一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统。


背景技术：

2.随着我国电网建设的快速发展，输电线路施工作业经常跨越各种输电通道、高速公路、铁路等，为了保证被跨越物正常运行，需要进行封网施工作业，在被跨越物上方铺设绝缘网，防止输电线路高空施工出现意外对被跨越物造成的影响。传统的封网作业通常采用搭设盘扣式跨越架封网或人力飞车封网，其中，搭设盘扣式跨越架封网是利用在被跨越物两侧搭建脚手架高台，架设迪尼玛承载绳，再封网保护被跨越物。这样的施工作业存在施工成本高、施工工期长以及跨部门协调难度大等缺点。人力飞车封网是作业人员使用人力飞车在承载绳上进行封网，虽然避免了搭建跨越架，但是作业人员处于高空、高压、强电场的环境中，具有高空作业风险大，人身伤亡事故的潜在危险高等缺点。此外，传统封网方式受地形限制大，如在山地大跨越、大档距、低弧垂处无法进行封网作业。
3.输电线路多功能作业车是用于输电线路高空作业的一种自动化装置，可替代传统封网作业方式，避免搭建盘扣式跨越架、替换人力飞车在高空作业封网，还可进行更换地线和更换导线等多功能作业。但是输电线路高空作业处于高电压、复杂电磁干扰的环境，输电线路多功能作业车在高空作业时存在通信距离远、干扰因素多等特点，容易产生误动作，影响正常施工，引发生产安全事故。针对相关技术中的上述问题，目前还未有提供任何解决有效解决方案。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统，能够实现输电线路多功能作业车远程通信控制，实现数据通信和远程遥控。
5.根据本发明的一方面，本发明一实施例提供的一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统，包括：输电线路多功能作业车和便携式手持遥控终端。
6.增加便携式手持遥控终端，可以实现对输电线路多功能作业车在高空、远距离、复杂电磁环境下的通信控制，并且可以同时控制多组输电线路多功能作业车作业，达到互不干扰的效果。
7.在一实施例中，所述输电线路多功能作业车包括主控模块、传感器模块、电机驱动模块、伺服电机、作业车电源模块和作业车无线通信模块；所述便携式手持遥控终端包括微处理器模块、按键输入模块、显示输出模块、终端电源模块、终端无线通信模块。
8.电机驱动模块接收主控模块的pwm驱动信号，驱动直流伺服电机转动，使输电线路多功能作业车在高空承载绳上移动。
9.在一实施例中，所述主控模块与所述传感器模块、所述电机驱动模块、所述伺服电机、所述作业车电源模块、所述作业车无线通信模块连接，所述主控模块采用型号为
stm32f103vet6的单片机。
10.主控模块采用高性能、低功耗微处理器stm32f103系列芯片。由于主控模块功能较多，并考虑到以后的功能拓展，因此选用功能引脚较多的stm32f103vet6芯片。主控模块对便携式手持遥控终端发来的控制指令进行运算，输出驱动电机信号给电机驱动芯片，将传感器信息和24v20ah锂电池的电压信息整合输出给作业车无线通信模块。
11.在一实施例中，所述微处理器模块与所述按键输入模块、所述显示输出模块、所述终端电源模块、所述终端无线通信模块连接，所述微处理器模块采用型号为stm32f103c8t6的单片机。
12.由于便携式手持遥控终端模块较少，同时为了减少体积，微处理器模块采用stm32f103c8t6芯片。按键输入模块包含按键与微处理器模块连接，用于输入控制指令。显示输出模块包括一块5.6寸lcd屏幕，lcd屏幕与微处理器模块连接，lcd屏幕用于显示输电线路多功能作业车状态信息。
13.在一实施例中，所述传感器模块包括：光电码盘，用于检测所述输电线路多功能作业车在高空承载绳上的移动距离；陀螺仪，用于检测所述输电线路多功能作业车高空移动时的姿态数据；压力传感器，用于检测所述输电线路多功能作业车对承载绳的压力数据；拉力传感器，用于检测所述输电线路多功能作业车对封网装置的拉力数据。
14.传感器模块包括光电码盘、陀螺仪、压力传感器和拉力传感器，其中光电码盘用来采集输电线路多功能作业车在承载绳上的位移数据；陀螺仪用来采集输电线路多功能作业车高空作业时的姿态信息；压力传感器用来采集输电线路多功能作业车对承载绳的压力；拉力传感器用来采集输电线路多功能作业车对封网装置的拉力。
