多功能數據采集工具的研制

摘 要：針對當前采集電表數據時，部分電表安裝過高，以及一些紅外電表接收距離近且容易受陽光干擾，抄表人員需要借助梯子或攀爬至臺變架上讀取數據，抄表效率低下且人員安全得不到保障的問題，研發一款可以根據表計高度自由調節長短、絕緣、集成紅外模塊和攝像頭、能無線傳輸數據的多功能數據采集工具。

關鍵詞：絕緣伸縮桿；紅外干擾；帶電作業；無線圖像傳輸

引言

在實際的抄表工作中，存在很多影響抄表效率和工作人員人身安全的問題。許多地區電表安裝位置過高，抄表人員需要借助梯子來采集電表讀數，在抄表過程中，容易引發抄表人員跌落和觸電的風險，存在帶電作業的安全隱患。

現有的絕緣桿抄表儀將液晶顯示屏固化在絕緣桿特定位置，無法方便觀察到顯示數據，使用不方便。還有一些地區存在機械電表與智能電表并存的情況，目前沒有一款抄表儀產品可以同時支持這兩種電表，需要攜帶兩套設備極為不方便。

為提高抄表效率，增加抄表的方便性和保障抄表人員的人身安全，有必要針對電表數據采集進行探索和研究，文章設計了一款可以根據表計高度自由調節長短、絕緣、集成紅外模塊和攝像頭、能無線傳輸數據的多功能數據采集工具。

1 多功能數據采集工具的設計

多功能數據采集工具外形結構如圖1所示。

為了使抄表人員方便安全地對高處或其他難以到達位置的電表進行抄表，文章所述多功能數據采集工具采用絕緣伸縮桿頂端搭載數據采集模塊的設計。針對安裝在不同高度的電表，可以更換不同長度的絕緣伸縮桿。伸縮桿頂端有攝像頭和紅外發射接收模塊，可針對機械電表及紅外電表進行抄表，抄表的數據通過WiFi無線的方式傳送到智能手機上顯示并保存。

1.1 絕緣伸縮桿

絕緣伸縮桿的設計符合《GB17620-1998標準》，采用35kV以上耐電壓等級環氧樹脂玻璃鋼材質，并將充電電池置于桿頂的絕緣殼內，遠離抄表人員手握位置，提高帶電作業的安全性。其特性如下：

（1）耐腐蝕，不生銹；（2）重量輕，伸縮式設計，方便攜帶；（3）抗老化，可用20年以上；（4）容易保養；（5）具有優良的絕緣性和抗電磁性；（6）使用鋰電池供電，可以方便的使用充電寶等充電。

在絕緣桿頂端，數據采集模塊下方設計了萬向節。萬向節外表覆蓋多層絕緣材料，可90度任意角度彎曲，方便對不同角度的電力設備進行觀察。

在對老式機械表數據進行采集時，由于重力影響，伸縮桿頂端極易出現晃動，導致攝像頭拍攝的畫面不清晰。為了解決這個問題，在伸縮桿上加裝一個支架，可在采集操作時架在電表箱外殼上作為支撐點，使拍攝畫面不抖動。支架支撐的距離在鏡頭自動調焦范圍內。

1.2 數據采集模塊

1.2.1 機械電表數據采集

針對機械電表，采用工業高清攝像頭拍攝表碼。攝像頭選用自動對焦500萬像素工業攝像頭，完全滿足拍照清晰度和抗干擾要求。

考慮到有的電表處于光線很暗的環境，以及需要在傍晚或者夜間抄表，多功能數據采集工具設計了補光燈。補光燈通過自帶多顆高效率大功率LED白光燈提供足夠的照明亮度拍攝畫面，并采用霧面散射光源，提供類似無影燈的效果，避免在表盤處形成局部亮斑，提高攝像頭成像清晰度。

