CN103942906A - 一种安全的高压设备预警防护*** - Google Patents
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Abstract
一种功能齐全的高压设备1防护***，它包括设置在高压设备周围的带有隔离门和门锁的防护栅栏及监控电路，所述监控电路包括后台计算机、单片机、RFID阅读器、热释电人体红外传感器、门锁控制电路和报警器，所述RFID阅读器通过SPI接口与单片机连接，所述热释电人体红外传感器的输出端接单片机的输入端口，所述门锁控制电路和报警器接单片机的不同输出端口，单片机通过串口与后台计算机连接。本发明将RFID与红外线探测技术有机结合在一起，不仅能及时发现接近高压设备的人员，而且可以自动识别进入者的身份，将不拥有权限者拒之门外，一旦出现异常现象即自动报警，从而保证了高压设备的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种将RFID与红外预警相结合的高压设备防护***，属变电或配电技术领域。
背景技术
现有的高压设备，例如变电站、变电所一般采用防护栏、隔离网等进行防护，工作人员持钥匙方可进入。这种防护***存在的缺点是没有预警装置，非工作人员也可以持钥匙进入，或者直接翻越防护栏进入，这样高压设备很容易遭到不法分子的破坏，同时也无法保证进入者的人身安全，存在重大安全隐患。少数高压设备虽然增设了预警装置，例如申请号为201020289235.4的中国专利公开了一种高压输电设备的监控与防护***，但其预警装置不能辨别进入者的身份，无法阻止持有钥匙的非工作人员进入，不能彻底消除安全隐患。采用先进的身份识别技术，例如人脸识别，指纹识别等虽然可以解决上述问题，但由于设备价格昂贵，不适用于庞大的电力***。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种安全的高压设备预警防护***，以有效防止非工作人员进入，保证高压设备的安全。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种安全的高压设备预警防护***，构成中包括设置在高压设备周围的带有隔离门和门锁的防护栅栏及监控电路，所述监控电路包括后台计算机、单片机、RFID阅读器、热释电人体红外传感器、门锁控制电路和报警器，所述RFID阅读器通过SPI接口与单片机连接，所述热释电人体红外传感器的输出端接单片机的输入端口，所述门锁控制电路和报警器接单片机的不同输出端口，单片机通过串口与后台计算机连接，所述监控电路按下述方式运作：
a.单片机通过热释电人体红外传感器对高压设备周围进行实时监测，当发现有人靠近防护栅栏时，则向报警器输出报警控制信号，使报警器发出警示信号，同时启动RFID阅读器，检测是否有RFID电子标签划过RFID阅读器的感应区；（报警器延迟动作；报警信号随时间延长或人员更接近栅栏、利用红外感应到的温度更高的原理控制声音变得急促；同时，在延迟一定时间后向后台计算机传送有人非法接近滞留报警）。
b. 当有RFID电子标签划过RFID阅读器的感应区时，单片机通过RFID阅读器读取该RFID电子标签的信息并将该信息传给后台计算机；
c. 后台计算机接收到该信息后，将其与预先存储的工作人员注册信息相比较，判断RFID电子标签持有人是否为已注册的工作人员，并将判断结果传送给单片机；
d. 单片机获取后台计算机的判断结果后，若发现RFID电子标签持有人是已注册的工作人员，则向门锁控制电路输出开锁信号，打开防护栅栏的隔离门，并停止向报警器输出报警控制信号，否则，向报警器输出报警控制信号，并在后台计算机警示有人非法尝试打开门锁。
上述安全的高压设备预警防护***，为了避免误报警，在单片机内设置一个定时开关，当单片机通过热释电人体红外传感器检测到有人靠近防护栅栏时立即启动定时开关，单片机输出的报警控制信号经定时开关的常开触点送至报警器的输入端。
上述安全的高压设备预警防护***，所述门锁包括锁壳和安装在锁壳内的电磁铁，所述电磁铁的锁舌穿过锁壳上的通孔并与门框上的锁孔相对应。
上述安全的高压设备预警防护***，所述门锁控制电路包括NE555时基芯片、电阻、电容、场效应管和门锁接触器，所述NE555时基芯片与电阻和电容接成单稳态触发器，该单稳态触发器的输入端接单片机的开锁信号输出端，输出端接场效应管的栅极，所述场效应管控制门锁接触器的控制线圈，所述门锁接触器的常开触点控制门锁的电磁铁。