15.在一实施例中，所述作业车电源模块包括：24v锂电池、电池充放电保护电路、dc/dc转换电路、电压检测电路；所述终端电源模块包括：3.7v锂电池、电源管理电路、低压报警电路。
16.24v20ah锂电池为作业车的能量来源，电池充放电保护电路用来防止锂电池过充电过放电；dc/dc转换电路将24v锂电池转换出12v、5v和3.3v，其中12v电压为传感器供能，5v电压为电压检测电路和作业车无线通讯模块供能，3.3v为主控芯片供能；电压检测电路实时检测24v20ah锂电池的电压状态并传送给主控模块。
17.终端电源模块的3.7v锂电池为便携式手持遥控终端的能量来源；电源管理芯片可对3.7v锂电池充电，也可将3.7v锂电池转换为5v和3.3v电压，5v电压供给显示输出模块和使用终端无线通信模块使用，3.3v供给微处理器模块和按键输入模块；低压报警电路用来检测3.7v锂电池状态，当3.7v锂电池电压降到3.4v时，低压报警电路会向微处理器模块发送低电压信号，用来提醒充电。
18.在一实施例中，所述作业车无线通信模块和所述终端无线通信模块均为lora无线通信芯片。
19.lora无线通信芯片具有以下优点：一、高灵敏度、抗干扰性强；抗干扰性强是lora无线通信芯片的优势之一，因lora无线通信芯片选用lora无线扩频技术，具有高接收灵敏度
‑
139dbm，相比传统gfsk、fsk模块具有更好的穿透力，可以大大减少网关数量和施工成本。二、传输距离远；在山野丛林、湖泊等复杂环境中，工业控制领域常常要求通信传输距离远。lora无线通信芯片空旷传输距离5000米以上，可以解决低功耗和远距离不能兼得的难
题，适用于需要无线抄表和工业控制等项目方案中。三、低功耗；为了节约能源，降低热量，从而延长产品的使用寿命，这对于需要电池供电的设备来说尤其重要。挑选低功耗的lora无线通信芯片，在节约能源、延长产品使用寿命上，具有重要意义。
20.在一实施例中，所述便携式手持遥控终端用于实时显示所述输电线路多功能作业车的运行状态，当远程控制所述输电线路多功能作业车进入待机模式时，所述便携式手持遥控终端关闭所述传感器模块和所述电机驱动模块，使所述主控模块处于休眠模式。
21.当输电线路多功能作业车处于待机状态时，便携式手持遥控终端可发送休眠指令，远程关闭传感器模块和电机驱动模块，使主控模块处于休眠模式降低待机功耗，延长输电线路多功能作业车在高空作业的待机时长。
22.在一实施例中，所述作业车无线通信模块和终端无线通信模块均设置通信密匙，所述通信密匙用于防止高压电磁干扰，以私有加密数据协议进行组网通信，所述便携式手持遥控终端控制多组输电线路多功能作业车同时运行。
23.私有加密数据协议是为防止因电磁干扰或其他无线通信信号导致本系统控制指令接收错误而发明设计的，私有加密数据协议用于遥控终端向作业车的发送控制指令的正确性校验。
24.在一实施例中，所述输电线路多功能作业车和所述便携式手持遥控终端建立心跳协议，所述心跳协议用于检测所述输电线路多功能作业车是否在线；所述输电线路多功能作业车的所述主控模块设置闭锁程序，当所述闭锁程序检测到掉线或异常信号后进入待机模式。
25.输电线路多功能作业车和便携式手持遥控终端建立心跳协议，每隔0.2s向对方发送一个心跳数据包，若1s后未接收到对方的心跳数据包，输电线路多功能作业车停止发送心跳数据包并执行闭锁程序，停止执行控制指令进入待机模式，等待便携式手持遥控终端唤醒。
26.本发明实施例提供的输电线路多功能作业车远程通信控制系统的有益效果：第一，可以实现对输电线路多功能作业车在高空、远距离、复杂电磁环境下的通信控制；第二，可以同时控制多组输电线路多功能作业车作业互不干扰；第三，提高了输电线路多功能作业车的工作可靠性同时提高了续航时间。
附图说明
27.图1所示为本技术一示例性实施例提供的一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统的结构示意图。
28.图2所示为本技术另一示例性实施例提供的一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统的结构示意图。
29.图3所示为本技术一示例性实施例提供的输电线路多功能作业车的结构示意图。
30.图4所示为本技术一示例性实施例提供的传感器模块的结构示意图。
31.图5所示为本技术一示例性实施例提供的便携式手持遥控终端的结构示意图。
