專利名稱：一種電力箱柜柜門狀態智能監測方法
技術領域：
本發明涉及一種對無人值守配變電站中電力箱柜的柜門狀態進行監測的方法，屬開關裝置技術領域。
背景技術：
目前，配變電站的電力箱柜都裝配固定的門鎖，電力工作人員對電力箱柜進行檢查和維護等操作時，需要獲得門鎖的鑰匙，并且按照已有流程和規范進行操作。但是如果電力箱柜數量較多，工作量較大，操作比較繁瑣，加上工作人員對操作流程和規范不熟悉、不重視，那么就容易發生對電力箱柜的誤操作或者不規范操作，直接威脅電力系統的安全可靠運行。典型的例子就是電力箱柜打開之后忘記關門或者已經關上門卻沒有鎖好，致使電力箱柜容易被外來的因素破壞，發生柜內設備毀壞或者電力故障。
雖然少數電力箱柜安裝了門鎖監測裝置，但是現有的門鎖監測裝置一般都是采用有線方式(布置網線)進行通信，布線和施工都比較麻煩。有的門鎖監測裝置采用ZigBee無線技術來實現監測信息的傳輸，由于ZigBee技術的CC2430和CC2530無線射頻模塊工作在
2.4GHz頻段，信號的穿透能力較差，加上電力環境中的信號干擾，通信的傳輸距離非常有限。從電力公司管理的角度來看，在電力箱柜維護過程中，公司需要確認操作維護人員是否真正達到現場并按時維護電力箱柜，還需要有一定的機制來保證檢修維護步驟安全順利進行。因此有必要對電力箱柜的柜門開關狀態和工作人員的操作過程進行必要的跟蹤和提醒，提高電力系統維護的可靠性，及時發現電力箱柜的不安全狀態，并在故障發生后準確查找原因并確定相關人員的責任。但由于現有的門鎖監測裝置功能都比較單一，不具有下行控制的功能，也不能采集開關門操作人員的信息，因此對電力箱柜的監控主要是通過有限數量的視頻監控設備實現的，這就需要電力工作人員24小時值班，查看監控，當發生電力故障時通過調閱視頻記錄來查找故障原因。由于視頻設備的成本相對較高且視野有限，而電力箱柜數量較多、位置分散，這些視頻設備并不能獲得很好的監控效果。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足、提供一種設備安裝方便、通信傳輸距離遠而且監控效果好的電力箱柜柜門狀態智能監測方法。本發明的目的是以下述技術方案實現的
一種電力箱柜柜門狀態智能監測方法，它包括后臺服務器和安裝在各個電力箱柜上的柜門狀態監測單元，所述柜門狀態監測單元包括以單片機為核心的控制部件、以及磁感應開關模塊、計時芯片、射頻讀卡模塊和無線射頻模塊；所述射頻讀卡模塊和磁感應開關模塊的信號輸出端分別接單片機的不同輸入端口，所述計時芯片的I/o、SCLK, RSET端分別接單片機的Pl. 4、P1.5和Pl. 6端口，所述無線射頻模塊采用CCl 110，單片機通過無線射頻模塊、網關節點模塊和公網接口模塊與后臺服務器通信；所述柜門狀態監測單元按如下方式運作
單片機通過磁感應開關模塊實時檢測電力箱柜的柜門的開關狀態，當接收到開門信號時立即啟動計時芯片并通過射頻讀卡模塊讀取操作人員攜帶的射頻卡信息，單片機及時將被打開的電力箱柜的柜門號、開關門時間和操作人員的信息通過無線射頻模塊發送到后臺服務器記錄并保存。上述電力箱柜柜門狀態智能監測方法，在柜門狀態監測單元內還設置有與單片機相連的聲音告警模塊和應答按鍵，所述聲音告警模塊的P00、P01、P02和P03端分別接單片機的P2. O、P2. I、P2. 2和P2. 3端口，所述應答按鍵一端接地，一端接單片機的PO. O端口；
所述聲音告警模塊和應答按鍵按如下方式運作
