帶無線充電定位功能的智能搶修工具箱

國網浙江省電力有限公司寧波供電公司 武紅立 許 欣 張 聰

伴隨我國社會經濟的可持續性發展與人民公眾生活水平的不斷提高，現在越來越多的市場中的電力客戶對電力供應的質量、穩定性提出了更為嚴格、更為標準、更為優秀的高要求。在出現一些用電故障和問題時，就需要電力公司在盡可能短的時間內進行快速、高效率的維修、搶修，不斷提升對于客戶的滿足要求的服務水平和能力。而如今的現狀是，電力故障維修是根據供電區域、供電范圍進行劃分的，工作人員根據工作的時間安排交接上班，維修人員的綜合素質和基礎能力也基本上存在著較大的差距，不在同一水平上，而現在發生的電力故障大多數是突如其來、猝不及防的，使得發生電力故障時，供電維修、搶修的服務工作并不是統一的，甚至有時候也可能沒有達到所需求的標準。當出現一些電力故障的問題時，電力公司的很多工作人員對于故障的劃分、搶修所需的步驟、工作使用的工具等情況有時判斷的不是很準確，可能還會出現較為陌生的電力故障，工作人員無法判斷的情形，甚至還會出現用錯、帶錯、漏帶工具的情況，從而讓搶修工作的進度受到嚴重的影響，無法第一時間完成維修，導致客戶的滿意度出現大幅度下降。如何對這些工具設備進行及時、良好的維護、管理，成為了擺在我們面前的關鍵問題。

1 裝置設計

本文研制了一個帶有QI無線充電定位功能的智能搶修箱，其主要目的是為了幫助電力維修工作的規范化管理，節約搶修工具的檢查、準備時間，以及最大程度上避免因為工具漏帶、遺失而造成搶修工作無法及時完成的可能。本文利用智能傳感技術，研制的智能搶修箱將具有以下三種功能：（1）帶有GPS定位功能，實現對于智能搶修箱的后臺定位，方便管理人員查找智能搶修箱的位置；（2）智能搶修箱內的工器具凹槽置物檢測功能，能夠檢測其中是否放置所有需放入的工具，當智能搶修箱合上且有工具沒有放回箱內，智能搶修箱會發出警報提示現場的工作人員，并通過云平臺上傳異常消息；（3）基于QI協議的無線充電功能，可實現對智能搶修箱箱體內的電池進行無線充電功能，使智能搶修箱的GPS定位模塊具有不間斷電源供電，防止因電池沒電而關閉其他功能。

2 功能與實現

2.1 智能維修箱的定位功能的實現

本功能將使用GPS定位系統制作硬件控件，搭配深圳宏晶公司的STC15單片機和NB-IoT模塊。定位器終端利用設置的GPS定位單元，可以更加快速、高效地進行位置信息的收集，同時將獲取的經緯度數據發送到單片機上，由STC15單片機將數據處理成字符形式，并通過NB-IoT模塊將數據發送到前端界面。

為了降低功耗，一方面采用支持NB-IoT的超低功耗定位模塊BC20，用于連接網絡，發送以及接收STC15單片機傳輸的信息。只需要利用串口對BC20發送指令，即可完成智能搶修箱的定位。另一方面，GPS定位系統發送的定位信息可通過設置來調整發送信息的間隔時間，也可以根據位置偏移程度調整定位信息，并根據實際場景中的情況需要調整上傳頻率，來降低能源的消耗。

2.2 基于紅外光柵的防遺漏檢測

將紅外光柵安裝在智能搶修箱的側壁或底部，當智能搶修箱的箱門上的鎖并未關上時，智能搶修箱箱內的開關裝置對應為斷開模式，通過的電流將會斷路，這時不管箱內的工具是否妥善存放，警示燈、蜂鳴器等報警裝置都不會正常工作，可以防止一些誤動作。當智能搶修箱箱上的門鎖關上，箱內的開關裝置對應為閉合模式，電路連接，箱內的工具完成歸位時，紅外光柵的光路將被遮擋，該工具位的警示燈處在斷開模式，不會運行閃爍報警；相反，假如箱內工具沒有進行妥善歸位，或者因為規格尺寸等問題存放錯誤，那么紅外光柵發射出的光路沒有被遮擋或不能有效地進行檢測，且紅外光柵處于常態（接通狀態）時，表示該工具位的工具未正確歸位，因此只要智能搶修箱箱內存在任何一個工具的存放紕漏，警示燈、蜂鳴器裝置都會進行工作，發出報警信息，提醒操作工人檢查是否存在遺漏的工器具，設計框架如圖1所示。

圖1 防遺漏檢測設計框架

2.3 基于QI協議的無線充電功能

QI無線充電系統主要由基站與移動設備這兩個部分形成。前者含有一個或者一個以上的發射器，可以為基站帶來必不可少的能量支撐。后者主要含有接收器裝置，可以供應電能，以及傳遞信息給發射器。發射裝置中還設置了能量轉換模塊，對于將電能轉變成所需的能源信號，能量收集模塊對信號又可以轉變成電能。接收器按照實際需求，對電能傳輸到負載，發射裝置按照需求進行適配傳遞，具體如下圖所示。智能搶修箱能夠通過無線充電來充電，減少了插拔充電器的操作，減少了管理員的工作量。如圖2所示。

圖2 無線充電實現路徑

3 設備測試

3.1 設備展示

智能搶修箱對GPS定位、紅外光柵防遺漏、無線充電等功能進行了集成，使用泡沫對智能搶修箱箱內的各種各樣的工器具進行了隔離，避免運輸中相互碰撞導致的損毀，傳感器及總控安裝在泡沫底下，以保證智能搶修箱箱內的整體的美觀度及搶修箱的便攜性，結構如圖3所示。

圖3 智能搶修箱內部展示圖

3.2 實時定位及狀態監測功能

為了更好管理智能搶修箱，本文設計并開發了智能搶修箱管理平臺，通過登錄管控平臺，便能夠看見主頁面刷新出的地圖，同時還可以觀察到智能搶修箱的位置情況，及箱內放置的工器具的狀況，若智能搶修箱處于異常情況，如箱內工器具不齊全，平臺會自動預警，會上報相應工器具的缺失信息，同時，管控平臺可以通過釘釘或者短信發送消息給相應的管理人員，并提示智能搶修箱所在的位置及遺失的物品。

結論：本文設計并開發了帶有QI無線充電定位功能的智能搶修箱，不僅僅可以極大地提高電力搶修工作的工作人員的工作效率，同時也可以大大地降低電力維修工器具維護所需要的人力成本，并減輕了工作人員的壓力；智能搶修箱還具有后臺定位、工具完整性檢測和記錄等功能，極大地減少了智能搶修箱及箱內電力維修工器具不小心丟失的風險，同時還具有無線充電功能，不需要工作人員經常給智能搶修箱充電以防止智能搶修箱突然斷電，減少了插拔充電器的操作，減少了管理員的工作量，且智能搶修箱本身十分方便管理、維護，因此本文研究的成果具有較高的推廣前景和使用價值。

課題項目：國網浙江省電力有限公司科技項目“帶QI無線充電定位功能的智能搶修箱”5211NB21000Q。