基于MFC的变电站巡检机器人系统研制

方案原理框架如图4所示。

选择自主巡检模式后，转角编码盘实时反馈小车行进速度，e（t）为理想速度输出与实际速度输出的误差，这个误差信号通过PID调节得到输出量u（t）。u（t）被送到执行机构，通过PWM功率调节器来调节电机功率的输入，从而实现驱动轮的差速转弯与匀速前进。

本文设计加入了N极8位电磁传感器与RFID读卡器，其运行轨迹如图5所示。磁传感器跟随磁轨迹按预定轨迹行走，到达路口处RFID读卡器对RFID标志位进行读取与识别，按控制系统设定实现车体直行与转弯。控制系统在路口设定转弯路线的同时，也预定了移动车体的左转、右转与直行的双轮速度目标值。在车体行进过程中，得到速度目标值，经PID调节，输出功率可匹配当前实际速度，实现了平滑转弯与匀速直行。行进至停车检测点，读取RFID标志位信息，实现定时定点停车及设备检测。

1.3 通讯功能

变电站巡检机器人需实时观测并传输高清视频数据，故对传输距离与传输速率都提出了较高要求。本文采用5.8 GHz工业级车载一体化无线网桥，TDMA（时分多址）通信协议[11]的通讯速率可达40 Mb/s，可视传输距离可达1 000 m以上，能实现移动站与多基站连接的快速切换。通过多基站的设定与连接，可实现大范围内计算机与移动机器人的实时通讯。

2 软件系统工作方式

本文设计的巡检机器人系统软件包括基站系统、移动站系统与双光谱系统。基站系统运行在MFC系统下，利用无线传输将可见光摄像机和红外热像仪采集到的图像信息传输到上位机客户端。移动站系统以STM32为控制核心，采用C++编程，经Socket接收指令完成相关动作[12]。双光谱系统以厂家提供的SDK开发包为基础，通过主程序的调用以实现特定目标。

2.1 基站系统结构分析

基站系统也称为上位机客户端，可以远程控制机器人，以实现对机器人现场巡检作业的监控。系统设计大致分为四部分，即界面设计，文件操作，多媒体应用，数据库。界面设计作为人机交互界面，是整个系统的控制面板，包含了大部分操作指令的控制与双光谱系统视频的呈现。文件操作是指在上位机客户端操控界面上对机器人运动、云台控制的操作按键。点击按键向集中控制器发送控制指令，进而完成对机器人的整体操控。双光谱系统、电磁传感器、超声波传感器与RFID读卡器等都可作为多媒体应用。数据库中主要存放拍摄到的视频图像与生成的报表。围绕这四大部分展开的关键系统文件及其作用如图6所示。

本文设计的MFC程序主体思想是进入主程序之后，配置巡检机器人的3个IP地址，分别为机器人车体总IP地址，红外热像仪IP，可见光摄像机IP。三者须统一网段，本设计统一为192.168.192.XX。经网络配对，连接总IP地址，进入主界面（CMainFrame），生成后台操作界面（CMainFrame：：Create）。通过头文件（SelectDevice.h）中的子程序（CRealPlayDlg：：OpenIR）和（CRealPlayDlg：：Login）设置红外热像仪与可见光摄像机的IP 地址。调用Resource中红外热像的SDK 和可见光的SDK ，实现对两者的综合管理，显示红外热像（CVideoInfraredDisplay）和可见光图像（CVideoDisplay）的窗口。连接车体总IP后，在客户端界面与移动车体之间建立通信系统，运用 SendDataInSocket来实现接收、发送指令。指令主要包括小车行驶模式的串口指令、云台转动指令、视频录像与拍照、RFID标签识别与设定等。

