地面电力巡检机器人系统设计(设计源文件+万字报告+讲解)（支持资料、图片参考_降重降ai）_文章底部可以扫码
摘 要
随着时代的发展，电力基础设施建设逐渐成为经济发展的重要一环。目前，巡检作业方式仍旧是以人工巡视为主，这样就会使得检修时间滞后，导致输电线路运行效率低下。机器人对释放劳动力和提高人们生活水平有着不可替代的地位,已经成为各国科技发展的重要战略。机器人可以为我们做一些我们人类做不到的事情也可以帮助我们去一些危险地区探索或者是营救。因此，电力智能巡检机器人逐渐登上了时代舞台。
本设计将结合STM32单片机、超声波传感器及蓝牙通信技术设计出一款地面电力巡检机器人系统设计，该设计可实时监测电压状况，能够实现避障。巡检机器人具备自主导航的能力，能够在电力巡检区域内自主移动。蓝牙模块将下位机采集的数据传递给上位机进行显示，OLED显示屏用于显示电压值。蜂鸣器用于提示发声。超声波传感器用于检测前方是否有障碍物。
关键词：蓝牙通信；STM32单片机；超声波传感器
ABSTRACT
With the development of the times, power infrastructure construction has gradually become an important part of economic development. At present, the patrol operation mode is still mainly manual patrol, which will make the maintenance time lag and lead to the low operation efficiency of transmission lines. Robots play an irreplaceable role in releasing labor and improving people’s living standards, and have become an important strategy for the development of science and technology in various countries. Robots can do things for us that we humans can’t do, and they can also help us to explore or rescue some dangerous areas. Therefore, the electric intelligent inspection robot has gradually stepped onto the stage of the times.
This design will combine STM 32 single chip microcomputer, ultrasonic sensor and Bluetooth communication technology to design a ground power inspection robot system, which can monitor the voltage situation in real time and avoid obstacles. The inspection robot has the ability of autonomous navigation and can move autonomously in the electric power inspection area. Bluetooth module transmits the data collected by the lower computer to the upper computer for display, and OLED display screen
Key words: Bluetooth communication; STM32 singlechip; ultrasonic sensor
目 录
第1章 绪 论 1
1.1研究目的及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3主要研究内容 2
第2章 系统总体结构 4
2.1设计方案 4
2.2功能需求分析 4
2.2.1技术路线： 4
2.2.2预期结果： 5
2.3单片机型号选择 5
2.4测距传感器选择 6
2.5通信模块选择 7
2.6显示模块选择 7
第3章 系统的硬件部分设计 9
3.1系统总体设计 9
3.2系统的主要功能模块设计 10
3.2.1 超声波传感器模块设计 10
3.2.2 电机驱动模块设计 11
3.2.3 蓝牙模块设计 12
3.3.4 显示模块设计 13
3.2.5 蜂鸣器模块设计 14
3.2.6 交流电检测模块设计 14
第4章 系统的软件设计 15
4.1 软件主流程图 15
4.2 超声波传感器模块的软件设计 15
4.3 蓝牙模块的软件设计 16
4.4 显示模块的软件设计 17
第5章 系统测试 18
5.1 系统实物图 18
5.2 测试原理 18
第6章 总结与展望 22
6.1 总结 22
6.2 展望 22
参考文献 23
致 谢 25
电路图 26
源程序 26
第1章 绪 论
1.1研究目的及意义
伴随经济发展和人民生活水平的提高，社会用电量不断提升，对电网运行稳定性提出更高挑战，变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检需求进一步提高目前电力公司仍主要采用传统的人工巡检方式，即利用看、听、闻等感知手段，对电力设备运行状态进行查验和记录，此种方式存在着人力成本高、巡检手段单一、巡检数据主观性强、受天气影响大、数据管理分散等问题，逐渐无法满足准确、实时、高频率的电力设备巡检需求[1]。我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。从工业发展历程看，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升，使用机械、自动化技术代替人力成为巡检管理的必然趋势。
1.2国内外研究现状
