軌道式巡檢機(jī)器人通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軌道式巡檢機(jī)器人通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文圍繞軌道式巡檢機(jī)器人通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開討論，通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括總體結(jié)構(gòu)、硬件體系結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)，掌握每種結(jié)構(gòu)在通信系統(tǒng)中的特點(diǎn)和性能，進(jìn)一步優(yōu)化和完善上述結(jié)構(gòu)，可以提高通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用能力，使軌道式巡檢機(jī)器人運(yùn)行更加穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：變電站；機(jī)器人；無線局域網(wǎng)；紅外熱像儀；串口網(wǎng)關(guān)；引言：電力自動(dòng)化生產(chǎn)水平不斷提高，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的巡檢模式已經(jīng)無法滿足巡檢需求。在輸電線路上構(gòu)建軌道，使用機(jī)器人開展巡檢工作，既能提高巡檢質(zhì)量，針對(duì)存在的問題及時(shí)處理，又能降低安全事故發(fā)生的概率。在軌道式巡檢機(jī)器人開展巡檢作業(yè)時(shí)，通信系統(tǒng)發(fā)揮至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)向機(jī)器人實(shí)時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確的信息，精準(zhǔn)控制巡檢工作的每個(gè)環(huán)節(jié)。1.通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人是由機(jī)器人、基站以及移動(dòng)站組成，基站通過計(jì)算機(jī)CPU，實(shí)時(shí)控制機(jī)器人的移動(dòng)速度，并且監(jiān)控機(jī)器人的儀表使用、電源使用以及設(shè)備等情況。移動(dòng)基站的功能在于控制基站的移動(dòng)狀態(tài)，并且通過圖形和語(yǔ)音，向控制平臺(tái)發(fā)送信息，其中包含預(yù)警信息，一旦發(fā)現(xiàn)輸電線路存在問題，移動(dòng)基站會(huì)進(jìn)入到檢測(cè)以及處理狀態(tài)，及時(shí)消除線路中的問題。巡檢機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作時(shí)，由于輸電系統(tǒng)配置較多的設(shè)備，運(yùn)行以及結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巡檢機(jī)器人在巡檢工作中，需要基站和移動(dòng)基站相互配合，共同完成信息交互工作。信息交互工作需要建立在穩(wěn)定的通信系統(tǒng)上，優(yōu)化和完善通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以提高巡檢機(jī)器人的運(yùn)行水平。1.通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)巡檢機(jī)器人的通信控制結(jié)構(gòu)由基站和移動(dòng)站組成，基站包括GPS天線、無線網(wǎng)橋、HUB、GPS定位系統(tǒng)以及基站控制計(jì)算機(jī)，此外還使用到電機(jī)控制及反饋線、RJ-45雙絞線、語(yǔ)音視頻連接線以及串行控制線。移動(dòng)站在基站原有的基礎(chǔ)上，會(huì)使用到云臺(tái)解碼器、遙控接收器、激光雷達(dá)以及超聲傳感器，不同的設(shè)備具備不同的功能，如云臺(tái)解碼器，會(huì)連接到串口分配器、運(yùn)動(dòng)控制模塊，并且借助移動(dòng)站音像處理計(jì)算機(jī)，可以使電機(jī)完成左驅(qū)、右驅(qū)以及轉(zhuǎn)向等作業(yè)。在構(gòu)建無線局域網(wǎng)過程中，無線網(wǎng)橋連接主要的通信設(shè)備，連接標(biāo)準(zhǔn)按照IEEE802.11b要求執(zhí)行，提升局域網(wǎng)絡(luò)的兼容能力。在通信系統(tǒng)傳輸信息時(shí)，使用國(guó)際ISM2.4GHz微波頻道，可將信息傳輸速率提升至11Mbps，極大的滿足通信需求，并且將系統(tǒng)的發(fā)射功率保持在20dBM，頻率穩(wěn)定性保持正負(fù)25ppm范圍內(nèi)。此外為增強(qiáng)通信系統(tǒng)的保密能力，設(shè)置WEP加密、SNMP鑒定許可訪問權(quán)限。在大規(guī)模輸電線路中進(jìn)行巡檢作業(yè)，需要精準(zhǔn)定位巡檢機(jī)器人的位置。在確定機(jī)器人位置時(shí)，會(huì)使用到GPS技術(shù)，在通信系統(tǒng)中，會(huì)使用到串形口RS232接收機(jī)，保證GPS信號(hào)滿足差分處理要求，從而提高定位的精度。使用串口分配器可以提供更多的連接條件，其中連接計(jì)算機(jī)控制服務(wù)器，可以構(gòu)建無線局域平臺(tái)，在平臺(tái)內(nèi)向基站下達(dá)監(jiān)控命令。在下達(dá)監(jiān)控命令時(shí)，會(huì)使用到可見光攝像機(jī)，可見光攝像機(jī)控制接口連接到紅外熱像采集設(shè)備，將收集的信息及時(shí)傳入到基站中。紅外熱像采集設(shè)備具備較高的計(jì)算能力，在采集數(shù)據(jù)過程中，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算工作后，可以避免計(jì)算機(jī)承受較高的負(fù)荷，保證計(jì)算機(jī)可以正常的運(yùn)行。