侧面上且位于驱动齿轮12处设有条形齿轮孔；在巡检轨道2的左侧边上设有驱动齿条7；驱动齿轮12穿过条形齿轮孔后与驱动齿条7相啮合；在下侧的方形安装座10上设有电机安装板13；驱动电机16和减速器17均安装在电机安装板13上；驱动电机16的输出轴驱动减速器17旋转工作，减速器17的输出轴驱动齿轮轴11旋转；在控制盒20内设有电机驱动电路；微处理器通过电机驱动电路控制驱动电机16启停工作；在上侧的方形安装座10上以及减速器17的下侧均设有一个凸块14；两根拉簧15的一端分别固定在两个凸块14上，另一端分别固定在方形滑套4的左侧面上；蓄电池28为电机驱动电路以及驱动电机16供电；驱动电机16为带刹车步进电机，从而在微处理器控制停止后即时停止滑移机构移动。利用两根拉簧15、两个方形安装座10以及两个条形限位孔构成弹性齿轮按压机构，即使在巡检轨道2的拐弯处也能使得驱动齿轮12与驱动齿条7紧密啮合，防止出现拐弯处滑齿，同时也能够在滑移机构被阻挡时跳齿，防止驱动电机16被堵转烧毁。
如图1和2所示，充电机构包括方形机构外壳33以及设置于方形机构外壳33内的锁紧结构、线路板37以及两个导电结构；方形机构外壳33固定安装在L形撑杆1的竖向杆上；在固定板27的竖向侧板外侧垂直设置有上下两根电极柱29；两根电极柱29分别与蓄电池28的正负电极电连接；在上下两根电极柱29之间设有电机关断开关；在方形机构外壳33的左侧面平行设有两个条形滑槽53；在方形机构外壳33的左侧面且位于两个条形滑槽53之间设有导向滑槽54；在固定板27的竖向侧板外侧还设有一个RFID读卡器30；在方形机构外壳33的侧面还设有进入RFID标签51和离开RFID标签31；锁紧机构包括电动伸缩杆38、两根固定杆39以及一个限位座40；两根固定杆39平行固定安装在方形机构外壳33内；限位座40固定安装在两根固定杆39的端部上，并在限位座40上设有伸缩限位孔；电动伸缩杆38位于两根固定杆39之间，且电动伸缩杆38的伸缩端部52贯穿伸缩限位孔后伸入导向滑槽54内；在线路板37上设有充电控制器、充电4G通信模块、电子开关、充电电路以及电压采集电路；充电控制器分别与充电4G通信模块、电动伸缩杆38、电子开关以及电压采集电路电连接；充电控制器通过电子开关控制充电电路的供电通断；导电结构包括两个冂形支架34、两个压簧36以及一根导电条35；在两个条形滑槽53的槽边上均设有与方形机构外壳33内部连通的导电条窗口；两个冂形支架34固定安装在方形机构外壳33内部，两个压簧36的一端分别安装在两个冂形支架34的横向杆上，两个压簧36的另一端均固定安装在导电条35上；两个导电结构分别靠近两个条形滑槽53处安装，且两根导电条35的两端均翘起，中部由导电条窗口凸出至条形滑槽53内并与条形滑槽53的槽边相平行；电压采集电路的输入端分别与两根导电条35电连接；充电电路的输出端分别与两根导电条35电连接；RFID读卡器30和电机关断开关均与微处理器电连接；供电机构经过充电机构时，两根电极柱29分别伸入两个条形滑槽53内，并沿条形滑槽53移动，电机关断开关沿导向滑槽54移动，两根导电条35分别弹性按压在两根电极柱29上，电动伸缩杆38的伸缩端部52伸出后与电机关断开关接触，RFID读卡器30先后读取进入RFID标签51和离开RFID标签31；充电4G通信模块与远程监控机构无线通信；蓄电池28为RFID读卡器30供电。利用RFID读卡器30与进入RFID标签51的配合读取到充电机构靠近信息，能够通过微处理器实现驱动电机16即时减速，便于电压采集电路通过两根导电条35与两根电极柱29接触采集蓄电池28电压，若充电控制器检测到电压低于设定的正常工作电压时，则立刻控制电动伸缩杆38的伸缩端部52伸出，对电机关断开关进行接触阻挡发出停车信号，使得微处理器立即控制驱动电机16停车且抱闸刹车，再由充电控制器控制电子开关实现充电电路的供电，对蓄电池28进行充电，并间隙性断开充电来检测电压，直到蓄电池28的电压充足，再由充电控制器通过充电4G通信模块与远程监