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摘要：变电运维现场的多目标超声定位系统是指通过对变电运维现场，进行运用多目标超声定位这样先进的定位系统，做到已实现对目标进行快速准确定位的目标，使企业的资源利用率达到最大化，是时下一项比较热门的定位系统。伴随着科技的发展，类似于多目标超声定位系统这样先进新颖的方法应运而生，虽然可以为企业带来可观的效益，但其应用过程对技术的要求十分的高。文章对多目标超声定位系统控制的难点和解决方法进行了简要分析。
关键词：变电运维现场；多目标超声定位；发展瓶颈；解决途径
1前言
随着人类的进步和科技的发展，多目标超声定位的新颖而先进的定位模式已形成了一门专业的理论研究课题，多目标超声定位在变电运维现场的应用现已涉及到大部分企业的实际生产、国家企业的管理、社会整体进步、国民经济发展、以及人民的生活等各方各面，在国民经济发展中起到了关键辅助作用，随之增加的还有其工作的困难性与复杂性。虽然有了近些年来众多学者实践总结出的经验，但是其还是存在大量问题。
2、系统方案设计
2.1系统实现原理
智能定位安全终端发出经过伪随机编码的超声波信号，如果有不低于4个无线声定位传感器节点（这些节点位置坐标已知）接收到超声波信号，通过计算在同一时间基准下，终端到各个无线声定位传感器节点互相之间的到达时间差，可推算出终端与至少3个节点间的距离，再利用三边测量法[6，7]的原理，可解算出智能定位安全终端的位置，从而实现精确定位的功能。
2.2智能安全终端方案设计
系统是基于STM32F302 ARM处理器芯片设计的，该芯片是低功耗的32位ARM，外设丰富，片上FLASH和RAM都较大，具有一定的计算能力，非常适合无线传感网的应用。整个系统分为超声发射子模块、无线子模块、电源管理模块等。
超声发射子模块由音频CODEC芯片、MCU芯片组成。MCU芯片把超声信标信号编码处理后，交由音频芯片的DAC转换成模拟信号，经扬声器驱动电路放大后，驱动扬声器发出超声波信号。无线子模块与无线数据传输基站通过2.4 GHz信道交互，接收网络同步时间参考信号，并软件校正本地时钟[6]。
系统工作过程如下：系统上电或复位后，完成初始化和子模块的配置工作后，等待无线数据传输基站的发射超声波信号命令，在不发射超声定位信号时，周期性与基站同步时间、同步频率。接到发射超声波信号命令后，根据基站指定的时隙，发射超声波定位信号，在发射超声波信号的同时，发射无线信标信号。
3、无线声定位传感节点方案设计
3.1硬件设计
整个系统[9]分为超声接收子模块、无线子模块、DSP子模块、温湿度测量子模块、电源管理模块等。系统结构图如图6所示。
超声接收子模块由音频CODEC、MCU、MEMS麦克风组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆音频CODEC芯片中对两路麦克风信号进行放大调理后执行模数转换，MCU芯片采集转换后的数字化超声波信号。DSP子模块完成超声波信号的接收解调工作和伪随机码解扩与超声信号到达时间计算工作[5]。无线子模块与无线数据传输基站通过2.4 GHz信道交互，接收网络同步时间参考信号，并软件校正本地时钟。另外，计算出超声信标的到达时间后，发送给无线数据传输基站。
系统工作过程如下：系统上电或复位后，完成初始化和子模块的配置工作，等待无线数据传输基站的发射超声波信号命令，在不发射超声定位信号时，周期性与基站同步时间、同步频率。接到发射超声波信号命令后，根据基站指定的时隙，接收到智能定位安全中断发送的无线回应帧后，开始采集接收超声波定位信号。温湿度传感器采集环境的温湿度，发送给无线传输基站，在计算位置时，校正声速。
3.2软件设计
软件设计的框架如图7所示。系统初始化完毕后，交由实时操作系统FreeRTOS调度管理。收到无线模块触发的外部中断，接收无线数据传输基站发送的数据帧，如果是参考时间帧，则调整本地时钟时间。或按数据帧要求在指定时间开始接收超声波定位信号或电池电量信号，通过设置定时器来实现指定时刻的对应操作：如定时器时间已到指定开始接收超声波信号时刻，则定时器中断触发，经操作系统调度后，在中断中启动接收超声波定位信号。启动接收超声波信号后，DSP不断解调解扩超声波定位信号，计算得出各个目标的到达时刻，并写入队列中，另外的任务会读取这个队列并通 过无线信道发送给无线数据传输基站。
4、无线数据传输基站方案设计
4.1硬件设计
系统基于STM32F407 ARM处理器芯片，具有片上以太网MAC控制器，可通过以太网与后台管理系统通信。整个系统分为无线子模块、DSP子模块、温湿度测量子模块、以太网通信模块、电源管理模块等。
系统工作过程如下：系统上电或复位后，完成初始化和子模块的配置工作后，等待无线数据传输基站的发射超声波信号命令，在不发射超声定位信号时，周期性与基站同步时间、同步频率。接到发射超声波信号命令后，根据基站指定的时隙，接收到智能定位安全中断发送的无线回应帧后，开始采集接收超声波定位信号。
4.2软件设计
系统初始化完毕后，交由实时操作系统FreeRTOS调度管理。不断接收到无线模块接收到的数据帧，包括各个目标的超声信号到达时间、温湿度信息、电池电量信息等，由DSP计算各个目标的位置，计算出的结果交由目标管理程序进行分析处理后，再送到TCP/IP协议栈处理，通过以太网送给后台管理系统。另外，按无线数据传输基站预设周期，无线模块发送各种数据帧，包括参考时间帧、要求发送超声信号、要求采集温湿度、要求采集电池电量数据等。
5、结束语
在人类科技文化迅速发展的今天，智能思想已逐渐深入人心，未来社会将是一个智能的社会。企业的发展在将来也必将是智能的现代化的，否则必将被淘汰。人们对一个全新时代的来临抱着美好的憧憬的同时，政府及民间企业对其投资也十分巨大。多目标超声定位系统这样的现金管理理念在人类未来企业管理中将扮演着至关重要的角色，它为企业提供发展便利，大大节约运营成本。愿我们的生活多一分智能，心情多一些愉快，展望未来希望我们给予岁月文明，在一个智能的社会过美好的生活。
参考文献：
[1]刘佳欣：关于多目标超声定位系统的研究及应对方法[J]。新华网，2014-08-14：31-32.
[2范吉妮：如何看多目标超声定位系统工作实施问题[J]. 赤峰学院学报（自然科学版）. 2015（10）：51-52.
[3]赵宇：多目标超声定位系统在变电运维现场工作实施测试及故障排除探讨[J].大连民族大学学报.2015（5）：10-11.
[4]刘翔：多目标超声定位系统工作实施测量误差分析[J].中国人民大学学报.2014：24-25.
[5]范霞：多目标超声定位系统控制技术评价[J].大连海事大学学报.2016（5）：6-8.
[6]霍泉：多目标超声定位系统工作问题的治理方案[J].中南民族大学学报.2014（5）：17-18.
论文作者:吴伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：超声论文; 信号论文; 基站论文; 超声波论文; 模块论文; 目标论文; 定位系统论文; 《电力设备》2017年第30期论文;