1.機(jī)器人本體通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)1.無線局域網(wǎng)工作方式無線網(wǎng)橋主要連接基站和移動(dòng)站，在連接移動(dòng)站時(shí)，會(huì)在連接中配置多種設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、視頻服務(wù)器以及串口等，并采用SwitchHUB的模式進(jìn)行連接。此外該模式會(huì)為不同的設(shè)備分配IP地址，保證每個(gè)設(shè)備處于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接狀態(tài)，避免通信出現(xiàn)問題。巡檢機(jī)器人利用無線局域網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，主要使用到RS232接口，該接口可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和傳輸。1.1.監(jiān)視、檢測(cè)的控制通信系統(tǒng)機(jī)器人在運(yùn)行過程中，需要通過通信系統(tǒng)控制監(jiān)視和檢測(cè)巡檢工作，保證機(jī)器人可以正確的完成巡檢作業(yè)。在通信系統(tǒng)中主要使用三種通信方式，分別為云臺(tái)控制、可見光監(jiān)視控制以及紅外檢測(cè)控制。1.1.機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)，主要由移動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)，并且利用串口分配器，采用A/D采集、I/O采集以及PMAC等模式，將數(shù)據(jù)輸入到不同的系統(tǒng)和設(shè)備中。以I/O采集模式為例，將移動(dòng)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，輸入到雷達(dá)激光、超聲傳感器以及GPS中，以便幫助機(jī)器人完成數(shù)據(jù)采集工作。1.通信系統(tǒng)的軟件1.機(jī)器人的通信協(xié)議1.命令協(xié)議結(jié)構(gòu)命令協(xié)議結(jié)構(gòu)由多種協(xié)議組成，包括START、COMMAND以及XOR，其中START規(guī)定使用的命令為0xAA。此外還為命令協(xié)議設(shè)定命令參數(shù)，如PARAMETER。命令協(xié)議結(jié)構(gòu)用于下達(dá)操作命令，控制機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。1.1.1.響應(yīng)協(xié)議結(jié)構(gòu)響應(yīng)協(xié)議結(jié)構(gòu)由多種協(xié)議組成，其中主要協(xié)議為RESPONSE，在發(fā)出響應(yīng)協(xié)議時(shí)，規(guī)定命令為0xA5S1，S2，S3-STATUS。響應(yīng)協(xié)議結(jié)構(gòu)可以下達(dá)簡(jiǎn)單的命令，使機(jī)器人進(jìn)入到傳送狀態(tài)。1.1.機(jī)器人無線局域網(wǎng)通信協(xié)議機(jī)器人無線局域網(wǎng)通信協(xié)議由握手通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)組成，兩種結(jié)構(gòu)的運(yùn)行功能基本相同，均包含數(shù)據(jù)類型統(tǒng)計(jì)、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)大小以及校驗(yàn)等。在通信數(shù)據(jù)進(jìn)入到握手通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，會(huì)為基站和移動(dòng)站確定數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且按照機(jī)器人運(yùn)行要求，使數(shù)據(jù)進(jìn)入到指定設(shè)備中，完成巡檢任務(wù)。1.1.協(xié)議特點(diǎn)協(xié)議特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，對(duì)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析數(shù)據(jù)輸入到無線局域網(wǎng)中，采用串口控制協(xié)議方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；其次，采用定長(zhǎng)幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證使用正確的字節(jié)，從而快速響應(yīng)數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)中的傳輸要求；最后，若在通信過程出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以及時(shí)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人通信系統(tǒng)時(shí)，充分利用無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使通信系統(tǒng)具備較高的抗干擾能力，并且增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性和穩(wěn)定性。此外提高通信系統(tǒng)的軟件開放水平，通過應(yīng)用無線網(wǎng)橋以及移動(dòng)站等，保證通信系統(tǒng)的處于良好的整體狀態(tài)，一方面精準(zhǔn)確定機(jī)器人在巡檢工作的位置，另一方面提高機(jī)器人應(yīng)對(duì)復(fù)雜巡檢作業(yè)的能力。參考文獻(xiàn)：殷波，鄧恒，樊大偉.基于條碼技術(shù)的變