摘 要： 針對在部分地區(qū)沒有公網信號覆蓋，輸電線路巡檢人員遇險無法與控制中心或者巡線車聯(lián)系的情況，提出了一種電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)的設計方案。該呼救系統(tǒng)由上位軟件、對講機和呼救器3部分組成，完成控制中心與巡線人員的信息交流。上位軟件部分負責使控制中心對巡線人員進行監(jiān)控；對講機部分負責語音通話功能；呼救器部分負責在沒有公網信號覆蓋的情況下信息發(fā)送與接收功能。該呼救系統(tǒng)對保障電力野外作業(yè)人員的人身安全具有非常重要的意義。
關鍵詞： 遇險呼救系統(tǒng)；上位軟件；對講機；呼救器；GPS；衛(wèi)星通信
衛(wèi)星通信技術、計算機技術和互聯(lián)網技術在各行各業(yè)中都得到了廣泛而深入的應用，有利地提高了遠程管理能力，降低了野外運營成本[1]。輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，巡線人員的巡檢工作則有效地保證了輸電線路及其設備的安全[2]。偏遠地區(qū)的巡線人員需在輸電線路所在的高山大川中作業(yè)，人生安全不易得到保障[3]。巡線人員在遇險時向控制中心或巡線車呼救，傳統(tǒng)的呼救設備是用手機通過GSM/GPRS傳送話音和短信，要受公網覆蓋信號區(qū)域范圍的影響，對于沒有公網信號覆蓋的地方，緊急呼救信號的發(fā)送就無法實現(xiàn)[4-5]。因此，開發(fā)一種能在沒有公網信號覆蓋的情況下將巡線人員的位置和呼救信息可靠傳送出去的裝置非常必要。
1 系統(tǒng)的功能要求和技術方案
開發(fā)一種設備，使其可以在有限范圍內實現(xiàn)控制中心與巡線人員間的語音對話功能，并且能通過GPS技術和無線通信技術，實現(xiàn)在沒有公網信號覆蓋的情況下將巡線人員的地理位置和呼救信息可靠傳送到控制中心，也可以接收控制中心下發(fā)的信息或指令。為實現(xiàn)這些功能，本電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。該呼救系統(tǒng)由上位軟件、對講機（子機1）和呼救器（子機2）組成。
上位軟件是用于控制中心人員監(jiān)控的一個平臺，它用來與子機進行信息交流。當子機給上位軟件發(fā)送信息時，界面可以顯示信息內容以及位置信息，并可通過Google earth將子機位置圈定在地圖上。
對講機（子機1）是集成了雙向通信無線對講功能的GPS導航接收機。它可以實現(xiàn)完全免費的全球定位功能，獲取當前位置信息，并將位置信息發(fā)送到控制中心上位軟件，以保證控制中心人員時刻掌握巡線人員所在位置。也可以在5 km范圍內進行免費對講通信，方便了控制中心人員與巡線人員的聯(lián)系。
呼救器（子機2）由GPS接收模塊、銥星公司的SBD9602衛(wèi)星通信模塊和嵌入式微控制器（Atmega 128A）構成。它可以在全球范圍定位，并且實現(xiàn)了在沒有公網信號覆蓋的情況下將巡線人員的地理位置和呼救信息可靠傳送到控制中心，也可以接收指揮管理中心下發(fā)的信息或指令。
2 上位軟件界面與功能
上位軟件是控制中心人員的操作平臺。本文的對講機與呼救器的上位軟件界面不同，實現(xiàn)的功能也有差異。
對講機的上位軟件控制界面如圖2所示。將一臺對講機通過串口接到計算機上作為子機1的主機，主機位置信息在界面下方顯示，并不斷更新。子機可向主機發(fā)送GPS信息，此時，界面顯示信息接收時間及子機位置信息。單擊“調用GE”則使用Google earth顯示，它僅顯示最新位置信息。“調用GE時使用主機位置”即用Google earth顯示主機所在位置。
