专利名称：一种电力箱柜柜门状态智能监测方法
技术领域：
本发明涉及一种对无人值守配变电站中电力箱柜的柜门状态进行监测的方法，属开关装置技术领域。
背景技术：
目前，配变电站的电力箱柜都装配固定的门锁，电力工作人员对电力箱柜进行检查和维护等操作时，需要获得门锁的钥匙，并且按照已有流程和规范进行操作。但是如果电力箱柜数量较多，工作量较大，操作比较繁琐，加上工作人员对操作流程和规范不熟悉、不重视，那么就容易发生对电力箱柜的误操作或者不规范操作，直接威胁电力系统的安全可靠运行。典型的例子就是电力箱柜打开之后忘记关门或者已经关上门却没有锁好，致使电力箱柜容易被外来的因素破坏，发生柜内设备毁坏或者电力故障。
虽然少数电力箱柜安装了门锁监测装置，但是现有的门锁监测装置一般都是采用有线方式(布置网线)进行通信，布线和施工都比较麻烦。有的门锁监测装置采用ZigBee无线技术来实现监测信息的传输，由于ZigBee技术的CC2430和CC2530无线射频模块工作在
2.4GHz频段，信号的穿透能力较差，加上电力环境中的信号干扰，通信的传输距离非常有限。从电力公司管理的角度来看，在电力箱柜维护过程中，公司需要确认操作维护人员是否真正达到现场并按时维护电力箱柜，还需要有一定的机制来保证检修维护步骤安全顺利进行。因此有必要对电力箱柜的柜门开关状态和工作人员的操作过程进行必要的跟踪和提醒，提高电力系统维护的可靠性，及时发现电力箱柜的不安全状态，并在故障发生后准确查找原因并确定相关人员的责任。但由于现有的门锁监测装置功能都比较单一，不具有下行控制的功能，也不能采集开关门操作人员的信息，因此对电力箱柜的监控主要是通过有限数量的视频监控设备实现的，这就需要电力工作人员24小时值班，查看监控，当发生电力故障时通过调阅视频记录来查找故障原因。由于视频设备的成本相对较高且视野有限，而电力箱柜数量较多、位置分散，这些视频设备并不能获得很好的监控效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种设备安装方便、通信传输距离远而且监控效果好的电力箱柜柜门状态智能监测方法。本发明的目的是以下述技术方案实现的
一种电力箱柜柜门状态智能监测方法，它包括后台服务器和安装在各个电力箱柜上的柜门状态监测单元，所述柜门状态监测单元包括以单片机为核心的控制部件、以及磁感应开关模块、计时芯片、射频读卡模块和无线射频模块；所述射频读卡模块和磁感应开关模块的信号输出端分别接单片机的不同输入端口，所述计时芯片的I/o、SCLK, RSET端分别接单片机的Pl. 4、P1.5和Pl. 6端口，所述无线射频模块采用CCl 110，单片机通过无线射频模块、网关节点模块和公网接口模块与后台服务器通信；所述柜门状态监测单元按如下方式运作
单片机通过磁感应开关模块实时检测电力箱柜的柜门的开关状态，当接收到开门信号时立即启动计时芯片并通过射频读卡模块读取操作人员携带的射频卡信息，单片机及时将被打开的电力箱柜的柜门号、开关门时间和操作人员的信息通过无线射频模块发送到后台服务器记录并保存。上述电力箱柜柜门状态智能监测方法，在柜门状态监测单元内还设置有与单片机相连的声音告警模块和应答按键，所述声音告警模块的P00、P01、P02和P03端分别接单片机的P2. O、P2. I、P2. 2和P2. 3端口，所述应答按键一端接地，一端接单片机的PO. O端口；
所述声音告警模块和应答按键按如下方式运作
在柜门打开状态下单片机根据计时芯片提供的触发信号控制声音告警模块按设定时间间隔发送提示信号，提醒操作人员进行安全规范操作；操作人员按照确知的检修流程进行操作时，可以通过应答按键向单片机发出控制信号，单片机接收到该信号之后控制声音告警模块给出每个步骤的声音提示，并将接收到控制信号的时间信息通过无线射频模块发 送到后台服务器记录并保存。上述电力箱柜柜门状态智能监测方法，所述磁感应开关模块安装在电力箱柜门Π ；
所述磁感应开关模块和单片机之间按如下模式运作