32.附图标记说明：输电线路多功能作业车1、主控模块11、传感器模块12、光电码盘121、陀螺仪122、压力传感器123、拉力传感器124、电机驱动模块13、伺服电机14、作业车电源模块15、作业车无线通信模块16、便携式手持遥控终端2、微处理器模块21、按键输入模块
22、显示输出模块23、终端电源模块24、终端无线通信模块25。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。
35.在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。
36.图1所示为本技术一示例性实施例提供的一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统的结构示意图，如图1所示，该输电线路多功能作业车1远程通信控制系统包括：输电线路多功能作业车1和便携式手持遥控终端2。
37.其中，可以同时存在多组输电线路多功能作业车1，一个便携式手持遥控终端2可以同时对应控制多组输电线路多功能作业车1作业，并且多组输电线路多功能作业车1之间互不干扰。
38.其中，便携式手持遥控终端2可以为便携式手持遥控器，便携式手持遥控器方便工作者手持遥控器在现场直接进行指挥，可以在观察到输电线路多功能作业车1的情况下进行遥控，便携式手持遥控终端2可以实现对输电线路多功能作业车1在高空、远距离、复杂电磁环境下的通信控制，可以同时控制多组输电线路多功能作业车1作业，并且多组输电线路多功能作业车1作业时互不干扰，提高了输电线路多功能作业车1的工作可靠性同时提高了续航时间。
39.图2所示为本技术另一示例性实施例提供的一种输电线路多功能作业车远程通信控制系统的结构示意图，如图2所示，输电线路多功能作业车1和便携式手持遥控终端2之间通信连接。输电线路多功能作业车1包括主控模块11、传感器模块12、电机驱动模块13、伺服电机14、作业车电源模块15和作业车无线通信模块16。主控模块11、传感器模块12、电机驱动模块13、伺服电机14、作业车电源模块15和作业车无线通信模块16之间通信连接。便携式手持遥控终端2包括微处理器模块21、按键输入模块22、显示输出模块23、终端电源模块24、终端无线通信模块25。微处理器模块21、按键输入模块22、显示输出模块23、终端电源模块24和终端无线通信模块25之间通信连接。
40.图3所示为本技术一示例性实施例提供的输电线路多功能作业车1的结构示意图，如图3所示，输电线路多功能作业车1包括主控模块11、传感器模块12、电机驱动模块13、伺服电机14、作业车电源模块15和作业车无线通信模块16。主控模块11与传感器模块12、电机驱动模块13、伺服电机14、作业车电源模块15、作业车无线通信模块16连接，主控模块11采用型号为stm32f103vet6的单片机。
41.其中，作业车电源模块15包括24v20ah锂电池、电池充放电保护电路、dc/dc转换电路和电压检测电路。24v20ah锂电池为作业车的能量来源，电池充放电保护电路用来防止锂电池过充电过放电；dc/dc转换电路将24v锂电池转换出12v、5v和3.3v，其中12v电压为传感器供能，5v电压为电压检测电路和作业车无线通讯模块供能，3.3v为主控芯片供能；电压检测电路实时检测24v20ah锂电池的电压状态并传送给主控模块11。
42.主控模块11采用高性能、低功耗微处理器stm32f103系列芯片。由于主控模块11功能较多，并考虑到以后的功能拓展，因此选用功能引脚较多的stm32f103vet6芯片。主控模块11对便携式手持遥控终端2发来的控制指令进行运算，输出伺服电机14信号给电机驱动芯片，将传感器信息和24v20ah锂电池的电压信息整合输出给作业车无线通信模块16。
43.图4所示为本技术一示例性实施例提供的传感器模块12的结构示意图，如图4所示，传感器模块12包括：光电码盘121，用于检测输电线路多功能作业车1在高空承载绳上的移动距离；陀螺仪122，用于检测输电线路多功能作业车1高空移动时的姿态数据；压力传感器123，用于检测输电线路多功能作业车1对承载绳的压力数据；拉力传感器124，用于检测输电线路多功能作业车1对封网装置的拉力数据。
44.传感器模块12包括光电码盘121、陀螺仪122、压力传感器123和拉力传感器124，其中光电码盘121用来采集输电线路多功能作业车1在承载绳上的位移数据；陀螺仪122用来采集输电线路多功能作业车1高空作业时的姿态信息；压力传感器123用来采集输电线路多功能作业车1对承载绳的压力；拉力传感器124用来采集输电线路多功能作业车1对封网装置的拉力。