控机构通信发送充电完成信息，同时控制电动伸缩杆38的伸缩端部52缩回，远程监控机构再与微处理器无线通信，重新启动驱动电机16工作缓慢旋转，当RFID读卡器30读取到离开RFID标签31时，则由微处理器控制驱动电机16加速运行至正常巡检速度，上述过程即完成了蓄电池28的电压检测和自动充电，无需人员值守，确保系统长期自主运行；利用电动伸缩杆38、两根固定杆39以及一个限位座40构成锁紧机构，能够使得电动伸缩杆38对电机关断开关有效触发，且能够承受一定的碰撞冲击；采用两个冂形支架34、两个压簧36以及一根导电条35构成导电结构，能够在两根电极柱29进入条形滑槽53后即实现导电连接，方便电压检测和充电连接，且在压簧36的作用下具有较好的导电接触性能。
如图3所示，电机关断开关包括开关安装座、后撑板41、档条32、支撑压簧42、按压柱45、回弹压簧47、固定触头49以及弹簧片48；开关安装座固定安装在固定板27的竖向侧板外侧面上，并在开关安装座内设有安装腔；后撑板41固定安装在开关安装座上，档条32的铰接端边缘通过铰接轴43铰接安装在开关安装座上；档条32与后撑板41相对，支撑压簧42弹性支撑安装在档条32与后撑板41之间；在安装腔内设有导向支座44，并在导向支座44上设有导向滑孔；弹簧片48的一端固定安装在安装腔的内壁上，另一端设有动触头50；固定触头49固定安装在安装腔的内壁上，且与动触头50相对；回弹压簧47弹性支撑安装在安装腔的内壁与弹簧片48之间，弹性支撑使得动触头50远离固定触头49；固定触头49接地，动触头50与微处理器电连接；按压柱45滑动式安装在导向滑孔上，且按压柱45的一端贯穿安装腔的腔壁按压在档条32铰接端的端面上，另一端按压在弹簧片48上，用于推动动触头50接触固定触头49；在按压柱45上设有防止按压柱45脱离导向滑孔的限位凸圈46；供电机构经过充电机构时，档条32与后撑板41同时伸入导向滑槽54内，且档条32用于与电动伸缩杆38的伸缩端部52接触。利用后撑板41对碰撞摆动后的档条32进行支撑，并在支撑压簧42的作用下实现碰撞缓冲，既实现了碰撞接触，又能够阻挡供电机构继续移动；在档条32碰撞倾斜后，按压柱45在回弹压簧47以及弹簧片48的作用下向外凸出，同时动触头50与断开固定触头49，微处理器采集到拉高信号，表明电动伸缩杆38的伸缩端部52与档条32接触碰撞，立即控制驱动电机16停车同时控制刹车进行抱闸；在档条32未碰撞时，在支撑压簧42的强力作用下迫使按压柱45按压回弹压簧47以及弹簧片48，使得动触头50与固定触头49接触导电，微处理器采集到低电平信号，表明电动伸缩杆38的伸缩端部52未与档条32接触碰撞，驱动电机16正常运转。
如图4所示，远程监控机构包括服务器、显示屏、存储器以及基站4G通信模块；服务器分别与显示屏、存储器以及基站4G通信模块电连接；充电4G通信模块与基站4G通信模块无线通信；检测平台机构还包括一个与微处理器相连的终端4G通信模块；蓄电池28为终端4G通信模块供电；终端4G通信模块与基站4G通信模块无线通信。
如图2所示，在两根导电条35上均设有一个弧形凹陷55；电动伸缩杆38的伸缩端部52伸出后与电机关断开关接触时，两根电极柱29分别滑入两个弧形凹陷55。采用弧形凹陷55能够在驱动电机16停车且抱闸后，电动伸缩杆38的伸缩端部52与档条32接触阻挡，电极柱29分别滑入两个弧形凹陷55内实现较好的导电性能。
如图1和2所示，检测平台机构还包括旋转云台24和摄像头25；旋转云台24安装在控制盒20的顶部；摄像头25安装在旋转云台24上；旋转云台24和摄像头25均与微处理器电连接。
本发明公开的基于UWB的变电站智能巡检定位系统中涉及的相关电器原件说明：
微处理器、充电控制器均由单片机及其外围电路构成的常规最小系统结构，单片机设有多路I/O端口，用于信号的输入输出定义使用，同时也设置有A/D采集端口。