2.2 移动站巡检系统流程

本文设计的巡检机器人具有两种工作模式，即智能巡检与手动巡检。工作流程如图7所示。

系统连接后，在MFC应用界面进行模式选择，选择智能巡检模式时，机器人按照预定轨迹行走，当遇到障碍物时停车，否则继续行走。经RFID标志位识别到达指定位置，然后开启双光谱系统对电力设备进行检测。将获得的电力设备红外图像、可见光图像传输至上位机。如果巡检结束，则等待下一步命令，否则按磁轨迹引导，走向下一个指定点。当选择人工控制巡检模式时，工作人员通过上位机给机器人发送指令。当变电站巡检机器人到达指定位置后，进行双光谱图像拍摄与图像传输。巡检作业未完成则返回模式选择，重新选定模式，否则结束巡检。

3 测试与运行结果分析

实际测试中的系统软件开发界面包含红外与可见光两个视频显示窗口、模式控制指令区域、可见光控制指令区域、小车控制指令区域、红外控制指令区域等。系统软件开发界面如图8所示。

变电站巡检机器人的突出特点在于其双光谱通道扫描与显示。利用本系统机器人对电力设备进行检测，获得的3组热故障设备图像如图9所示，左边为可见光图像，右边为红外图像。图9（a）为断路器下接头A相发热，图9（b）為B相开关侧接头发热，图9（c）为隔离开关动静触头发热，都是接触不良引起的热故障。双光谱图对比与呈现效果表明：可见光图像利于设备识别和人眼观看；红外图像利于设备热故障诊断[13]。实践结果表明，本文设计能够按照预定路线对线路上的目标电力设备进行可见光与红外图像采集，提升巡检效率。

4 结 语

本文根据当前自动化设备发展及电力市场的需要，研制出一种以磁轨道和PID调速为行进方式、以RFID为定位手段的巡检机器人系统。采用MFC应用程序开发出一套集多维运动方式控制、多种传感数据融合、多光谱通道扫描显示和故障诊断为一体的系统监控软件。本文设计在满足基本巡检功能的基础上，采用模块化设计，提高了巡检机器人结构的紧凑性，同时降低了研发难度。通过在变电站现场实际测试，能够实现目标电力设备双光谱图像采集，实现自主导航，达到了系统设计的要求。本套巡检机器人系统为电力设备的可靠运行提供了保证，具有广阔的市场前景以及较大的使用价值。

参考文献

[1]孙国凯，韩刚.变电站巡检方式对比及智能巡检机器人[J].农村自动化，2008（4）：30-32.

[2]谭民，王硕.机器人技术研究进展[J].自动化学报， 2013，39（7）：963-972.

[3] ALLAN J F， BEAUDRY J. Robotic systems applied to power substa-tions-A state-of-the-art survey[C]∥Applied Robotics for the PowerIndustry. Foz do Iguassu， Brazil： IEEE， 2014：1-6.

[4] BEAUDRY J， POIRIER S. Véhiculetéléopéré pour inspection visuelleet thermographiquedans les postes de transformation：IREQ-2012-0121[R]. [S.l.]： [s.n.]， 2012.

[5] TANG W H， SPURGEON K， WU Q H， et al. An evidential reasoning approach to transformer condition assessments[J]. IEEE Transactions on Power Delivery， 2004， 19（4）： 1696-1703.

[6]杨旭东，黄玉柱，李继刚，等.变电站巡检机器人研究现状综述[J].山东电力技术， 2015， 42（1）： 30-34.

[7]鲁守银，钱庆林，张斌，等.变电站设备巡检机器人的研制[J].电力系统自动化，2006，30（13）：94-98.

[8]徐璇，姜明新，黄静，等.基于MFC的工程软件界面设计[J].电子设计工程，2011，19（21）：12-13.

[9]周立辉，张永生，孙勇，等. 智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化， 2011， 35（19）：85-88.

[10]杨晓岚.PID 算法在智能车中的应用[J].实验科学与技术，2010，8（4）：187-189.

[11]洪家平， 董武世.基于嵌入式系统的时分多址通信协议的实现[J].微计算机信息， 2005，21（6z）：32-34.

[12]陈兵， 沈学馗.socket 通信平台的设计与实现[J].小型微型计算机系统， 1996， 17（9）：40-45.

[13]崔昊杨， 许永鹏， 曾俊冬， 等.电气设备故障红外诊断现状及发展趋势[J].上海电力学院学报，2013，29（3）：271-275.