基于双目成像技术的电力设备监测系统设计

摘要

随着工业水平的快速发展和人们生活质量不断改善，各行各业对电力需求不断地增加，电力在促进经济发展的同时也伴随着大大小小电气事故的增多，因此对电力设备进行快速维护和故障检测是电力安全防护的重中之重。因为可见光图像具有分辨率高、细节纹理清晰等优势，已成功应用于电力监测领域，在安全防范方面起到了非常重要的角色。但其成像质量受到光照、烟雾等条件的制约。近些年，在电力监测领域，红外成像技术逐渐代替了可见光成像技术，红外成像是通过接收物体辐射出的红外线进行成像，其对烟雾穿透能力较强，受环境影响较小，可以弥补可见光成像的缺陷。但红外成像采集到的图像信息受到温差的影响，细节表现不明显，对比度较低，成像效果较差。因此在电力监测领域急需一款可以结合可见光成像和红外成像优势的设备，以保障电力系统的正常稳定运行。 本文针对目前电力监测系统的现状与缺陷，结合可见光成像分辨率高、细节纹理清晰和红外成像穿透能力强、受环境影响较小等特点，提出了一款基于双目成像技术的电力设备监测系统，对电力设备进行实时监控和故障检测。从系统原理性分析、硬件设计、软件设计、系统可靠性及功能测试、实例验证等方面进行分析与设计。主要研究内容如下: 1.在对可见光成像和红外成像原理分析和理论研究的基础上，设计和实现了一款集可见光成像和红外成像为一体的双目成像在线监测系统，该系统主要应用于电力系统中各种电力设备的实时监控和故障检测。 2.系统采用微控制器的架构，模块化的设计方案来实现双目成像监测系统，主要包括POE供电模块、可见光成像模块、红外成像模块、网络通信模块及其它外设。POE供电模块用于为各个功能模块提供所需电源;可见光成像模块和红外成像模块用于采集电力设备的可见光图像和红外热图像;网络通信模块用于实现双目成像监测设备与上位机之间的网络通信。由于采用了模块化设计，与传统的监测设备相比具有体积小巧、外型简洁、功能全面等特点，能够嵌入到变电柜、开关柜、配电柜等电力设备中，改善传统检测设备不能对狭小区域监测的缺陷。 3.该双目成像监测系统采用多点测温的方式监测电力设备的运行状态，与传统的单点测温方式相比，多点测温避免了单点测温局部化造成的故障漏检等隐患。利用相对温差法分析电力设备的运行状态，既方便准确，又能识别故障的不同等级，以实现电力设备故障的快速检测与定位，给电力设备检测维护人员带来了很大的便利。 最后，本文对系统进行实例验证和可靠性测试，各个功能模块之间能够互不影响协同工作，整个系统能够可靠稳定运行。通过对配电柜和变压器套管异常检测，系统有效地识别故障状态，达到了预期的性能要求。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．3本文的主要内容及章节安排

2．1系统整体结构设计

2．2 POE供电技术

2．2．1 POE供电技术原理

2．2．2 POE供电运行过程

2．3可见光成像技术

2．4红外热成像技术

2．5以太网通信技术

2．6本章小结

3．1系统功能需求

3．2系统硬件整体设计

3．3系统功能模块设计

3．3．1微控制器最小系统设计

3．3．2 USB接口电路设计

3．3．3可见光传感器模块电路设计

3．3．4红外热成像模块电路设计

3．3．5以太网接口电路设计

3．3．6看门狗复位电路设计

3．4 POE供电模块电路设计

3．4．1 POE系统构成

3．4．2 POE系统电路图

3．4．3电源电路设计

3．5本章小结

4．1系统软件架构设计

4．2可见光图像采集

4．2．1可见光图像接口分析

4．2．2可见光图像采集软件设计

4．3红外热图像采集

4．3．1红外模块接口分析

4．3．2红外模块软件设计

4．4红外测温及故障检测设计

4．4．1辐射测温原理

4．4．2多点测温设计

4．4．3测温故障检测

4．5网络通信软件设计

4．6本章小结

第五章系统的调试与验证

5．1系统功能模块测试

5．1．1 POE供电模块测试

5．1．2成像模块性能测试

5．1．3网络通信模块测试

5．2系统性能验证

5．2．1系统监测验证

5．2．2系统可靠性测试

5．3本章小结

6．1工作总结

6．2后续展望

参考文献

硕士期间研究成果及参与项目

致谢