温度传感器21和湿度传感器22采用现有的常规传感器，可以输出模拟信号也可以输出数字信号，如果输出模拟信号，则微处理器需要使用A/D采集端口与之相连，当现场温度和湿度超过设定范围时，则由微处理器控制报警器进行现场报警，由巡查人员进行现场人工检查。
摄像头25采用常规的非高清摄像头，确保通信数据量即可，微处理器的I/O端口定义为用于摄像头信号接收处理的视频信号端口，微处理器进行缓存后通过终端4G通信模块与基站4G通信模块通信实现视频信号的转发，服务器实时接收视频信号，并驱动显示屏进行显示，同时将视频信号存储在存储器中作备份；微处理器还能够根据服务器远程发送的控制命令来控制旋转云台24旋转，实现摄像头25的拍摄角度调节。
UWB通信单元和UWB标签均采用现有的设备，UWB通信单元与微处理器通信，获取信号收发时间，从而计算UWB通信单元与UWB标签之间的距离，在进行定位时，至少确保定位空间内有三个位置不同的UWB标签参与定位，每个UWB标签的三维位置都是已知的，结合通信距离边可以计算出UWB通信单元的坐标位置，所采用的定位算法是常规的定位算法，微处理器在获得定位位置后通过终端4G通信模块与基站4G通信模块通信实现定位位置的转发，服务器实时接收定位位置，并驱动显示屏进行位置信息显示。
RFID读卡器30、进入RFID标签51以及离开RFID标签31均采用现有技术中常规的读卡器和电子标签，能够近距离读取识别即可。
终端4G通信模块、基站4G通信模块以及充电4G通信模块均采用现有技术中的常规4G通信模块，实现4G数据信号的传输通信即可。
充电电路采用现有技术中的常规的蓄电池充电电路，电子开关采用三极管或MOS管来实现，能够根据充电控制器的控制信号实现电源通断。
电压采集电路可以是电阻分压电路，从而满足单片机的A/D采集要求，实现蓄电池28的电压快速采集，判断是否需要进行充电。
电动伸缩杆采用现有常规的电动杆，由电机驱动且自带电机驱动电路，微处理器只要发送电机控制信号即可实现电动伸缩杆的伸缩控制。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：包括巡检轨道机构、两个滑移机构、滑移驱动机构、供电机构、检测平台机构、充电机构、远程监控机构以及各个UWB标签；
巡检轨道机构沿巡检路线布置，且巡检轨道机构为闭环轨道结构；
两个滑移机构均安装在巡检轨道机构上，检测平台机构同时安装在两个滑移机构的上方，供电机构悬挂式安装在两个滑移机构的下方；
充电机构间隔设置在巡检轨道机构构成的闭环轨道结构上，并在供电机构移动就位后进行充电控制；
检测平台机构包括平台底板(19)、控制盒(20)、温度传感器(21)以及湿度传感器(22)；控制盒(20)固定安装在平台底板(19)上；温度传感器(21)以及湿度传感器(22)安装在控制盒(20)的顶部；在控制盒(20)内设有微处理器和UWB通信单元；在控制盒(20)的顶部还设有UWB天线(23)；微处理器与湿度传感器(22)、温度传感器(21)以及UWB通信单元电连接；UWB天线(23)与UWB通信单元的射频端电连接；UWB通信单元与各个UWB标签无线通信；
滑移驱动机构安装在其中一个滑移机构上，用于根据检测平台机构上微处理器的控制命令驱动滑移机构沿巡检轨道机构构成的闭环轨道结构移动；
远程监控机构分别与检测平台机构以及充电机构远程无线通信；
供电机构分别为检测平台机构以及滑移驱动机构供电；
巡检轨道机构包括L形撑杆(1)、巡检轨道(2)以及支撑底板(3)；巡检轨道(2)沿巡检路线布置，且巡检轨道(2)首尾相连构成闭环轨道结构；L形撑杆(1)的竖向杆下端固定安装在支撑底板(3)上，L形撑杆(1)的水平杆端部固定安装在巡检轨道(2)的侧边上，且位于闭环轨道结构的环外；L形撑杆(1)间隔设置，并使各处的巡检轨道(2)高度一致；