当开门状态持续时间达到设定的最长阈值而磁感应开关模块没有检测到关门信号时，单片机控制声音告警模块向操作人员发送声音告警信号，操作人员通过应答按键解除该告警信号；若告警信号的持续时间达到设定值时操作人员仍然没有通过应答按键解除警告信号，则单片机通过无线射频模块向后台服务器发送异常告警信息，提醒工作人员电力箱柜可能发生异常情况。本发明采用无线通信设备对电力箱柜的开关状态、操作时间、操作人员等信息进行采集和传输，具有现场施工布置简单便捷，信息传输距离远等优点，保证了信息采集的准确性和有效性。该系统能及时监测电力箱柜门锁的开关状态，了解相关人员的巡检工作是否到位，及时发现电力箱柜的异常情况，它不仅具有开关门状态信息的无线传输和声音提醒告警功能，而且还可通过应答按键来排除告警信号。同传统电力箱柜的门锁监测方法相比，本发明设备安装方便、通信传输距离远而且监控功能完善，可大大提高电力箱柜维护的工作效率和电力公司的管理水平。
下面结合附图对本发明作进一步详述。图I是本发明所用监测装置的系统结构示意 图2是柜门状态监测单元的电原理 图3是监测装置各部件的安装位置示意 图4是磁感应开关模块U5的内部电原理图。图中各标号为1、电力箱柜；2、门锁；3、直流供电模块；U1、单片机；U2、射频读卡模块；U3、计时芯片；U4、声音告警模块；U5、磁感应开关模块；U6、无线射频模块；K、应答按键。
具体实施例方式本发明采用了一种基于433MHz频段射频模块CClllO的柜门状态监测和维护操作过程中的提醒告警系统，相比已有的基于2. 4GHz频段的ZigBee射频模块的无线状态监测装置，该系统信号的穿透能力更好，在相同发射 功率的前提下，无线传输控制的距离更远，功能更完善。参看图1，本发明所用监测装置由后台服务器和安装在各个电力箱柜上的柜门状态监测单元组成，每个电力箱柜都配备一套基于433MHz频段射频模块CClllO的无线监测单元，每个监测单元包括磁感应开关模块U5、计时芯片U3、声音告警模块U4、应答按键K、射频读卡模块U2、CClllO无线射频模块U6和单片机Ul等。多个电力箱柜可共用一个CClllO网关节点模块、一个公网接口模块和一台后台服务器。多个CClllO无线射频模块U6和CClllO网关节点模块采用SimpliciTI协议栈组成短距离无线通信网络进行通信。参看图2，柜门状态监测单元柜门状态监测单元中的电信号传输关系和控制关系
电力箱柜被打开或者关闭后，磁感应开关模块U5将柜门的开关信号通过I/O 口(优先选择P2. 5)送给单片机Ul。单片机Ul通过I/O 口(P1. O、Pl. I Pl. 2和Pl. 3)给射频读卡模块U2发送读卡命令或者读取射频卡信息。单片机Ul通过I/O 口(P1. 4、Pl. 5和Pl. 6)控制计时芯片U3准确计时或者读取计时芯片U3的计时信息。单片机Ul通过I/O 口(P2. 0、P2. 1、P2. 2和P2. 3)控制声音告警模块U4每隔一定周期(可预置可改变)发送告警信号，及时提醒操作人员进行安全规范操作。操作人员可以通过应答按键K给单片机Ul发送指令，单片机Ul收到指令后控制声音告警模块U4按照次序发送检修流程各个步骤的声音提示。当操作时间超过一定时长(可预置可改变)时，操作人员需要按下应答按键K将表示安全操作的低电平信号通过I/O (P2.5) 口发送给单片机
Ulo在声音告警模块U4中，WT588D的POl被定义为DATA数据口，P02为CS片选口，P03为CLK时钟口，单片机Ul通过这三个控制口对WT588D进行控制。单片机Ul通过RS232串口将开关门状态信息、操作人员的射频卡信息、开关门的具体时间等信息发送给CCl 110无线射频模块U6，之后CCl 110无线射频模块U6再将收到的信息发送到CClllO网关节点模块。CClllO无线射频模块U6收到CClllO网关节点模块的相关信息后，通过RS232串口发送给单片机Ul。技术手段说明
I)单片机Ul采用C8051F340系列芯片，包括4个16位计数器/定时器、两个具有扩展波特率配置的全双工串口 UART、一个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM、128字节特殊功能寄存器地址空间及多达40个I/O引脚。完全可以满足与其它模块之间进行通信和控制的需要。2)磁感应开关模块U5采用霍尔式CS3000系列产品(如CS3020)。当两个磁感应电路相互接近的时候，模块内部的开关会闭合或者断开，相应负载两端的电压会发生变化，从而产生输入电平的高/低变化。单片机Ul根据接收到的高/低电平信号就可以判断电力箱柜的柜门开关状态。
