變電運維現場多目標超聲定位系統設計

張明清

（國網江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

變電運維現場多目標超聲定位系統設計

張明清

（國網江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

本文針對變電站運維現場現存定位精準度不足問題，借助TOA定位理論來設計了多目標超聲定位系統，以供參考。

變電站；多目標；超聲定位系統；設計；對策

0 前言

在電力系統中，為了實現電網的安全穩定且高效運行，就需要提高對變電運維管理工作的重視程度，而基于現有室內定位技術下，難以實現精準定位，進而影響到了運維管理工作的時效性。而實現多目標超聲定位系統的設計，則呢狗借助TOA定位理論為指導，搭建出無間隙室內定位網絡框架，進而在提升定位系統抗干擾能力的基礎上，提高定位精準度并為變電運維現場管理工作的科學且高效落實奠定了基礎。

1 多目標超聲定位系統構成概述

基于該定位系統下，其主要是由智能定位終端、傳感器節點以及無線數據傳輸基站這三部分組建而成，其中，基于智能定位終端下，實現相應超聲波信號的發射，而通過已知定位傳感器節點的設置，實現對這一信號的接收，在此過程中，傳感器節點數量要至少要有四個。而基于TOA原理下，以三邊測量法進行測量后，能夠得出智能終端的具體位置，進而也就實現了精準定位。而借助多目標區分這一功能，則針對不同目標，實現不同偽隨機碼的分配，而相應的偽隨機碼間存在著良好的相關性，進而傳感器可實現對目標的定位。

2 變電運維現場多目標超聲定位系統的具體設計對策

2.1 設計原理

基于該系統的設計下，則是在智能終端發出超聲波信號后，存在至少四個定位傳感器節點，在接收到信號后，能夠通過計算來明確同一時間基準下各不同節點間的時間差，進而能夠明確智能終端與節點間的距離，在此基礎上，以三邊測量法來明確智能終端位置，進而來實現精準定位。而基于多目標區分功能下，能夠促使傳感器節點上實現對相應目標的區分與定位。

2.2 在智能終端的設計上

需要從軟硬件兩方面來完成這一設計工作：第一，基于硬件角度下，采用的系統處理芯片型號為STM32F302 ARM，基于各個構成模塊下，促使該芯片具備了良好的功能與性能，可滿足實際運行之需。其中，超聲發射模塊中的MCU芯片，可將信號進行編碼并經過DAC音頻芯片來實現模擬信號的生成，在此基礎上經過驅動揚聲器來實現信號的發射。第二，在軟件的設計上，FREERTOS系統承擔著調度管理功能，在接收外部中斷信號的同時，實現數據幀的接收，并借助調度功能的發揮，促使在中斷情況下實現對定位信號的啟動與發送。

2.3 在無線傳感器節點的設計上

在硬件設計上，該系統是由無線子模塊/DSP子模塊/電源管理模塊組建而成，基于該系統下，當上電或者是復位之后，則能夠實現對系統的初始化，同時，實現對子模塊的配置，在此基礎上，當接收到這一信號時，在時間隙要求下來獲得智能定位發出的無線回應幀，以此來實現對信號的采集。為相應的溫度傳感器模塊則能夠實現對相應環境溫濕度的采集，并將相應數據信息傳送給傳輸基站，進而在明確位置的同時實現對聲速的校正。

在軟件設計上，在完成系統初始化之后，相應調度操作管理系統則接收到外部中斷信號以及數據幀，當所接收的是參考時間幀，就需要對本地時間鐘進行調整。同時，根據數據幀之要求，在其所指定的時間，實現對超聲定位信號以及電池電量信號等的接收，同時針對定時器進行設置，以此來實現相對應的操作。在此過程中，需要借助系統調度來實現的信號接收。相應DSP則能夠解調信號的基礎上，通過計算來明確每個目標的實際到達時刻，另一任務則將這一列隊發動給數據傳輸基站。

2.4 在數據傳輸基站的設計上

基于硬件設計下，采用該系統的處理芯片，具備了MAC控制器，進而搭建起了以太網與后臺系統間的通信渠道，基于該系統下則是由溫濕度、DPS以及以太網通信等模塊組建而成，在實際運行的過程中，當系統進入到運行狀態后實現初始化，相應各個子模塊實現配置，然后等待傳輸基站發射信號，基于不發射信號狀態下，相應的周期性和基站同步時間與頻率，而在接收到信號命令后，則獲得相應的無線回應幀，然后實現對信號的采集與接收。在軟件設計上，系統進行初始化之后，相應的調度系統進行工作，在接收到數據幀后明確各方面信息，包括信號的達到時間等。而DSP則負責對目標位置的計算，并將這一結果傳輸給目標管理程序來實現對信息的分析，在此基礎上由相應協議來實現處理，得出結果后借助以太網來實現通信，促使后臺管理系統獲得信息內容。而基于基站預設周期下，相應的無線模塊則需要實現對不同數據幀的發送，包括時間幀、溫濕度數據等。

3 總結

綜上，在電力系統中，為了實現變電運維管理工作的完善落實，可以現場多目標超聲定位系統的設計來提高定位的精準度，并進一步強化現有定位系統的抗干擾能力，進而為實現運維管理工作的高效落實奠定基礎。在實際踐行的過程中，則需要在明確多目標超聲系統結構框架的基礎上，分別針對智能終端、無線傳感器以及數據傳輸基站實現軟硬件的完善設計，進而實現多目標超聲定位系統的科學設計，確保在實際運行的過程中，發揮出自身的功能與作用，為實現電網的穩定運行、提升電網運行的綜合效益提供保障。

[1]胡帆,李文鈞,何風行,姜華.變電運維現場的多目標超聲定位系統設計[J].物聯網技術,2015,01:9-12.

[2]王剛,馬娜,徐強,姜華,黃薛凌,諸軍.一種用于變電站運維現場的三維定位優化方法[J].電工文摘,2015,03:15-18.

[3]吳駿.變電運維現場的TDOA定位系統研究[J].電力與能源,2015,06:779-781.

Design of multi objective ultrasonic location system for substation operation and maintenance

Zhang Mingqing
（State grid power supply company in Jiangsu Province,Nantong branch maintenance branch，226001)

In this paper,the existing positioning accuracy of substation operation and maintenance of the site is insufficient,with the help of TOA positioning theory to design a multi target ultrasound positioning system for reference.

substation;multi objective;ultrasonic location system;design;countermeasure