本发明将RFID与红外线探测技术有机结合在一起，不仅能及时发现接近高压设备的人员，而且可以自动识别进入者的身份，将不拥有权限者拒之门外，一旦出现异常现象即自动报警，从而保证了高压设备的安全。此外，本***还具有结构简单、成本低廉等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1为本发明的电原理图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为门锁的结构示意图。
图4为本发明的工作流程图。
图中各标号清单为：1、高压设备，2、红外线报警器，3、隔离门，4、防护栅栏，5、门锁，6、电磁铁，7、锁舌（电磁铁铁芯），8、门框，9、锁壳，U1、单片机，U2、RFID阅读器，U3、NE555时基芯片，BJ、报警器，CMPT、后台计算机，J、门锁接触器，H、热释电人体红外传感器，T、定时开关，R、电阻，C、电容，Q、场效应管。
具体实施方式
本发明的***构成详述如下：
在高压设备1周围四米处设置防护栅栏4，四米以外对外开放，属于公众区，四米以内则只许工作人员进入。在栅栏上设置一扇隔离门3，装上RFID阅读器U2，用于识别每个工作人员身上的电子标签。每一个电子标签（可做成IC卡等）都有唯一的编号，以区分每个人的身份，也可作为进入高压设备区的钥匙。
RFID具有唯一的编码，我国第二代身份证内含有RFID芯片，也就是说，我国第二代身份证相当于一个电子标签。第二代身份证电子标签工作频率为13.56MHZ，可以采用读卡器验证身份证的真伪，通过身份证读卡器，身份证芯片内所储存的姓名、地址和照片等信息一一显示。
除此以外，在防护栅栏4内装上由热释电人体红外传感器H、报警器BJ等构成的红外线报警器2，红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。红外线报警器通过监测人体发射出来的红外线感应是否有人，在有人非法进入时自动报警。
RFID阅读器安装在隔离门边，距离地面1.5米左右距离，红外线报警主机通电放在固定位置，把报警探头挂在约2米高的地方，使其向前下方倾斜，以获得较高的灵敏度，后台计算机就近安装在旁边的控制室。
本发明***的工作过程是：每个工作人员配置RFID电子标签，通过无线方式让RFID阅读器读取电子标签的编码信息，并通过RS232或RS485传到后台计算机显示，当有卡进入并读卡成功时，指示灯闪动一下，扬声器发声，同时后台计算机判断RFID电子标签对应信息是否有效，是否有权限进入，如若允许进入，门锁打开，以此实现RFID阅读器对工作人员的身份识别。至于红外线报警部分，当陌生人靠近高压设备周围的防护栅栏时，通过检测人体不断向外辐射的红外线，感应到有人靠近，当人到达危险区域后，单片机启动预警装置，同时在后台计算机上显示出陌生人靠近的时间、具体方位等信息。为了区分非法进入和正常工作人员，避免误报警，可以利用单片机内的定时开关T推迟报警并在RFID成功读取后解除红外线报警。 具体工作过程为：在有人靠近高压设备区时，单片机产生报警信号，定时开关T开始计时，此时报警信号并不会马上输出到报警器，若15秒钟之后触发报警的人员还没有离开，也没有刷卡成功，则定时开关T发出信号，报警器开始报警，随着报警时间的增加，报警音量不断增大。15秒之内若触发报警的人员或刷卡成功，预警报解除。当作业人员刷卡成功，进入高压设备区作业时，隔离门自动关上或设置一定作业时长，防护***自动复位，重新开始警戒。
RFID阅读器通过无接触方式读取电子标签的信息，信息通过串行外设接口SPI传给单片机，单片机将读取到的信息通过RS232传到后台计算机。RFID阅读器为高频阅读器，主要工作在13.56MHz,内部主要芯片为 RC500。RC500芯片作为单片机与射频标签通信的桥梁，符合ISO/IEC 14443国际标准。RFID 接口电路采用的是SPI 接口通讯方式,通过 MISO、MOSI、SCK、SDA几条接口线与单片机AT89S51提供 的SPI接口线P1.1、P1.2、P1.3、P1.4相连；具体结构如图1。
电子标签做成卡片形状，与RFID阅读器上的卡槽大小匹配，材质上要求耐折、防水，***时保证位置在可靠读取的范围，RFID阅读器封装材料要求防水耐潮、密封性好。
隔离门的门锁可以采用电磁锁，只要很小的电流电磁锁就会产生很大的磁力，将隔离门锁住。作业人员刷卡成功后电磁锁即断电，电磁锁失去吸力即可开门。同时为了防止停电等意外情况，也可以用手动钥匙打开门锁，进入高压设备区。