呼救器的上位軟件控制界面有接收信息和回復信息功能。上位軟件接收到郵件，打開郵件，界面上顯示呼救器的位置信息或編輯信息內容，點擊“google地球顯示”，則在Google earth上圈定呼救器所在地點。上位軟件編輯回復信息，及向呼救器發(fā)送信息。在上位軟件中點擊“回復郵件”，進入寫郵件狀態(tài)，填寫收件人與標題，在附件內容中編輯信息內容，點擊“發(fā)送”，信息發(fā)送成功時有文字提示。
3 對講機的功能應用
對講機可以進行GPS定位，給控制中心發(fā)送位置信息；也可以進行語音通信，實現(xiàn)與控制中心的通話。但對講機的使用范圍受到限制，只能在5 km范圍內進行信息交流。將對講機應用到呼救系統(tǒng)中，主要是利用其對講功能，相比于短信息形式的交流，語音通話更便于控制中心了解巡線人員的工作情況。
4 呼救器的設計與功能
鑒于對講機的使用范圍有限，本文設計了一個不受地域限制的呼救器（子機2），它的總體設計框圖如圖3所示。GPS模塊負責接收衛(wèi)星定位信息，將接收并計算得到的信息通過串口送往微控制器。微控制器模塊對接收的GPS數(shù)據進行存儲并篩選出所需的經、緯度位置數(shù)據。衛(wèi)星通信模塊采用銥星的SBD9602透明數(shù)傳模塊，通過按鍵控制方式向控制中心發(fā)送信息，也可接收并顯示控制中心下發(fā)的信息或指令。信息顯示模塊則可顯示系統(tǒng)當前的時間信息、位置信息以及與控制中心交流的消息內容。當巡線人員遇險呼救時，微控制器將最近接收到的GPS模塊提供的一組經、緯度位置數(shù)據組成一個呼救信號數(shù)據包，通過衛(wèi)星通信模塊發(fā)送出去。
4.1 GPS定位技術與GPS模塊
GPS即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分組成。利用該系統(tǒng)，用戶能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位[6]。
GPS模塊在電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)中負責定位功能。呼救系統(tǒng)顯示的時間信息、位置信息和速度信息均由GPS模塊提供。在呼救系統(tǒng)中，將GPS模塊與Atmega128A用串口進行連接，通過對Atmega128A編程，給GPS模塊一個啟動信號，使其開始工作，GPS模塊便會定時向單片機Atmega128A發(fā)送信息。
4.2 衛(wèi)星通信模塊的功能和特點
衛(wèi)星通信模塊采用銥星公司的SBD9602來實現(xiàn)雙向數(shù)據通信。銥星SBD透明數(shù)傳模塊利用覆蓋全球的銥星衛(wèi)星短數(shù)據通信網絡，通過串口與用戶設備連接線實現(xiàn)短數(shù)據的遠程透明傳輸[7]。
將SBD9602與Atmega128A用串口連接，通過編程使SBD9602工作，完成呼救系統(tǒng)與控制中心間的信息交流。在程序中多用到的語句是：AT+SBDWT、AT+SBDRT和AT+SBDI。其中，AT+SBDWT將編輯內容存儲到SBD9602的發(fā)送緩沖區(qū)中；AT+SBDRT將SBD9602的接收緩沖區(qū)數(shù)據讀取出來；AT+SBDI將SBD9602內發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據發(fā)送給衛(wèi)星并檢查銥星服務器是否有要接收的本機信息。語句的組合使用則完成呼救系統(tǒng)信息的發(fā)送與接收。
衛(wèi)星通信模塊負責電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)與控制中心的通信任務，它將處理好的GPS數(shù)據和呼救信息上傳給控制中心，并接收控制中心發(fā)送給巡線人員的信息或指令，該模塊直接影響到遇險呼救系統(tǒng)的實際使用效果。
4.3 微控制器模塊Atmega128A
