本实用新型属于变电站监控设备领域，具体涉及一种变电站室内设备智能巡检机器人。
背景技术：
变电站室内设备主要包括变电站的保护装置和变电站的高压室开关柜设备。变电站高压室开关柜设备是变电站不可分割的一部分，然后室内开关室却是一个危险地方。近年来时常就有报道室内开关柜爆炸事件，因此巡视室内开关柜设备也是一个危险工作，尤其是在开关柜存在着故障或放电情况下，此时的巡视工作将变得更加危险，而第一时间通过远程巡查装置获取现场的设备情况将变得十分有意义。变电站的室内保护装置的监控管理关系到保护装置的功能和操作能否正常发挥作用。在电力系统运行方式改变时，往往涉及到保护装置的各项操作，如有操作不当，会直接影响继电保护功能的实现，严重时会影响电网安全运行。
而现在电网公司220kV及以下变电站都已经实现了集中监控，无人值守模式，对电网电力设备的监控依赖于综合自动化系统和人工巡视，尤其在常规变电站，变电站保护装置的压板状态还不具备在线监测的功能，主要依靠人工巡视来完成保护装置压板状态的核对工作，该方式效率低下。
现有中国专利 201721149816.6《变电站主控室远程智能巡视机器人》、201721334233.0《一种变电站开关室远程智能巡视机器人》这两个专利都提出了一种可以用于室内保护室和开关室具备远程控制功能的智能巡视机器人，可以利用巡视机器人远程对室内的保护装置的压板进行巡视，并具有对开关室设备进行状态检测的功能。然而这两个专利是利用云台舵机或具备全方位360°旋转功能的摄像头，由于室内设备的保护装置或开关柜设备较高，单一依靠普通云台和旋转摄像头，无法完成对整个保护装置和开关柜设备的巡视。因此本发明考虑增加升降杆，来实现对较高设备的巡视拍照。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供了一种变电站室内设备智能巡检机器人，它能解决开关柜有可能在存在着故障或放电情况下，对开关柜的常规人工检查存在较大安全隐患的技术问题。
本实用新型的目的是通过以下方案实施的：
一种变电站室内设备智能巡检机器人，它包括机身，在机身上设有升降杆，在升降杆顶部设有巡视摄像头，在机身前部设有前置摄像头，在机身前端设有声波测距避障模块，在机身底部设有驱动机构，在机身上设有无线通信模块，包括主控制器，主控制器的输出口分别与升降杆驱动模块、驱动电机连接，主控制器的串口与无线通信模块连接，无线通信模块分别与前置摄像头、巡视摄像头、上位机连接。
上述驱动机构包括驱动电机，驱动电机与滚轮连接。
上述主控制器的输入口分别与电磁组传感器、臭氧传感器、温湿度传感器、红外寻迹传感器连接。
上述主控制器的双向口与声波测距避障模块连接。
上述无线通信模块为wifi模块。
上述升降杆驱动模块与升降杆的受控端连接。
上述滚轮为麦克拉姆轮。
采用上述技术方案，带来了如下技术效果：
本实用新型能在指定的地点实现准确停车，通过控制升降杆运动和巡视摄像头的角度，完成开关柜或保护屏压板核对、保护装置信息拍照和开关实际状态监测等功能，并将采集到的信息和照片上传到上位机，可实现远程巡视的功能。
本实用新型操作灵活，可以远程控制，实现远程核对现场设备状态，从而提高变电站巡视的工作效率和异常信号处理效率。配置升降杆和全方位移动摄像头，相比于固定摄像头和轨道式摄像头，具有更大的拍照角度且不占用人员正常活动范围，使得巡视范围更广。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的电路结构框图；
图3是本实用新型中电磁组传感器信号处理电路图；
图4是本实用新型中电源电路图；
图5是本实用新型中臭氧传感器电路图；
图6是本实用新型中超声波测距壁障模块电路图；
图7是本实用新型中编码电机驱动模块电路图。
具体实施方式
如图1所示一种变电站室内设备智能巡检机器人，它包括机身8，在机身8上设有升降杆3，在升降杆3顶部设有巡视摄像头5，在机身8前部设有前置摄像头6，在机身8前端设有声波测距避障模块2，在机身8底部设有驱动机构，在机身上设有无线通信模块7，包括主控制器1，主控制器1的输出口分别与升降杆驱动模块10、驱动电机9连接，主控制器1的串口与无线通信模块7连接，无线通信模块7分别与前置摄像头6、巡视摄像头5、上位机11连接。