3)装置采用射频标签识别RFID技术，使用射频读卡模块U2(S6700)读取射频卡信息。本发明中射频读卡模块U2是固定式的，射频模块工作在13. 56MHz频段，满足IS014443标准。4)CC1110无线射频模块U6和CClllO网关节点模块之间构成基于433MHz频段的无线通信网络，网络采用SimpliciTI协议栈实现星状或者串状网络拓扑通信。CClllO无线射频模块U6与单片机Ul之间通过串口进行通信，CClllO无线射频模块U6本质上体现的是无线透传模块的功能。5)计时芯片U3采用DS1302，它是一种实时时钟电路，可对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2. 5V 5. 5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。7)声音告警模块U4采用WT588D系列语音芯片，芯片内置SPI-FLASH存储器，具有220个可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，完全可以满足专 利装置的需求。本发明专利中，芯片可采用三线串口控制模式或者三线串口控制控制端口扩展输出模式。三线串口控制模式切换到三线串口控制控制端口扩展输出模式只需发送数据就可以进行切换。本发明的具体步骤
步骤I)监测装置通过磁感应开关模块U5自动检测电力箱柜的柜门的开关状态。在正常工作状态下，一旦单片机Ul接收到磁感应开关模块U5发送的开门信号，立即启动计时芯片U3开始开门状态计时；并且控制射频读卡模块U2读取操作人员携带的射频卡信息；最后将被打开的电力箱柜的柜门号、开门时间和操作人员的信息通过CClllO无线射频模块U6发送到CClllO网关节点模块。该CClllO网关节点模块通过公网接口模块(以太网接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，将接收到的信息传送到后台服务器记录并保存。步骤2)柜门被打开之后，装置中的单片机Ul根据计时芯片U3提供的触发信号控制声音告警模块U4每隔固定的周期(例如20分钟)就会发出声音信号，该信号持续一定时间(例如30秒)，重复一定次数(例如2次)，提醒工作人员进行安全规范操作。柜门被打开之后，如果操作人员按照确知的检修流程进行操作时，也可以通过应答按键K控制声音告警模块U4给出每个步骤的声音提示。从头开始，操作人员每按一次应答按键K，声音告警模块U4给出检修流程中相应一个步骤的声音提示。每次单片机Ul接收到应答按键K的控制信号之后，都会将接收到该信号的对应时间信息通过ClllO无线射频模块U6发送到CClllO网关节点模块。该CClllO网关节点模块通过公网接口模块(以太网接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，将接收到的信息传送到后台服务器记录并保存。操作人员如果熟知检修流程，也可不选择通过控制声音告警模块U4给出每个步骤的声音提示，但是只要选择了声音提示，就必须在每个操作步骤之前按一下应答按键K，直至流程操作结束为止。步骤3)在柜门被打开的一定时间(例如I个小时)以内，如果前端工作人员操作完毕并且将柜门关闭，则磁感应开关模块U5会将监测到的关门信号发送到单片机Ul ;单片机Ul接收到关门信号后马上读取计时芯片U3的关门时间，之后计时芯片U3将停止工作并且计时清零；最后单片机Ul会将被打开的电力箱柜的柜门号和关门时间通过CClllO无线射频模块U6发送到CClllO网关节点模块。该CClllO网关节点模块通过公网接口模块(以太网接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，将接收到的信息传送到后台服务器记录并保存。