在柜門打開狀態下單片機根據計時芯片提供的觸發信號控制聲音告警模塊按設定時間間隔發送提示信號，提醒操作人員進行安全規范操作；操作人員按照確知的檢修流程進行操作時，可以通過應答按鍵向單片機發出控制信號，單片機接收到該信號之后控制聲音告警模塊給出每個步驟的聲音提示，并將接收到控制信號的時間信息通過無線射頻模塊發 送到后臺服務器記錄并保存。上述電力箱柜柜門狀態智能監測方法，所述磁感應開關模塊安裝在電力箱柜門Π ；
所述磁感應開關模塊和單片機之間按如下模式運作
當開門狀態持續時間達到設定的最長閾值而磁感應開關模塊沒有檢測到關門信號時，單片機控制聲音告警模塊向操作人員發送聲音告警信號，操作人員通過應答按鍵解除該告警信號；若告警信號的持續時間達到設定值時操作人員仍然沒有通過應答按鍵解除警告信號，則單片機通過無線射頻模塊向后臺服務器發送異常告警信息，提醒工作人員電力箱柜可能發生異常情況。本發明采用無線通信設備對電力箱柜的開關狀態、操作時間、操作人員等信息進行采集和傳輸，具有現場施工布置簡單便捷，信息傳輸距離遠等優點，保證了信息采集的準確性和有效性。該系統能及時監測電力箱柜門鎖的開關狀態，了解相關人員的巡檢工作是否到位，及時發現電力箱柜的異常情況，它不僅具有開關門狀態信息的無線傳輸和聲音提醒告警功能，而且還可通過應答按鍵來排除告警信號。同傳統電力箱柜的門鎖監測方法相比，本發明設備安裝方便、通信傳輸距離遠而且監控功能完善，可大大提高電力箱柜維護的工作效率和電力公司的管理水平。


下面結合附圖對本發明作進一步詳述。圖I是本發明所用監測裝置的系統結構示意 圖2是柜門狀態監測單元的電原理 圖3是監測裝置各部件的安裝位置示意 圖4是磁感應開關模塊U5的內部電原理圖。圖中各標號為1、電力箱柜；2、門鎖；3、直流供電模塊；U1、單片機；U2、射頻讀卡模塊；U3、計時芯片；U4、聲音告警模塊；U5、磁感應開關模塊；U6、無線射頻模塊；K、應答按鍵。
具體實施例方式本發明采用了一種基于433MHz頻段射頻模塊CClllO的柜門狀態監測和維護操作過程中的提醒告警系統，相比已有的基于2. 4GHz頻段的ZigBee射頻模塊的無線狀態監測裝置，該系統信號的穿透能力更好，在相同發射 功率的前提下，無線傳輸控制的距離更遠，功能更完善。參看圖1，本發明所用監測裝置由后臺服務器和安裝在各個電力箱柜上的柜門狀態監測單元組成，每個電力箱柜都配備一套基于433MHz頻段射頻模塊CClllO的無線監測單元，每個監測單元包括磁感應開關模塊U5、計時芯片U3、聲音告警模塊U4、應答按鍵K、射頻讀卡模塊U2、CClllO無線射頻模塊U6和單片機Ul等。多個電力箱柜可共用一個CClllO網關節點模塊、一個公網接口模塊和一臺后臺服務器。多個CClllO無線射頻模塊U6和CClllO網關節點模塊采用SimpliciTI協議棧組成短距離無線通信網絡進行通信。參看圖2，柜門狀態監測單元柜門狀態監測單元中的電信號傳輸關系和控制關系
電力箱柜被打開或者關閉后，磁感應開關模塊U5將柜門的開關信號通過I/O 口(優先選擇P2. 5)送給單片機Ul。單片機Ul通過I/O 口(P1. O、Pl. I Pl. 2和Pl. 3)給射頻讀卡模塊U2發送讀卡命令或者讀取射頻卡信息。單片機Ul通過I/O 口(P1. 4、Pl. 5和Pl. 6)控制計時芯片U3準確計時或者讀取計時芯片U3的計時信息。單片機Ul通過I/O 口(P2. 0、P2. 1、P2. 2和P2. 3)控制聲音告警模塊U4每隔一定周期(可預置可改變)發送告警信號，及時提醒操作人員進行安全規范操作。操作人員可以通過應答按鍵K給單片機Ul發送指令，單片機Ul收到指令后控制聲音告警模塊U4按照次序發送檢修流程各個步驟的聲音提示。當操作時間超過一定時長(可預置可改變)時，操作人員需要按下應答按鍵K將表示安全操作的低電平信號通過I/O (P2.5) 口發送給單片機