45.电机驱动模块13接收主控模块11的pwm驱动信号，驱动直流伺服电机14转动，使输电线路多功能作业车1在高空承载绳上移动。
46.图5所示为本技术一示例性实施例提供的便携式手持遥控终端2的结构示意图，如图5所示，便携式手持遥控终端2包括微处理器模块21、按键输入模块22、显示输出模块23、终端电源模块24和终端无线通信模块25。
47.微处理器模块21与按键输入模块22、显示输出模块23、终端电源模块24、终端无线通信模块25连接，微处理器模块21采用型号为stm32f103c8t6的单片机。
48.其中，终端电源模块24包括3.7v锂电池、电源管理芯片、低压报警电路。3.7v锂电池为便携式手持遥控终端2的能量来源；电源管理芯片可对3.7v锂电池充电，也可将3.7v锂电池转换为5v和3.3v电压，5v电压供给显示输出模块23和使用终端无线通信模块25使用，3.3v供给微处理器模块21和按键输入模块22；低压报警电路用来检测3.7v锂电池状态，当3.7v锂电池电压降到3.4v时，低压报警电路会向微处理器模块21发送低电压信号，用来提醒充电。
49.由于便携式手持遥控终端2模块较少，同时为了减少体积，微处理器模块21采用stm32f103c8t6芯片。按键输入模块22包含按键与微处理器模块21连接，用于输入控制指令。显示输出模块23包括一块5.6寸lcd屏幕，lcd屏幕与微处理器模块21连接，lcd屏幕用于显示输电线路多功能作业车1状态信息。
50.作业车无线通信模块16和终端无线通信模块25均为lora无线通信芯片，作业车无线通信模块16和终端无线通信模块25的波特率、数据位、校验位、停止位、地址、通道等信息需配置一致。此外作业车无线通信模块16和终端无线通信模块25均外接天线，增强信号的
发送和接收强度。
51.lora无线通信芯片具有以下优点：一、高灵敏度、抗干扰性强；抗干扰性强是lora无线通信芯片的优势之一，因lora无线通信芯片选用lora无线扩频技术，具有高接收灵敏度
‑
139dbm，相比传统gfsk、fsk模块具有更好的穿透力，可以大大减少网关数量和施工成本。二、传输距离远；在山野丛林、湖泊等复杂环境中，工业控制领域常常要求通信传输距离远。lora无线通信芯片空旷传输距离5000米以上，可以解决低功耗和远距离不能兼得的难题，适用于需要无线抄表和工业控制等项目方案中。三、低功耗；为了节约能源，降低热量，从而延长产品的使用寿命，这对于需要电池供电的设备来说尤其重要。挑选低功耗的lora无线通信芯片，在节约能源、延长产品使用寿命上，具有重要意义。
52.便携式手持遥控终端2用于实时显示输电线路多功能作业车1的运行状态，当远程控制输电线路多功能作业车1进入待机模式时，便携式手持遥控终端2关闭传感器模块12和电机驱动模块13，使主控模块11处于休眠模式。
53.作业车无线通信模块16和终端无线通信模块25均设置通信密匙，通信密匙用于防止高压电磁干扰，以私有加密数据协议进行组网通信，便携式手持遥控终端2控制多组输电线路多功能作业车1同时运行。建立通信密匙可以实现对输电线路多功能作业车1在高空、远距离、复杂电磁环境下的通信控制，解决输电线路多功能作业车1在高空作业时存在通信距离远、干扰因素多等问题。
54.其中，私有加密数据协议是为防止因电磁干扰或其他无线通信信号导致本系统控制指令接收错误而发明设计的，私有加密数据协议用于遥控终端向作业车的发送控制指令的正确性校验。私有加密数据协议包括：
55.(1)在各作业车主控模块11和手持遥控终端的微处理器模块21预存统一的密码对照本(数据数组)；(2)手持遥控终端向输电线路多功能作业车1发送控制指令的数据包第一位为秘钥，最后一位为随机数；(3)输电线路多功能作业车1接收到数据后，将数据包除第一位秘钥外的各数据相加得到一个“地址”，通过此地址在密码对照本查找出对应的秘钥；(4)核对控制指令的数据包第一位为秘钥密匙和密码对照本的秘钥是否一致，若一致则作业车执行控制指令，向便携式手持遥控终端2返回执行标志位；若不一致，向便携式手持遥控终端2返回重新发送标志位；(5)便携式手持遥控终端2若收到执行标志位，停止发送控制指令并在显示输出模块23显示“输电线路多功能作业车1正在执行控制指令”；若未收到重新发送标志位，则再次发送控制指令(更新秘钥和随机数)。