滑移机构包括方形滑套(4)、上支撑转轴(18)以及下悬吊转轴(26)；在方形滑套(4)内上下平行设置有两根轮轴(5)，在上下两根轮轴(5)上均旋转式安装有一个支撑滚轮(6)；在巡检轨道(2)的上下侧面上均设有轨道槽；上下两个支撑滚轮(6)分别嵌于上下两个轨道槽上；在方形滑套(4)的右侧面设有供L形撑杆(1)的水平杆通过的条形槽口；上支撑转轴(18)竖向固定安装在方形滑套(4)的上侧面上，下悬吊转轴(26)竖向固定安装在方形滑套(4)的下侧面上，且上支撑转轴(18)与下悬吊转轴(26)位于同一轴线上；两个滑移机构顶部的两根上支撑转轴(18)均转动式安装在平台底板(19)的下侧面上；供电机构安装在两根下悬吊转轴(26)的下端上；
供电机构包括固定板(27)和蓄电池(28)；固定板(27)为上侧板、竖向侧板以及下侧板构成的C形板，蓄电池(28)嵌入安装在C形板上；两个滑移机构底部的两根下悬吊转轴(26)均转动式安装在上侧板的上侧面上；蓄电池(28)分别为温度传感器(21)、湿度传感器(22)、微处理器以及UWB通信单元供电；
滑移驱动机构包括固定在方形滑套(4)左侧面上的防护壳(8)以及位于防护壳(8)内的齿轮驱动机构；齿轮驱动机构包括驱动电机(16)、减速器(17)、齿轮轴(11)、驱动齿轮(12)、两根拉簧(15)以及两个方形安装座(10)；在方形滑套(4)的左侧面上水平设置有两块水平支撑板(9)；在两块水平支撑板(9)上对应位置处均设置有一个条形限位孔，且条形限位孔的长度方向与方形滑套(4)的左侧面垂直；在方形安装座(10)的侧边上设有条形限位槽；两个方形安装座(10)分别滑动式安装在上下两个条形限位孔上，且条形限位槽卡扣在条形限位孔的边缘上；齿轮轴(11)的两端旋转式安装在两个方形安装座(10)上；驱动齿轮(12)固定安装在齿轮轴(11)上；在方形滑套(4)的左侧面上且位于驱动齿轮(12)处设有条形齿轮孔；在巡检轨道(2)的左侧边上设有驱动齿条(7)；驱动齿轮(12)穿过条形齿轮孔后与驱动齿条(7)相啮合；在下侧的方形安装座(10)上设有电机安装板(13)；驱动电机(16)和减速器(17)均安装在电机安装板(13)上；驱动电机(16)的输出轴驱动减速器(17)旋转工作，减速器(17)的输出轴驱动齿轮轴(11)旋转；在控制盒(20)内设有电机驱动电路；微处理器通过电机驱动电路控制驱动电机(16)启停工作；在上侧的方形安装座(10)上以及减速器(17)的下侧均设有一个凸块(14)；两根拉簧(15)的一端分别固定在两个凸块(14)上，另一端分别固定在方形滑套(4)的左侧面上；蓄电池(28)为电机驱动电路以及驱动电机(16)供电；驱动电机(16)为带刹车步进电机。
2.根据权利要求1所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：充电机构包括方形机构外壳(33)以及设置于方形机构外壳(33)内的锁紧结构、线路板(37)以及两个导电结构；方形机构外壳(33)固定安装在L形撑杆(1)的竖向杆上；在固定板(27)的竖向侧板外侧垂直设置有上下两根电极柱(29)；两根电极柱(29)分别与蓄电池(28)的正负电极电连接；在上下两根电极柱(29)之间设有电机关断开关；在方形机构外壳(33)的左侧面平行设有两个条形滑槽(53)；在方形机构外壳(33)的左侧面且位于两个条形滑槽(53)之间设有导向滑槽(54)；在固定板(27)的竖向侧板外侧还设有一个RFID读卡器(30)；在方形机构外壳(33)的侧面还设有进入RFID标签(51)和离开RFID标签(31)；锁紧机构包括电动伸缩杆(38)、两根固定杆(39)以及一个限位座(40)；两根固定杆(39)平行固定安装在方形机构外壳(33)内；限位座(40)固定安装在两根固定杆(39)的端部上，并在限位座(40)上设有伸缩限位孔；电动伸缩杆(38)位于两根固定杆(39)之间，且电动伸缩杆(38)的伸缩端部(52)贯穿伸缩限位孔后伸入导向滑槽(54)内；在线路板(37)上设有充电控制器、充电4G通信模块、电子开关、充电电路以及电压采集电路；充电控制器分别与充电4G通信模块、电动伸缩杆(38)、电子开关以及电压采集电路电连接；充电控制器通过电子开关控制充电电路的供电通断；导电结构包括两个冂形支架(34)、两个压簧(36)以及一根导电条(35