带无线充电定位功能的智能抢修工具箱

国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 武红立 许 欣 张 聪

伴随我国社会经济的可持续性发展与人民公众生活水平的不断提高，现在越来越多的市场中的电力客户对电力供应的质量、稳定性提出了更为严格、更为标准、更为优秀的高要求。在出现一些用电故障和问题时，就需要电力公司在尽可能短的时间内进行快速、高效率的维修、抢修，不断提升对于客户的满足要求的服务水平和能力。而如今的现状是，电力故障维修是根据供电区域、供电范围进行划分的，工作人员根据工作的时间安排交接上班，维修人员的综合素质和基础能力也基本上存在着较大的差距，不在同一水平上，而现在发生的电力故障大多数是突如其来、猝不及防的，使得发生电力故障时，供电维修、抢修的服务工作并不是统一的，甚至有时候也可能没有达到所需求的标准。当出现一些电力故障的问题时，电力公司的很多工作人员对于故障的划分、抢修所需的步骤、工作使用的工具等情况有时判断的不是很准确，可能还会出现较为陌生的电力故障，工作人员无法判断的情形，甚至还会出现用错、带错、漏带工具的情况，从而让抢修工作的进度受到严重的影响，无法第一时间完成维修，导致客户的满意度出现大幅度下降。如何对这些工具设备进行及时、良好的维护、管理，成为了摆在我们面前的关键问题。

1 装置设计

本文研制了一个带有QI无线充电定位功能的智能抢修箱，其主要目的是为了帮助电力维修工作的规范化管理，节约抢修工具的检查、准备时间，以及最大程度上避免因为工具漏带、遗失而造成抢修工作无法及时完成的可能。本文利用智能传感技术，研制的智能抢修箱将具有以下三种功能：（1）带有GPS定位功能，实现对于智能抢修箱的后台定位，方便管理人员查找智能抢修箱的位置；（2）智能抢修箱内的工器具凹槽置物检测功能，能够检测其中是否放置所有需放入的工具，当智能抢修箱合上且有工具没有放回箱内，智能抢修箱会发出警报提示现场的工作人员，并通过云平台上传异常消息；（3）基于QI协议的无线充电功能，可实现对智能抢修箱箱体内的电池进行无线充电功能，使智能抢修箱的GPS定位模块具有不间断电源供电，防止因电池没电而关闭其他功能。

2 功能与实现

2.1 智能维修箱的定位功能的实现

本功能将使用GPS定位系统制作硬件控件，搭配深圳宏晶公司的STC15单片机和NB-IoT模块。定位器终端利用设置的GPS定位单元，可以更加快速、高效地进行位置信息的收集，同时将获取的经纬度数据发送到单片机上，由STC15单片机将数据处理成字符形式，并通过NB-IoT模块将数据发送到前端界面。

为了降低功耗，一方面采用支持NB-IoT的超低功耗定位模块BC20，用于连接网络，发送以及接收STC15单片机传输的信息。只需要利用串口对BC20发送指令，即可完成智能抢修箱的定位。另一方面，GPS定位系统发送的定位信息可通过设置来调整发送信息的间隔时间，也可以根据位置偏移程度调整定位信息，并根据实际场景中的情况需要调整上传频率，来降低能源的消耗。

2.2 基于红外光栅的防遗漏检测

将红外光栅安装在智能抢修箱的侧壁或底部，当智能抢修箱的箱门上的锁并未关上时，智能抢修箱箱内的开关装置对应为断开模式，通过的电流将会断路，这时不管箱内的工具是否妥善存放，警示灯、蜂鸣器等报警装置都不会正常工作，可以防止一些误动作。当智能抢修箱箱上的门锁关上，箱内的开关装置对应为闭合模式，电路连接，箱内的工具完成归位时，红外光栅的光路将被遮挡，该工具位的警示灯处在断开模式，不会运行闪烁报警；相反，假如箱内工具没有进行妥善归位，或者因为规格尺寸等问题存放错误，那么红外光栅发射出的光路没有被遮挡或不能有效地进行检测，且红外光栅处于常态（接通状态）时，表示该工具位的工具未正确归位，因此只要智能抢修箱箱内存在任何一个工具的存放纰漏，警示灯、蜂鸣器装置都会进行工作，发出报警信息，提醒操作工人检查是否存在遗漏的工器具，设计框架如图1所示。

图1 防遗漏检测设计框架

2.3 基于QI协议的无线充电功能

QI无线充电系统主要由基站与移动设备这两个部分形成。前者含有一个或者一个以上的发射器，可以为基站带来必不可少的能量支撑。后者主要含有接收器装置，可以供应电能，以及传递信息给发射器。发射装置中还设置了能量转换模块，对于将电能转变成所需的能源信号，能量收集模块对信号又可以转变成电能。接收器按照实际需求，对电能传输到负载，发射装置按照需求进行适配传递，具体如下图所示。智能抢修箱能够通过无线充电来充电，减少了插拔充电器的操作，减少了管理员的工作量。如图2所示。

图2 无线充电实现路径

3 设备测试

3.1 设备展示

智能抢修箱对GPS定位、红外光栅防遗漏、无线充电等功能进行了集成，使用泡沫对智能抢修箱箱内的各种各样的工器具进行了隔离，避免运输中相互碰撞导致的损毁，传感器及总控安装在泡沫底下，以保证智能抢修箱箱内的整体的美观度及抢修箱的便携性，结构如图3所示。

图3 智能抢修箱内部展示图

3.2 实时定位及状态监测功能

为了更好管理智能抢修箱，本文设计并开发了智能抢修箱管理平台，通过登录管控平台，便能够看见主页面刷新出的地图，同时还可以观察到智能抢修箱的位置情况，及箱内放置的工器具的状况，若智能抢修箱处于异常情况，如箱内工器具不齐全，平台会自动预警，会上报相应工器具的缺失信息，同时，管控平台可以通过钉钉或者短信发送消息给相应的管理人员，并提示智能抢修箱所在的位置及遗失的物品。

结论：本文设计并开发了带有QI无线充电定位功能的智能抢修箱，不仅仅可以极大地提高电力抢修工作的工作人员的工作效率，同时也可以大大地降低电力维修工器具维护所需要的人力成本，并减轻了工作人员的压力；智能抢修箱还具有后台定位、工具完整性检测和记录等功能，极大地减少了智能抢修箱及箱内电力维修工器具不小心丢失的风险，同时还具有无线充电功能，不需要工作人员经常给智能抢修箱充电以防止智能抢修箱突然断电，减少了插拔充电器的操作，减少了管理员的工作量，且智能抢修箱本身十分方便管理、维护，因此本文研究的成果具有较高的推广前景和使用价值。

课题项目：国网浙江省电力有限公司科技项目“带QI无线充电定位功能的智能抢修箱”5211NB21000Q。