电力和能源一直是我们很多人密切关注的问题，从爱迪生发明电灯开始我们就进入了电气时代也是从那时候开始我们的生活与电密切相关，这么多年来我们对电更好的管理利用从未停止脚步[2]。国内的研究人员顾鑫新在2022年《信息与电脑》上发表的《地面电力巡检机器人控制系统设计与测试》一文中为了实现地面电力设备智能巡检作业，选取智能机器人作为巡检工具，开发一套控制系统。该系统以STM32单片机作为核心控制器，利用超声波传感器采集机器人前方物体信息，通过摄像头模块拍摄电力设备作业状态图像信息[3]。经过信息统计分析，合理规划机器人的行走路径与拍摄操控方案。系统测试结果显示，本系统能够将机器人行走物体识别、电力设备状态拍摄、机器人路径优化集为一体，弥补了传统人工巡视的不足[4]。刘志亮等人的团队在2018年的《电网与清洁能源》的期刊发表了《地面电力巡检机器人控制系统设计与实现》针对电网建设中电力巡检机器人在研发过程中缺乏通用性系统平台的问题,研制了一种由前端及后台显示分析控制系统构成的地面电力巡检机器人控制系统。系统前端底层采用工业级控制芯片STM32F103RCT6[5]对步进电机、超声波传感器进行控制,同时引入μcos-II实现了底层程序进行任务划分;上层采用开源的Android系统设计了上层交互界面;后台采用MFC对系统后台界面进行设计,实现了前端图像、超声波传感器、电量信息的实时显示、视觉导航。测试结果表明,该系统有效解决了电力机器人研发过程中技术不兼容、系统功能单一、创新技术引入难、研发周期长且成本高等问题[6]。林杰在2022年《技术与市场》发表的《变电站巡检机器人无线充电技术研究》中阐释了我国变电站智能化建设已经成为常态，智能化建设规模也在不断扩大，变电站巡检机器人充电技术从有线模式到无线模式，切实降低了电力维护人员的劳动强度，也极大地提高了电力巡检等工作的效率、安全性和稳定性。系统介绍了电力巡检机器人无线充电的分类和特点[7]，分析了磁耦合谐振式无线充电技术原理、线圈耦合结构以及补偿网络关键技术等，并给出了仿真结。英国皇家物理期刊中，Nursita Y M2021年发表的《Development of Mobile Augmented Reality Based Media for An Electrical Measurement Instrument》对电量测量进行研究该研究旨在开发面向电测仪器的增强现实移动学习媒体。学习者可以利用这种应用来提高自己正确使用电测仪器的技能和知识[8]。电工的一项基本技能是使用电压表、电表和欧姆表。测量的结果他们可以对某一问题做一些分析,也可以对电场进行故障排除。从开发研究来看,被生产出来的学习媒体应用产品被命名为ARAVO。ARAVO是Ammeter、Voltmeter和Ohmmeter增强现实的简称。ARAVO通过将万用表等虚拟物体与真实世界相结合,帮助学习者甚至讲师模拟电子测量仪器的使用[9]。英国工程科技学会的研究学者Cannon James M.的团队在2021年《Electrical Measurement of Cell-to-Cell Variation of Critical Charge in SRAM and Sensitivity to Single-Event Upsets by Low-Energy Protons》提出了一种在不了解底层电路的情况下绘制相对电池临界电荷值的电气程序,允许定制设备使用。给定细胞级Q ( C )知识[10],一个设备可以有它的细胞‘筛选’,使那些Q ( C )低的细胞不被用来存储数据。
1.3主要研究内容
1.阅读相关文献确定了设计功能和软件硬件的选择方案
2.硬件部分采用STM32单片机
3.采用C语言完成软件设计
4.将系统进行调试运行并成功实现
5.实现的成果为实物
该系统应完成的主要功能有:
蓝牙通信，手机端上位机
上位机：
1.控制下位机系统移动；
2.接收下位机数据，并显示；
3.接收到警告信号的提示；
下位机：
1.系统可收到上位机指令进行移动：前进/后退/右转/左转；
2.系统可实时监测前方障碍物状况，显示，然后发送到上位机；
3.系统可随时监测电压状况，显示，并上传至上位机；
4.系统若监测发现电压有异常，蜂鸣器长响，同时发送上位机警告信号；
5.巡检机器人具备自主导航的能力，能够在电力巡检区域内自主移动。
第2章 系统总体结构
2.1设计方案
本课题是一种地面电力巡检机器人系统设计，该套系统主要由交流电监测模块、单片机STM32、蓝牙通信模块、蜂鸣器、超声波传感器模块、OLED等部分组成；采用STM32单片机技术将交流电监测模块和超声波传感器模块采集到的参数通过蓝牙通信模块发送到上位机，在上位机上实时监测前方障碍物状况监测电压状况显示，并发送上位机系统监测到电压异常，蜂鸣器长响并发送上位机警告信号。
图2-1 结构框图
2.2功能需求分析
2.2.1技术路线：
1.硬件部分选用单片机STM32F103c8t6、超声波传感器模块、陀机、交流电监测模块、蜂鸣器、蓝牙、OLED。
2.软件平台程序用keil5;
3.画原理图用AD;
4.编程语言用C语言。
2.2.2预期结果：
作品展示，完成一个地面电力巡检机器人系统，并且该设计能实现的功能如下：
蓝牙通信，手机端上位机
上位机：
1.控制下位机系统移动；
2.接收下位机数据，并显示；
3.接受警告信号提示；
下位机：
1.系统可实时接收上位机指令并进行移动：前进/后退/右转/左转；
2.系统可实时监测前方障碍物状况，显示，同时发送至上位机；
3.系统可随时监测电压状况，显示，同时发送至上位机；
4.系统若监测到电压有异常，蜂鸣器长响，同时发送至上位机警告信号。
2.3单片机型号选择
8051单片机的处理能力相对较低。它通常具有较低的时钟频率和有限的存储容量，限制了它在处理复杂任务和大规模应用中的表现。8051单片机的存储容量有限，包括内部RAM和ROM。这可能限制了复杂程序的编写和存储，尤其是在需要处理大量数据或具有大型代码库的应用中。相对于现代的嵌入式系统，8051单片机缺乏一些现代化功能和接口。例如，缺乏内置的通信接口（如USB、以太网）和现代的外设控制器（如触摸屏控制器、高分辨率显示器控制器等）。8051单片机的指令集相对较小，编程模型相对简单。这可能导致在编写复杂算法或执行高级功能时，编程变得更加困难和繁琐。
图2-4 STM32F103C8T6原理图