Ulo在聲音告警模塊U4中，WT588D的POl被定義為DATA數據口，P02為CS片選口，P03為CLK時鐘口，單片機Ul通過這三個控制口對WT588D進行控制。單片機Ul通過RS232串口將開關門狀態信息、操作人員的射頻卡信息、開關門的具體時間等信息發送給CCl 110無線射頻模塊U6，之后CCl 110無線射頻模塊U6再將收到的信息發送到CClllO網關節點模塊。CClllO無線射頻模塊U6收到CClllO網關節點模塊的相關信息后，通過RS232串口發送給單片機Ul。技術手段說明
I)單片機Ul采用C8051F340系列芯片，包括4個16位計數器/定時器、兩個具有擴展波特率配置的全雙工串口 UART、一個增強型SPI端口、多達4352字節的內部RAM、128字節特殊功能寄存器地址空間及多達40個I/O引腳。完全可以滿足與其它模塊之間進行通信和控制的需要。2)磁感應開關模塊U5采用霍爾式CS3000系列產品(如CS3020)。當兩個磁感應電路相互接近的時候，模塊內部的開關會閉合或者斷開，相應負載兩端的電壓會發生變化，從而產生輸入電平的高/低變化。單片機Ul根據接收到的高/低電平信號就可以判斷電力箱柜的柜門開關狀態。
3)裝置采用射頻標簽識別RFID技術，使用射頻讀卡模塊U2(S6700)讀取射頻卡信息。本發明中射頻讀卡模塊U2是固定式的，射頻模塊工作在13. 56MHz頻段，滿足IS014443標準。4)CC1110無線射頻模塊U6和CClllO網關節點模塊之間構成基于433MHz頻段的無線通信網絡，網絡采用SimpliciTI協議棧實現星狀或者串狀網絡拓撲通信。CClllO無線射頻模塊U6與單片機Ul之間通過串口進行通信，CClllO無線射頻模塊U6本質上體現的是無線透傳模塊的功能。5)計時芯片U3采用DS1302，它是一種實時時鐘電路，可對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2. 5V 5. 5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。7)聲音告警模塊U4采用WT588D系列語音芯片，芯片內置SPI-FLASH存儲器，具有220個可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，完全可以滿足專 利裝置的需求。本發明專利中，芯片可采用三線串口控制模式或者三線串口控制控制端口擴展輸出模式。三線串口控制模式切換到三線串口控制控制端口擴展輸出模式只需發送數據就可以進行切換。本發明的具體步驟
步驟I)監測裝置通過磁感應開關模塊U5自動檢測電力箱柜的柜門的開關狀態。在正常工作狀態下，一旦單片機Ul接收到磁感應開關模塊U5發送的開門信號，立即啟動計時芯片U3開始開門狀態計時；并且控制射頻讀卡模塊U2讀取操作人員攜帶的射頻卡信息；最后將被打開的電力箱柜的柜門號、開門時間和操作人員的信息通過CClllO無線射頻模塊U6發送到CClllO網關節點模塊。該CClllO網關節點模塊通過公網接口模塊(以太網接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，將接收到的信息傳送到后臺服務器記錄并保存。步驟2)柜門被打開之后，裝置中的單片機Ul根據計時芯片U3提供的觸發信號控制聲音告警模塊U4每隔固定的周期(例如20分鐘)就會發出聲音信號，該信號持續一定時間(例如30秒)，重復一定次數(例如2次)，提醒工作人員進行安全規范操作。