电磁锁的工作原理如下：
在门锁关闭时，锁舌在复位弹簧的作用下伸出锁壳并***门框上的锁孔内。当RFID阅读器读卡成功后，电磁铁线圈中有电流经过，锁舌被吸出锁孔，锁就打开了。此时拉动隔离门手柄，隔离门打开。
门锁控制电路采用的是由NE555时基芯片组成的单稳态触发器，单片机产生的脉冲由NE555时基芯片的2脚（低触发端TR）进入；6脚为阈值输入；1脚为接地；3脚为输出端，通过场效应管控制门锁接触器；4脚为直接清零端，与8脚电源端（12V）相连；5脚为控制电压端，外接5V电压。
没有触发信号时，NE555时基芯片的2脚为高电平，输出端为低电平稳定状态，门锁接触器的触点断开，电磁锁不工作；若2脚施加触发信号，3脚状态由低电平变成高电平，门锁接触器的触点闭合，门锁打开，同时电容充电。当电容充电至设定值时，3脚电压由高电平变为低电平，门锁接触器的触点断开，门锁关闭，同时电容放电，电路返回稳定状态。
Claims (4)
1.一种安全的高压设备预警防护***，其特征是，它包括设置在高压设备（1）周围的带有隔离门（3）和门锁（5）的防护栅栏（4）及监控电路，所述监控电路包括后台计算机（CMPT）、单片机（U1）、RFID阅读器（U2）、热释电人体红外传感器（H）、门锁控制电路和报警器（BJ）；所述RFID阅读器（U2）通过SPI接口与单片机（U1）连接，所述热释电人体红外传感器（H）的输出端接单片机（U1）的输入端口，所述门锁控制电路和报警器（BJ）接单片机（U1）的不同输出端口，单片机（U1）通过串口与后台计算机（CMPT）连接，所述监控电路按下述方式运作：
a.单片机（U1）通过热释电人体红外传感器（H）对高压设备周围进行实时监测，当发现有人靠近防护栅栏（4）时，则向报警器（BJ）输出报警控制信号，使报警器（BJ）发出警示信号，同时启动RFID阅读器（U2），检测是否有RFID电子标签划过RFID阅读器（U2）的感应区；
b. 当有RFID电子标签划过RFID阅读器（U2）的感应区时，单片机（U1）通过RFID阅读器（U2）读取该RFID电子标签的信息并将该信息传给后台计算机（CMPT）；
c. 后台计算机（CMPT）接收到该信息后，将其与预先存储的工作人员注册信息相比较，判断RFID电子标签持有人是否为已注册的工作人员，并将判断结果传送给单片机（U1）；
d. 单片机（U1）获取后台计算机（CMPT）的判断结果后，若发现RFID电子标签持有人是已注册的工作人员，则向门锁控制电路输出开锁信号，打开防护栅栏（4）的隔离门（3），并停止向报警器（BJ）输出报警控制信号，否则，向报警器输出报警控制信号，并在后台计算机警示有人非法尝试打开门锁。
2.根据权利要求1所述的安全的高压设备预警防护***，其特征是，为了避免误报警，在单片机（U1）内设置一个定时开关（T），当单片机（U1）通过热释电人体红外传感器（H）检测到有人靠近防护栅栏（4）时立即启动定时开关（T），单片机（U1）输出的报警控制信号经定时开关（T）的常开触点送至报警器（BJ）的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的安全的高压设备预警防护***，其特征是，所述门锁（5）包括锁壳（9）和安装在锁壳（9）内的电磁铁（6），所述电磁铁（6）的锁舌（7）穿过锁壳（9）上的通孔并与门框（8）上的锁孔相对应。
4.根据权利要求3所述的安全的高压设备预警防护***，其特征是，所述门锁控制电路包括NE555时基芯片（U3）、电阻（R）、电容（C）、场效应管（Q）和门锁接触器（J），所述NE555时基芯片（U3）与电阻（R）和电容（C）接成单稳态触发器，该单稳态触发器的输入端接单片机（U1）的开锁信号输出端，输出端接场效应管（Q）的栅极，所述场效应管（Q）控制门锁接触器（J）的控制线圈，所述门锁接触器（J）的常开触点控制门锁（5）的电磁铁（6）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Baogang Inventor after: Li Yilin Inventor after: Fu Huihua Inventor before: Li Baogang Inventor before: Fu Huihua |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160615 |