)；在两个条形滑槽(53)的槽边上均设有与方形机构外壳(33)内部连通的导电条窗口；两个冂形支架(34)固定安装在方形机构外壳(33)内部，两个压簧(36)的一端分别安装在两个冂形支架(34)的横向杆上，两个压簧(36)的另一端均固定安装在导电条(35)上；两个导电结构分别靠近两个条形滑槽(53)处安装，且两根导电条(35)的两端均翘起，中部由导电条窗口凸出至条形滑槽(53)内并与条形滑槽(53)的槽边相平行；电压采集电路的输入端分别与两根导电条(35)电连接；充电电路的输出端分别与两根导电条(35)电连接；RFID读卡器(30)和电机关断开关均与微处理器电连接；供电机构经过充电机构时，两根电极柱(29)分别伸入两个条形滑槽(53)内，并沿条形滑槽(53)移动，电机关断开关沿导向滑槽(54)移动，两根导电条(35)分别弹性按压在两根电极柱(29)上，电动伸缩杆(38)的伸缩端部(52)伸出后与电机关断开关接触，RFID读卡器(30)先后读取进入RFID标签(51)和离开RFID标签(31)；充电4G通信模块与远程监控机构无线通信；蓄电池(28)为RFID读卡器(30)供电。
3.根据权利要求2所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：电机关断开关包括开关安装座、后撑板(41)、档条(32)、支撑压簧(42)、按压柱(45)、回弹压簧(47)、固定触头(49)以及弹簧片(48)；开关安装座固定安装在固定板(27)的竖向侧板外侧面上，并在开关安装座内设有安装腔；后撑板(41)固定安装在开关安装座上，档条(32)的铰接端边缘通过铰接轴(43)铰接安装在开关安装座上；档条(32)与后撑板(41)相对，支撑压簧(42)弹性支撑安装在档条(32)与后撑板(41)之间；在安装腔内设有导向支座(44)，并在导向支座(44)上设有导向滑孔；弹簧片(48)的一端固定安装在安装腔的内壁上，另一端设有动触头(50)；固定触头(49)固定安装在安装腔的内壁上，且与动触头(50)相对；回弹压簧(47)弹性支撑安装在安装腔的内壁与弹簧片(48)之间，弹性支撑使得动触头(50)远离固定触头(49)；固定触头(49)接地，动触头(50)与微处理器电连接；按压柱(45)滑动式安装在导向滑孔上，且按压柱(45)的一端贯穿安装腔的腔壁按压在档条(32)铰接端的端面上，另一端按压在弹簧片(48)上，用于推动动触头(50)接触固定触头(49)；在按压柱(45)上设有防止按压柱(45)脱离导向滑孔的限位凸圈(46)；供电机构经过充电机构时，档条(32)与后撑板(41)同时伸入导向滑槽(54)内，且档条(32)用于与电动伸缩杆(38)的伸缩端部(52)接触。
4.根据权利要求2所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：远程监控机构包括服务器、显示屏、存储器以及基站4G通信模块；服务器分别与显示屏、存储器以及基站4G通信模块电连接；充电4G通信模块与基站4G通信模块无线通信；检测平台机构还包括一个与微处理器相连的终端4G通信模块；蓄电池(28)为终端4G通信模块供电；终端4G通信模块与基站4G通信模块无线通信。
5.根据权利要求2所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：在两根导电条(35)上均设有一个弧形凹陷(55)；电动伸缩杆(38)的伸缩端部(52)伸出后与电机关断开关接触时，两根电极柱(29)分别滑入两个弧形凹陷(55)。
6.根据权利要求1所述的基于UWB的变电站智能巡检定位系统，其特征在于：检测平台机构还包括旋转云台(24)和摄像头(25)；旋转云台(24)安装在控制盒(20)的顶部；摄像头(25)安装在旋转云台(24)上；旋转云台(24)和摄像头(25)均与微处理器电连接。
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