電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)通過Atmega128A控制各模塊工作。Atmega128A通過UART0讀取GPS模塊輸出的數(shù)據，監(jiān)測數(shù)據的內容，分析得到系統(tǒng)所需的數(shù)據，如當前位置、時間、海拔高度及速度等。Atmega128A將得到的數(shù)據內容處理后存儲起來，并顯示在12864LCD上。同時設計人機交互界面，使得用戶可以通過按鍵控制進行翻頁、確定、返回、發(fā)送消息及接收消息等操作。當需要發(fā)送消息或者接收消息時，Atmega128A通過UART1控制衛(wèi)星通信模塊SBD9602，利用AT指令實現(xiàn)發(fā)送接收消息以及讀取消息的功能。
在開始時，Atmega128A對系統(tǒng)中的信息顯示模塊12864LCD、GPS衛(wèi)星定位模塊以及銥星SBD9602通信模塊進行初始化；然后GPS衛(wèi)星定位模塊和方位指示器同時進行工作，隨時檢測是否有求救信號發(fā)出以及選擇相應的網絡，當有呼叫請求信號發(fā)來時，微控制器就會從內存中獲取最新的經、緯度位置信息并進行編碼；再檢測是否有載波。當有載波時，就等待下一個新的呼叫請求信息的編碼，否則繼續(xù)發(fā)射數(shù)據到巡線搜救車中。當信息發(fā)射完畢后再回到檢測網絡的下一步進行工作，如此周而復始地工作。
4.4 呼救器功能介紹
電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)由12864液晶顯示屏、8個按鍵、GPS模塊、SBD9602模塊以及ATmega128A 5部分組成。另外，電源接口部分采用5 V直流電壓供電。信號指示燈從左至右依次表示是否接通電源、是否啟動了SBD9602、SBD9602是否有信號以及GPS是否有信號。
電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)可以完成的功能有：發(fā)送當前信息、發(fā)信息、發(fā)信息（含地址）和接收消息。各個功能的具體內容如下。
（1）發(fā)送當前位置：僅向控制中心發(fā)送呼救系統(tǒng)所在的位置信息。
（2）發(fā)信息：進入信息編輯界面，通過“上翻”、“下翻”鍵選定字母，按“確定”鍵確定選擇，完成信息編輯后則按“發(fā)送”鍵發(fā)送信息（編輯界面上部的26個英文字母以及空格、逗號、句號、問號、嘆號、分號這6個符號是供信息編輯時選擇的，下部則用來顯示編輯完成的信息。）
（3）發(fā)信息（含地址）：其功能同發(fā)信息類似，在此基礎上，向控制中心發(fā)送信息時，會自動發(fā)送當前地址信息。
（4）接收信息：即搜索是否接收到來自控制中心的信息。若沒有新消息到達，則顯示屏顯示“無新消息”；若接收到新消息，則顯示屏顯示“接收成功”，并能顯示消息內容。
呼救系統(tǒng)通過這些模塊和功能完成與控制中心間信息的發(fā)送與接收。
在總結國內外已有成果的基礎上，針對現(xiàn)有呼救設備存在監(jiān)控范圍有限以及受公網信號限制等問題，提出了電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)。該呼救系統(tǒng)中的對講機部分實現(xiàn)了5 km范圍內語音通話功能，并且能夠向上位軟件發(fā)送GPS定位信息。呼救器中GPS模塊可以進行全球范圍定位，擴大了控制中心的監(jiān)控范圍。衛(wèi)星通信模塊則解決了在沒有公網信號覆蓋的情況下將巡線人員的位置信息和呼救信號可靠發(fā)送出去的技術難題。兩個子機配合使用，功能互補，為保障電力野外作業(yè)人員的人身安全起著非常重要的作用。因此，電力野外巡線遇險呼救系統(tǒng)的應用無論在技術方面、經濟方面，還是系統(tǒng)建設方面都是可行的。
參考文獻
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