變電站攝像機運檢保護裝置設計與分析

朱 健

（揚州供電公司檢修分公司高郵運維站，江蘇 揚州225600）

1 研究內容

本項目研究采用升降式導軌支架安裝高壓設備區攝像機的方式，實現攝像機在構架上的自如升降、定位，并可通過統一平臺軟件調整攝像機的上下、左右移動，這樣可以達到2個目的：（1）通過增加攝像機的監視范圍，用較少的攝像機實現更好的監視效果，從而減少高壓設備區攝像機的安裝數量；（2）攝像機維護和檢修的免停電、免登高作業，極大降低了視頻監控系統維護過程中的安全風險。

2 總體設計

基于變電站視頻監控系統統一平臺技術支撐，增加攝像機運檢保護裝置485接口Modbus通信規約，規約中對接口通信方式進行明確定義，使后臺遠程控制攝像機運檢保護裝置的上升、下降等動作，實現攝像機安裝與維護的簡易化、安全化作業。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

3 單片機設計

系統的核心——單片機，使用基于Modbus協議的RS485總線通信方式，可以通過撥碼開關來選擇本卡地址以及波特率。

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器和其他設備之間可以經由網絡（例如以太網）通信，它已經成為一種通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。

RS485收發器采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有較高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。使用RS485總線，一對雙絞線就能實現多站聯網，構成分布式系統，設備簡單，價格低廉，能進行長距離通信，故得到廣泛應用。

CPU選用AT89C5l高性能CMOS8位微處理器作為控制芯片。AT89C51自帶4kB閃爍可編程、可擦除只讀存儲器，結構簡單，并且可以在編程器上實現閃爍式的電擦寫幾萬次以上，使用方便。同時采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS－51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式系統提供了一種靈活性高且價廉的控制方案。

AT89C51的引腳結構如圖2所示，其說明如下：（1）復位電路：本設計采用上電復位形式，微控制器上電后，系統時鐘啟動，當復位引腳第9引腳接高電平并且時間超過2個機器周期，即可完成復位操作。（2）開關控制電路：AT89C51單片機復位后P0～P3口初始狀態為0FFH，通過按鈕開關控制電機的換向，系統不斷檢測P3.2～P3.3引腳的狀態，按鈕按下，系統檢測到低電平，執行相關操作，否則在上拉電阻和＋5V電源作用下始終保持高電平，如圖3所示。

圖2 AT89C51的引腳結構

圖3 開關控制電路

4 系統抗干擾措施

對于一個控制系統，抗干擾設計可以從2個方面來進行，一是采取硬件措施抗干擾，另外還可采取軟件措施抗干擾，絕大多數情況下，這2方面的措施應該同時進行。

硬件抗干擾技術通常包括接地技術、屏蔽技術、長線傳輸的抑制技術、共模和差模干擾的抑制技術、供電系統抗干擾技術、印刷電路板抗干擾技術等。

本裝置在硬件電路設計時采取了多種抗干擾措施，主要體現在：（1）輸出通道進行光電隔離；（2）電源供電部分可靠接地；（3）合理布置印刷電路板上的器件和配線。

4.1 光電耦合電路

光電耦合器由發光源和受光器2部分組成。當有電流流過發光二極管時，發光二極管發光。光敏三極管接受光照后即可導通，從而產生電信號。使用光電耦合器時必須接外電路，主要考慮接驅動器和外接電阻，如圖4所示。

4.2 功率放大電路

功率放大電路的功能是將環形分配器送來的弱電信號變為強電信號，在這里采用單電壓驅動電路，如圖5所示。

圖4 光電耦合電路

圖5 功率放大電路

5 通信協議

串口通信定義如下：（1）默認波特率：9600，1個起始位，8個數據位，1個停止位，無校驗位。（2）默認地址：0x01。（3）默認通信接口：RS485接口。指令簡表如表1所示。

表1 指令簡表

6 機械設計

變電站攝像機運檢保護裝置由高強度鋁合金軌道、工作臺（攝像機安裝底座）、起升機構3部分組成，滑道的長度和起升鋼絲繩滾筒尺寸由攝像頭的工作高度決定，軌道安裝在高桿桿體的外臂上；工作臺與起升機構為一體，隨工作臺的升降而上升、下降；連接攝像機的電源、視頻、控制電纜在軌道內也隨工作臺移動。

裝置具有無源自動鎖緊保護功能，斷電情況下攝像機不會移動，杜絕了攝像機意外墜落的安全隱患。

裝置采用組合式構件，升降軌道長度可自由選擇，適用于不同環境，同時保證了裝置現場安裝時的安全性。

如圖6所示，本地按鈕控制時，把控制攝像機升降操作控制器的插頭插在電氣箱內的控制插座上，按動上升按鈕，此時驅動電機5運轉帶動蝸輪蝸桿減速機3勻速工作，上升、下降的速度為2.3m／min；蝸輪蝸桿減速機3的齒輪傳動鋼絲繩卷筒2的齒輪，此時鋼絲繩卷筒2在齒輪的傳動下把提升鋼絲繩整齊有序地自動纏繞在筒上；提升鋼絲繩不斷地纏繞在鋼絲繩卷筒2上的同時提升了工作平臺的小車；在工作平臺小車不斷提升時，小車兩側滾輪1、4、8、10和小車中間的防擺動滾輪6、9同時沿著軌道勻速滾動；攝像機安裝在平臺7上（安裝數量可根據要求設計）。

圖6 機械設計圖

7 結語

通過攝像機運檢保護裝置，徹底解決了攝像機維護工作中因安裝時距離帶電設備近、安裝高度較高等存在安全隱患而需要待停電處理或登高作業，導致故障不能及時處理的問題。

本項目的研究與應用，大大提高了變電站視頻監控系統的維護技術水平，有效解決了維護人員維護條件限制及工作安全問題，提高了維護工作效率，實現了變電站攝像機運檢模式的新突破。

［1］李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005

［2］虞日躍，史洪源.RS485總線的理論與實踐［J］.電子技術應用，2001（11）

［3］李海萍.機械設計基礎［M］.北京：機械工業出版社，2005

［4］CJ／T3076—1998 升降式高桿照明裝置［S］