56.输电线路多功能作业车1和便携式手持遥控终端2建立心跳协议，心跳协议用于检测输电线路多功能作业车1是否在线；输电线路多功能作业车1的主控模块11设置闭锁程序，当闭锁程序检测到掉线或异常信号后进入待机模式。
57.本发明实施例提供的输电线路多功能作业车1远程通信控制系统的有益效果：第一，可以实现对输电线路多功能作业车1在高空、远距离、复杂电磁环境下的通信控制；第二，可以同时控制多组输电线路多功能作业车1作业互不干扰；第三，提高了输电线路多功能作业车1的工作可靠性同时提高了续航时间。
58.本发明实施例提供的输电线路多功能作业车1远程通信控制系统可以减少作业人员处于高空、高压、强电场的环境中，具有高空作业风险大，人身伤亡事故的潜在危险，实现远程输电线路施工作业，可使输电线路多功能作业车1替代传统封网作业方式，避免搭建盘
扣式跨越架、替换人力飞车在高空作业封网，还可进行更换地线和更换导线等多功能作业。
59.本发明提供一种输电线路多功能作业车1远程通信控制系统的实际操作流程，当输电线路多功能作业车1远程通信控制系统开始运行时，输电线路多功能作业车1的主控模块11和便携式手持遥控终端2的微处理器模块21进行初始化，作业车无线通信模块16和终端无线通信模块25进行配对。
60.初始化和配对完成后，输电线路多功能作业车1定时向便携式手持遥控终端2发送状态信息，包括电池电量、姿态、压力和拉力信息。
61.便携式手持遥控终端2接收到状态信息后，将实时将状态信息通过显示输出模块23显示，方便使用者直接在便携式手持遥控终端2观察输电线路多功能作业车1的状态信息，实时调整输电线路多功能作业车1。
62.当便携式手持遥控终端2为发送控制指令时，通过摁下按键输入模块22对应控制指令的按键，终端的微处理器模块21向终端无线通信模块25发送对应的控制指令数据包，终端无线通信模块25经过加密无线传输给作业车无线通信模块16，作业车无线通信模块16解密后将数据包传送给作业车的主控模块11，之后主控模块11校对数据包的完整性。若数据包完整，则执行相应的控制指令，向便携式手持遥控终端2反馈“指令接收完整”信息；若数据包完整性差，输电线路多功能作业车1向便携式手持遥控终端2反馈“指令不完整”信息。终端无线通信模块25发送指令后未收到反馈消息或接收到“指令不完整”的反馈信息，会再次发送控制指令。
63.便携式手持遥控终端2还可以与移动终端建立联系，例如，便携式手持遥控终端2与手机建立通信连接，在手机里安装对应软件用于远程控制便携式手持遥控终端2，实现无人在现场的远程控制，工作人员通过远程操控手机启动按键输入模块22，终端的微处理器模块21向终端无线通信模块25发送对应的控制指令数据包，终端无线通信模块25经过加密无线传输给作业车无线通信模块16，作业车无线通信模块16解密后将数据包传送给作业车的主控模块11，之后主控模块11校对数据包的完整性。若数据包完整，则执行相应的控制指令，向便携式手持遥控终端2反馈“指令接收完整”信息，便携式手持遥控终端2再向移动终端发送“指令接收完整”信息，起到提示工作人员的作用；若数据包完整性差，输电线路多功能作业车1向便携式手持遥控终端2反馈“指令不完整”信息。终端无线通信模块25发送指令后未收到反馈消息或接收到“指令不完整”的反馈信息，会再次发送控制指令。
64.当输电线路多功能作业车1处于待机状态时，便携式手持遥控终端2可发送休眠指令，远程关闭传感器模块12和电机驱动模块13，使主控模块11处于休眠模式，降低输电线路多功能作业车1的待机功耗，延长输电线路多功能作业车1在高空作业的待机时长，起到节省能源，提高续航时间的效果。
65.输电线路多功能作业车1和便携式手持遥控终端2建立心跳协议，每隔0.2s向对方发送一个心跳数据包，若1s后未接收到对方的心跳数据包，输电线路多功能作业车1停止发送心跳数据包并执行闭锁程序，停止执行控制指令进入待机模式，等待便携式手持遥控终端2唤醒。输电线路多功能作业车1在预设时间内没有接收到便携式手持遥控终端2发送的心跳数据包时，可以确定与便携式手持遥控终端2失去联系，输电线路多功能作业车1进入到待机模式。输电线路多功能作业车1在无法与便携式手持遥控终端2建立联系时进入待机模式，可以延长输电线路多功能作业车1在高空作业的待机时长，起到节省能源，提高续航
时间的效果。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。