1.2.2 紅外電表數據采集

針對紅外電表，數據采集工具的頂部提供遠距離的紅外發射接收模塊。

紅外發射接收模塊符合《DL/T645-1997規約》、《DL/T645-2007規約》及附屬規約，通訊距離在7-13米。采用38K載波調制，紅外線波長是950納米，可對電力設備上的紅外標識器進行智能識別，讀取數據。

由于有些紅外電表的使用時間過長，紅外發射功率已經顯著下降，導致抄表距離嚴重縮短；另外，灰塵積累以及紅外濾鏡的老化，都會使紅外表的抄表成功率下降。針對這些特殊情況，紅外數據采集模塊加大了紅外發射功率，在紅外頭前采用紅外線帶通光學濾鏡，濾除陽光中的可見光和其他波段的紅外干擾。通過這些設計，可使紅外數據采集的成功率大幅度提高，采集成功率幾乎可達到100%。

其中紅外帶通濾波鏡片對抗干擾起到最大作用。圖2為采用紅外帶通濾波鏡片的波長和通過率曲線掃描測試結果。從圖中可看出，對于可見光波段，以及不需要的其他紅外線波長的衰減幾乎達到了100%。

1.3 電源

多功能數據采集工具采用5000mAh鋰聚合物電池供電，待機時間大于72小時，可連續工作10小時。提供通用的手機充電接口充電。

1.4 手機終端APP

文章設計的多功能數據采集工具，搭配有手機終端APP，通過WiFi與采集工具進行通訊，控制數據采集工具進行拍照、紅外數據采集、開關補光燈等操作。同時采集工具拍攝的照片和接收到的紅外數據，通過WiFi傳送到手機APP上同步顯示顯示并保存。

采集工具的WiFi發射器通信，采用802.11b協議，最高傳輸速率可達11Mbps，可保障攝像頭與手機屏幕顯示同步，且無遮擋通訊距離可以達到100m以上。

2 現場測試及效果

在對多功能數據采集工具進行現場抄表測試中，使用采集工具進行抄表的時間比人工抄表大大縮短，成功率也有顯著提升。表1和表2顯示機械表的對比情況；表3和表4顯示紅外表的對比情況。

對老式機械表數據采集時，伸縮桿拉伸至2.5米，攝像頭拍攝的畫面沒有抖動，支架有效解決了拍攝過程中畫面因伸縮桿頂端的抖動造成的畫面晃動。攝像頭模塊在打開補光燈拍照時，補光燈在攝像頭下方1厘米處，攝像頭與補光燈形成一定夾角，補光燈在設備鏡面形成的光斑與需要查看的圖片相隔3-4厘米，視線域與光斑域隔開一段距離，表碼或銘牌圖像有效區沒有光斑出現。拍攝到的電表照片如圖3所示。

對紅外表進行數據采集時，可以拉伸2.5米的長桿相當于縮短了采集距離和改善了抄表角度。加強的紅外發射和接收能力，以及紅外帶通濾波鏡片的使用，紅外電表的數據采集成功率大幅度提高。

手機APP通過WiFi可控制拍照及開關補光燈，實時顯示采集工具采集到的圖像和數據，APP截圖如圖4所示。

3 結束語

文章多功能數據采集工具4米高度以下能對安裝到高處的機械電表紅外電表的快速抄表，解決了基層電網抄表工作人員抄表效率低下、人身安全得不到保障的問題，實現了一臺設備同時支持兩種電表數據采集的功能，為抄表工作提供了極大的便利。多功能數據采集工具在電力領域還可以有更多的應用，可以擴展到設備維護等領域。

參考文獻

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[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.電力安全工作規程[S].2011-07-29.

[3]國家經濟貿易委員會.DL/T645-2007.多功能電能表通信協議[Z].2007-12-03.

作者簡介：華瓊（1975-），女，云南大理人，工程師，本科學歷，主要從事變電運行工作。

陳棟（1989-），男，湖北黃岡人，助理工程師，本科學歷，主要從事變電運行工作。

施金潤（1979-），男，云南臨滄人，高級工程師，研究生學歷，主要從事企業管理工作。