多功能数据采集工具的研制

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摘 要：针对当前采集电表数据时，部分电表安装过高，以及一些红外电表接收距离近且容易受阳光干扰，抄表人员需要借助梯子或攀爬至台变架上读取数据，抄表效率低下且人员安全得不到保障的问题，研发一款可以根据表计高度自由调节长短、绝缘、集成红外模块和摄像头、能无线传输数据的多功能数据采集工具。

关键词：绝缘伸缩杆；红外干扰；带电作业；无线图像传输

引言

在实际的抄表工作中，存在很多影响抄表效率和工作人员人身安全的问题。许多地区电表安装位置过高，抄表人员需要借助梯子来采集电表读数，在抄表过程中，容易引发抄表人员跌落和触电的风险，存在带电作业的安全隐患。

现有的绝缘杆抄表仪将液晶显示屏固化在绝缘杆特定位置，无法方便观察到显示数据，使用不方便。还有一些地区存在机械电表与智能电表并存的情况，目前没有一款抄表仪产品可以同时支持这两种电表，需要携带两套设备极为不方便。

为提高抄表效率，增加抄表的方便性和保障抄表人员的人身安全，有必要针对电表数据采集进行探索和研究，文章设计了一款可以根据表计高度自由调节长短、绝缘、集成红外模块和摄像头、能无线传输数据的多功能数据采集工具。

1 多功能数据采集工具的设计

多功能数据采集工具外形结构如图1所示。

为了使抄表人员方便安全地对高处或其他难以到达位置的电表进行抄表，文章所述多功能数据采集工具采用绝缘伸缩杆顶端搭载数据采集模块的设计。针对安装在不同高度的电表，可以更换不同长度的绝缘伸缩杆。伸缩杆顶端有摄像头和红外发射接收模块，可针对机械电表及红外电表进行抄表，抄表的数据通过WiFi无线的方式传送到智能手机上显示并保存。

1.1 绝缘伸缩杆

绝缘伸缩杆的设计符合《GB17620-1998标准》，采用35kV以上耐电压等级环氧树脂玻璃钢材质，并将充电电池置于杆顶的绝缘壳内，远离抄表人员手握位置，提高带电作业的安全性。其特性如下：

（1）耐腐蚀，不生锈；（2）重量轻，伸缩式设计，方便携带；（3）抗老化，可用20年以上；（4）容易保养；（5）具有优良的绝缘性和抗电磁性；（6）使用锂电池供电，可以方便的使用充电宝等充电。

在绝缘杆顶端，数据采集模块下方设计了万向节。万向节外表覆盖多层绝缘材料，可90度任意角度弯曲，方便对不同角度的电力设备进行观察。

在对老式机械表数据进行采集时，由于重力影响，伸缩杆顶端极易出现晃动，导致摄像头拍摄的画面不清晰。为了解决这个问题，在伸缩杆上加装一个支架，可在采集操作时架在电表箱外壳上作为支撑点，使拍摄画面不抖动。支架支撑的距离在镜头自动调焦范围内。

1.2 数据采集模块

1.2.1 机械电表数据采集

针对机械电表，采用工业高清摄像头拍摄表码。摄像头选用自动对焦500万像素工业摄像头，完全满足拍照清晰度和抗干扰要求。

考虑到有的电表处于光线很暗的环境，以及需要在傍晚或者夜间抄表，多功能数据采集工具设计了补光灯。补光灯通过自带多颗高效率大功率LED白光灯提供足够的照明亮度拍摄画面，并采用雾面散射光源，提供类似无影灯的效果，避免在表盘处形成局部亮斑，提高摄像头成像清晰度。

1.2.2 红外电表数据采集

针对红外电表，数据采集工具的顶部提供远距离的红外发射接收模块。

红外发射接收模块符合《DL/T645-1997规约》、《DL/T645-2007规约》及附属规约，通讯距离在7-13米。采用38K载波调制，红外线波长是950纳米，可对电力设备上的红外标识器进行智能识别，读取数据。

由于有些红外电表的使用时间过长，红外发射功率已经显著下降，导致抄表距离严重缩短；另外，灰尘积累以及红外滤镜的老化，都会使红外表的抄表成功率下降。针对这些特殊情况，红外数据采集模块加大了红外发射功率，在红外头前采用红外线带通光学滤镜，滤除阳光中的可见光和其他波段的红外干扰。通过这些设计，可使红外数据采集的成功率大幅度提高，采集成功率几乎可达到100%。

其中红外带通滤波镜片对抗干扰起到最大作用。图2为采用红外带通滤波镜片的波长和通过率曲线扫描测试结果。从图中可看出，对于可见光波段，以及不需要的其他红外线波长的衰减几乎达到了100%。

1.3 电源

多功能数据采集工具采用5000mAh锂聚合物电池供电，待机时间大于72小时，可连续工作10小时。提供通用的手机充电接口充电。

1.4 手机终端APP

文章设计的多功能数据采集工具，搭配有手机终端APP，通过WiFi与采集工具进行通讯，控制数据采集工具进行拍照、红外数据采集、开关补光灯等操作。同时采集工具拍摄的照片和接收到的红外数据，通过WiFi传送到手机APP上同步显示显示并保存。

采集工具的WiFi发射器通信，采用802.11b协议，最高传输速率可达11Mbps，可保障摄像头与手机屏幕显示同步，且无遮挡通讯距离可以达到100m以上。

2 现场测试及效果

在对多功能数据采集工具进行现场抄表测试中，使用采集工具进行抄表的时间比人工抄表大大缩短，成功率也有显著提升。表1和表2显示机械表的对比情况；表3和表4显示红外表的对比情况。

对老式机械表数据采集时，伸缩杆拉伸至2.5米，摄像头拍摄的画面没有抖动，支架有效解决了拍摄过程中画面因伸缩杆顶端的抖动造成的画面晃动。摄像头模块在打开补光灯拍照时，补光灯在摄像头下方1厘米处，摄像头与补光灯形成一定夹角，补光灯在设备镜面形成的光斑与需要查看的图片相隔3-4厘米，视线域与光斑域隔开一段距离，表码或铭牌图像有效区没有光斑出现。拍摄到的电表照片如图3所示。

对红外表进行数据采集时，可以拉伸2.5米的长杆相当于缩短了采集距离和改善了抄表角度。加强的红外发射和接收能力，以及红外带通滤波镜片的使用，红外电表的数据采集成功率大幅度提高。

手机APP通过WiFi可控制拍照及开关补光灯，实时显示采集工具采集到的图像和数据，APP截图如图4所示。

3 结束语

文章多功能数据采集工具4米高度以下能对安装到高处的机械电表红外电表的快速抄表，解决了基层电网抄表工作人员抄表效率低下、人身安全得不到保障的问题，实现了一台设备同时支持两种电表数据采集的功能，为抄表工作提供了极大的便利。多功能数据采集工具在电力领域还可以有更多的应用，可以扩展到设备维护等领域。

参考文献

[1]国家经济贸易委员会，公安部.电力设备保护条例实施细规[Z].1999-03-18.

[2]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.电力安全工作规程[S].2011-07-29.

[3]国家经济贸易委员会.DL/T645-2007.多功能电能表通信协议[Z].2007-12-03.

作者简介：华琼（1975-），女，云南大理人，工程师，本科学历，主要从事变电运行工作。

陈栋（1989-），男，湖北黄冈人，助理工程师，本科学历，主要从事变电运行工作。

施金润（1979-），男，云南临沧人，高级工程师，研究生学历，主要从事企业管理工作。