柜門被打開之后，如果操作人員按照確知的檢修流程進行操作時，也可以通過應答按鍵K控制聲音告警模塊U4給出每個步驟的聲音提示。從頭開始，操作人員每按一次應答按鍵K，聲音告警模塊U4給出檢修流程中相應一個步驟的聲音提示。每次單片機Ul接收到應答按鍵K的控制信號之后，都會將接收到該信號的對應時間信息通過ClllO無線射頻模塊U6發送到CClllO網關節點模塊。該CClllO網關節點模塊通過公網接口模塊(以太網接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，將接收到的信息傳送到后臺服務器記錄并保存。操作人員如果熟知檢修流程，也可不選擇通過控制聲音告警模塊U4給出每個步驟的聲音提示，但是只要選擇了聲音提示，就必須在每個操作步驟之前按一下應答按鍵K，直至流程操作結束為止。步驟3)在柜門被打開的一定時間(例如I個小時)以內，如果前端工作人員操作完畢并且將柜門關閉，則磁感應開關模塊U5會將監測到的關門信號發送到單片機Ul ;單片機Ul接收到關門信號后馬上讀取計時芯片U3的關門時間，之后計時芯片U3將停止工作并且計時清零；最后單片機Ul會將被打開的電力箱柜的柜門號和關門時間通過CClllO無線射頻模塊U6發送到CClllO網關節點模塊。該CClllO網關節點模塊通過公網接口模塊(以太網接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，將接收到的信息傳送到后臺服務器記錄并保存。
步驟4)如果開門狀態持續一定時間(例如I個小時)之后磁感應開關模塊U5沒有檢測到關門信號，則單片機Ul會控制聲音告警模塊U4發送提醒操作人員及時關門的聲音信號，前端工作人員可通過應答按鍵K解除該告警提醒，單片機Ul收到應答按鍵K的解除信號后控制聲音告警模塊U4停止發送告警信號。步驟5)如果單片機Ul控制聲音告警模塊U4發送提醒及時關門的聲音信號持續了一定時間(例如10分鐘)后，仍然沒有人員通過應答按鍵K解除警告，則單片機Ul通過CCl 110無線射頻模塊U6發送異常告警信息給CCl 110網關節點模塊，該CCl 110網關節點模塊通過公網接口模塊(以太網接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，將接收到的信息傳送到后臺服務器，提醒電力箱柜可能發生異常情況。后臺工作人員根據步驟I)接收到的操作人員信息與該人員聯系，以確認是否發生異常情況。如果與操作人員未取得聯系或者聯系上且確認忘記關閉柜門，則通知的相關負責人員去現場檢查。后臺服務器將記錄步驟I)中接收到的柜門號和對應的工作人員信息，方便進一步追究責任。本發明具有以下的功能和特點
O能及時有效地檢測到柜門的開門信息，并讀取開門者的射頻卡信息；
2)通過計時芯片U3精確獲取開關門操作的時間，為單片機計時并且發送控制指令提供必要的參考信息；
3)通過433MHz頻段射頻模塊CClllO將開門狀態、開門者的個人信息和開門時間等信息及時有效地傳送到遠端服務器，為實施精確可靠的監測提供必要的信息支持；
4)單片機Ul通過控制聲音告警模塊U4每隔一定周期發出聲音信號，可有效提醒前端工作人員進行安全操作；工作人員也可以借助應答按鍵K依次讀取聲音告警模塊U4發出的檢修維護相關步驟的提醒。5)當超過一定較長的時間如果仍然沒有檢測到關門狀態，則可以通過應答按鍵K解除警告機制及時發現并排除不安全的情況(例如操作人員操作完畢離開時忘記關柜門)，并且提供對相關操作人員追究責任的有效信息；