所述驱动机构包括驱动电机9，驱动电机与滚轮4连接。
所述主控制器1的输入口分别与电磁组传感器12、臭氧传感器13、温湿度传感器14、红外寻迹传感器15连接。
所述主控制器1的双向口与声波测距避障模块2连接。
所述无线通信模块7为wifi模块。
所述升降杆驱动模块10与升降杆3的受控端连接。
具体的，本实用新型是由一种带有四轮驱动的麦克拉姆轮车模搭载单片机模块、电磁组传感器模块、臭氧传感器模块、温湿度传感器模块、红外传感器模块、超声波测距避障模块、电源模块、升降杆及驱动模块，编码电机驱动模块、双摄像头模块、WIFI模块而成。可以在开关室或保护室地面预定的轨道上实现自动巡视和温湿度，臭氧浓度采集工作，并在指定的地点实现准确停车，通过控制升降杆运动和巡视摄像头的角度，完成开关柜或保护屏压板核对、保护装置信息拍照和开关实际状态监测等功能，并将采集到的信息和照片上传到上位机，可实现远程巡视的功能。
机器人结构图如图1所示。各个功能模块连接图如图2所示。
单片机模块安装在机器人上部，连接电磁组传感器、臭氧传感器、温湿度传感器、红外传感器、超声波测距避障、升降杆驱动模块和makeblock 开发板。
电磁组传感器模块安装在机器人运动正前方，用于检测预先设置在开关室内的由漆包线铺设而成的电磁轨道产生的交变磁场，使机器人沿着预定的电磁轨道行驶；臭氧传感器模块安装在机器人车身顶端，可在开关室内测量开关柜附近臭氧含量，通过比较臭氧含量的变化判断开关柜内是否有放电现象；温湿度传感器模块安装在机器人车身两端，可以测量开关室内温度和湿度数据，使上位机上能实时显示开关室内的温湿度；红外传感器模块安装在机器人车身前端的左下方和右下方，用于检测预先设置在开关室内各个开关柜前的黑色停车线条，使机器人停留在各个屏柜前的指定停车地点，进行停车检查柜上设备；超声波测距避障模块安装在机器人正前方的车身上，可以判断机器人正前方有无开关柜或开关柜门等障碍，通过调整编码电机方向，避开障碍；电源模块安装在机器人后方给所有模块供电，给机器人提供动力，电源可以反复充电使用，续航持久；双摄像头模块分为巡视摄像头和前置摄像头，巡视摄像头模块安装在机器人升降杆顶部，通过RJ45接口连接WIFI模块，可通过上位机云台控制摄像头方向、焦距和升降杆，使得巡视摄像头能最大范围巡视设备，可将开关柜上压板投退位置、保护装置信号灯、保护屏信息拍摄成视频数据通过无线上传到上位机，便于在远方的上位机能实时查看开关室内设备状态；前置摄像头安装在机器人的前端，通过USB接口连接WIFI模块，主要用来获取地面轨道信息，用来辅助机器人的路径修正；WIFI模块安装在机器人后端，通过串口连接单片机模块，通过无线网连接上位机，实现上位机与单片机的数据交换。
采用上述结构，在使用时，所述的单片机模块的型号为ATMega2560。
所述的电磁组传感器是由4个电感线圈和内置采集放大信号电路组成，如图3所示。根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。设置在开关室内的由漆包线铺设而成的电磁轨道通20kHZ、100mA的交变电流，由交变的电流产生交变的磁场，磁场的变化，会使得电感线圈产生感应电动势。L1、C1、C2为LC串并联谐振电路（带通电路），可选择20kHz信号。R1、R2、T1为一阶共射三极管放大电路，具有100倍左右的电压增益（40db）,可将电感线圈感应的电压信号进行放大，通过三极管集电极电压接入。
ATMEGA2560单片机的AD端口，使单片机直接采样电压信号。电磁组传感器可检测漆包线内20kHz交变电流产生的电磁场强度和方向，以此获得距离电磁轨道的空间位置，机器人可根据相对距离自动调整两侧驱动模块的电机转速，自动校准机器人的位置，防止机器人偏离轨道，使机器人沿着电磁轨道行驶。