6)通過該裝置還能及時檢測關門的狀態，并將關門狀態信息和關門時間傳送到遠端服 務器。
權利要求
1.一種電力箱柜柜門狀態智能監測方法，其特征是，它包括后臺服務器和安裝在各個電力箱柜上的柜門狀態監測單元，所述柜門狀態監測單元包括以單片機(Ul)為核心的控制部件、以及磁感應開關模塊(U5)、計時芯片(U3)、射頻讀卡模塊(U2)和無線射頻模塊(U6);所述射頻讀卡模塊和磁感應開關模塊的信號輸出端分別接單片機的不同輸入端口，所述計時芯片的I/O、SCLK、RSET端分別接單片機的Pl. 4、Pl. 5和Pl. 6端口，所述無線射頻模塊采用CC1110，單片機通過無線射頻模塊、網關節點模塊和公網接口模塊與后臺服務器通信； 所述柜門狀態監測單元按如下方式運作 所述單片機(Ul)通過磁感應開關模塊(U5)實時檢測電力箱柜的柜門的開關狀態，當接收到開門信號時立即啟動計時芯片(U3)并通過射頻讀卡模塊(U2)讀取操作人員攜帶的射頻卡信息，單片機(Ul)及時將被打開的電力箱柜的柜門號、開關門時間和操作人員的信息通過無線射頻模塊(U6 )發送到后臺服務器記錄并保存。
2.根據權利要求I所述電力箱柜柜門狀態智能監測方法，其特征在于，在柜門狀態監測單元內還設置有與單片機(Ul)相連的聲音告警模塊(U4)和應答按鍵(K)，所述聲音告警模塊的POO、POl、P02和P03端分別接單片機的P2. O、P2. I、P2. 2和P2. 3端口，所述應答按鍵一端接地，一端接單片機的PO. O端口； 所述聲音告警模塊和應答按鍵按如下方式運作 在柜門打開狀態下單片機(Ul)根據計時芯片(U3)提供的觸發信號控制聲音告警模塊(U4)按設定時間間隔發送提示信號，提醒操作人員進行安全規范操作；操作人員按照確知的檢修流程進行操作時，可以通過應答按鍵(K)向單片機(Ul)發出控制信號，單片機(Ul)接收到該信號之后控制聲音告警模塊(U4)給出每個步驟的聲音提示，并將接收到控制信號的時間信息通過無線射頻模塊(U6)發送到后臺服務器記錄并保存。
3.根據權利要求2所述電力箱柜柜門狀態智能監測方法，其特征在于，所述磁感應開關模塊安裝在電力箱柜門口； 所述磁感應開關模塊和單片機之間按如下模式運作 當開門狀態持續時間達到設定的最長閾值而磁感應開關模塊(U5)沒有檢測到關門信號時，單片機(Ul)控制聲音告警模塊(U4)向操作人員發送聲音告警信號，操作人員通過應答按鍵(K)解除該告警信號；若告警信號的持續時間達到設定值時操作人員仍然沒有通過應答按鍵(K)解除警告信號，則單片機(Ul)通過無線射頻模塊(U6)向后臺服務器發送異常告警信息，提醒工作人員電力箱柜可能發生異常情況。
全文摘要
一種電力箱柜柜門狀態智能監測方法，所述方法在每個電力箱柜內安裝以單片機為核心控制部件的包括磁感應開關模塊、計時芯片、射頻讀卡模塊和無線射頻模塊的柜門狀態監測單元，單片機通過磁感應開關模塊實時檢測電力箱柜的柜門的開關狀態，當接收到開門信號時立即啟動計時芯片并通過射頻讀卡模塊讀取操作人員攜帶的射頻卡信息，單片機及時將被打開的電力箱柜的柜門號、開關門時間和操作人員的信息通過無線射頻模塊發送到后臺服務器記錄并保存。同傳統電力箱柜的門鎖監測方法相比，本發明設備安裝方便、通信傳輸距離遠而且監控功能完善，可大大提高電力箱柜維護的工作效率和電力公司的管理水平。
文檔編號G05B19/418GK102841596SQ201210366510
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者陳智雄, 項洪印 申請人:華北電力大學(保定)