开关室地面上预设的漆包线内通过20kHz，100mA的交变电流，信号电源由NE555时基电路(振荡电路)、L298输出电路(功率输出电路)、NPN 晶体管恒流输出电路（恒流控制电路）及7805电路（电源）等组成，如图4所示。NE555、C10、C11、R1、R2、R3、R4、T1、RV1、C10构成NE555时基电路，可产生中心频率为20kHz的对称方波信号。功率放大电路由L298组成，使电路的频率响应大于20kHz，输出功率大于2W，增强带载能力。RV2、R4、T2构成利用NPN晶体管的恒流输出电路，可使输出电流在100mA 左右稳定，不随着电源的变化而发生波动，当铺设的轨道较长，所用的漆包线较长时，由于漆包线的电阻效应，会使得输出电流减少，此时可通过调节RV2，微调输出电流，保持电流依然稳定在100mA。7805、C12、C13、C14构成电源电路，可将12V电压转换成5V电压，提供电路中所需要的稳压电源，保证信号振荡电路和恒流控制电路的稳定性。
所述的臭氧传感器采用MQ131模块，如图5所示。所接工作电源为+5V，臭氧浓度测量范围为10PPB-2PPM，该模块拥有双路信号输出功能，包含模拟信号输出和TTL电平信号输出。TTL输出低电平为有效信号，指示灯亮。模拟量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高。
所述的温湿度传感器采用DHT11模块，所接工作电源+5V，湿度测量范围为20%至95%，误差：±5%，温度测量范围为0℃至50℃，误差：±2℃，通过数字信号口输出。
所述的红外传感器为工业级红外传感器，可检测黑白线，当传感器测得黑线时，返回电平为1，正常地面情况传感器返回电平为0。通过机器人前端四个红外寻迹传感器返回的电平状态，可以判断机器人所处地面情况，当机器人触及预设在各个开关柜前的黑线时，机器人将在开关柜前短暂停留，开始对开关柜上压板及保护装置信号的核对工作。
所述的超声波测距避障模块由一个圆筒状声波模块组成。发生的超声波遇到障碍后反射回声波模块，通过计算声波发送和接收的时间差可以算出声波模块与障碍物之间的距离。声波测距避障模块如图6所示。
所述的电源模块主要由10500mAh，12V保护板锂电池组，+5V（VCC）电路模块，+3.3V电路模块组成。智能巡视机器人的电源输入采用12V保护板锂电池组供电，由于单片机、数字电路需要+5V、+3.3V电源，因此采用稳压器进行降压。
所述的升降杆驱动模块采用L298N两路大功率电机驱动芯片，所述升降杆模块采用直流12V电动推杆，接线端的电压差为正时，升降杆电机正转，实现升降杆上升，当电压差为负时，电机反转，实现升降杆下降，L298N不使能时，电压差为0，升降杆停止，保持现有状态。升降杆模块内置行程限位开关，升降杆运动到底或到顶后，会自动停止，断开电机内部接线，保证电机不会堵转而烧毁。
所述的巡视摄像头模块为高清的网络摄像头，内部含舵机、摄像头，控制芯片，支持RJ45及WIFI接入方式。为了保证传输的可靠性，本发明是通过RJ45有线的方式接入WIFI模块。摄像头支持1080P画质，可自对对焦，并可手动调节。远程调节巡视摄像头角度时，首先上位机云台通过WIFI模块发送调节指令，WIFI模块接收指令后，通过RJ45有线打包指令给网络摄像头，完成摄像头的角度调整及拍照动作。
所述的前置摄像头为数字高清的USB摄像头，本发明是通过USB方式接入WIFI模块。
所述WIFI模块采用MTK7620N芯片组，支持串口，USB，RJ45，无线等多种接入方式，方便连接各类设备。可将串口转为符合WIFI无限网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议栈以及TCP/IP协议栈。是上位机和机器人之间的通信纽带。向上位机发送由单片机通过串口发送过来的控制信息和通过摄像头USB接口和RJ45接口发送过来的双路视频信息，支持全双工通信方式，可同时接收上位机发送的数据信息，并实时转发给串口，实现上位机和机器人的双向通信。
所述编码电机模块可同时驱动两路直流编码电机，本发明需要驱动四个编码电机，因此需要两个编码电机模块。编码电机模块内含MCU和电机驱动芯片，如图7所示。输入电压6-12V，通信接口为I2C接口，输出方式为SPI接口，可通过RJ25方式连接makeblock开发板。四路直流编码电机通过两块驱动板用I2C的形式与makeblock开发板进行通信。直流编码电机由于内置了磁性编码器，使得磁场信号不易受到灰尘、湿气、高温及振动的影响。