步骤4)如果开门状态持续一定时间(例如I个小时)之后磁感应开关模块U5没有检测到关门信号，则单片机Ul会控制声音告警模块U4发送提醒操作人员及时关门的声音信号，前端工作人员可通过应答按键K解除该告警提醒，单片机Ul收到应答按键K的解除信号后控制声音告警模块U4停止发送告警信号。步骤5)如果单片机Ul控制声音告警模块U4发送提醒及时关门的声音信号持续了一定时间(例如10分钟)后，仍然没有人员通过应答按键K解除警告，则单片机Ul通过CCl 110无线射频模块U6发送异常告警信息给CCl 110网关节点模块，该CCl 110网关节点模块通过公网接口模块(以太网接口或者GPRS接口或者WIFI接口)，将接收到的信息传送到后台服务器，提醒电力箱柜可能发生异常情况。后台工作人员根据步骤I)接收到的操作人员信息与该人员联系，以确认是否发生异常情况。如果与操作人员未取得联系或者联系上且确认忘记关闭柜门，则通知的相关负责人员去现场检查。后台服务器将记录步骤I)中接收到的柜门号和对应的工作人员信息，方便进一步追究责任。本发明具有以下的功能和特点
O能及时有效地检测到柜门的开门信息，并读取开门者的射频卡信息；
2)通过计时芯片U3精确获取开关门操作的时间，为单片机计时并且发送控制指令提供必要的参考信息；
3)通过433MHz频段射频模块CClllO将开门状态、开门者的个人信息和开门时间等信息及时有效地传送到远端服务器，为实施精确可靠的监测提供必要的信息支持；
4)单片机Ul通过控制声音告警模块U4每隔一定周期发出声音信号，可有效提醒前端工作人员进行安全操作；工作人员也可以借助应答按键K依次读取声音告警模块U4发出的检修维护相关步骤的提醒。5)当超过一定较长的时间如果仍然没有检测到关门状态，则可以通过应答按键K解除警告机制及时发现并排除不安全的情况(例如操作人员操作完毕离开时忘记关柜门)，并且提供对相关操作人员追究责任的有效信息；
6)通过该装置还能及时检测关门的状态，并将关门状态信息和关门时间传送到远端服 务器。
权利要求
1.一种电力箱柜柜门状态智能监测方法，其特征是，它包括后台服务器和安装在各个电力箱柜上的柜门状态监测单元，所述柜门状态监测单元包括以单片机(Ul)为核心的控制部件、以及磁感应开关模块(U5)、计时芯片(U3)、射频读卡模块(U2)和无线射频模块(U6);所述射频读卡模块和磁感应开关模块的信号输出端分别接单片机的不同输入端口，所述计时芯片的I/O、SCLK、RSET端分别接单片机的Pl. 4、Pl. 5和Pl. 6端口，所述无线射频模块采用CC1110，单片机通过无线射频模块、网关节点模块和公网接口模块与后台服务器通信； 所述柜门状态监测单元按如下方式运作 所述单片机(Ul)通过磁感应开关模块(U5)实时检测电力箱柜的柜门的开关状态，当接收到开门信号时立即启动计时芯片(U3)并通过射频读卡模块(U2)读取操作人员携带的射频卡信息，单片机(Ul)及时将被打开的电力箱柜的柜门号、开关门时间和操作人员的信息通过无线射频模块(U6 )发送到后台服务器记录并保存。
2.根据权利要求I所述电力箱柜柜门状态智能监测方法，其特征在于，在柜门状态监测单元内还设置有与单片机(Ul)相连的声音告警模块(U4)和应答按键(K)，所述声音告警模块的POO、POl、P02和P03端分别接单片机的P2. O、P2. I、P2. 2和P2. 3端口，所述应答按键一端接地，一端接单片机的PO. O端口； 所述声音告警模块和应答按键按如下方式运作 在柜门打开状态下单片机(Ul)根据计时芯片(U3)提供的触发信号控制声音告警模块(U4)按设定时间间隔发送提示信号，提醒操作人员进行安全规范操作；操作人员按照确知的检修流程进行操作时，可以通过应答按键(K)向单片机(Ul)发出控制信号，单片机(Ul)接收到该信号之后控制声音告警模块(U4)给出每个步骤的声音提示，并将接收到控制信号的时间信息通过无线射频模块(U6)发送到后台服务器记录并保存。
3.根据权利要求2所述电力箱柜柜门状态智能监测方法，其特征在于，所述磁感应开关模块安装在电力箱柜门口； 所述磁感应开关模块和单片机之间按如下模式运作 当开门状态持续时间达到设定的最长阈值而磁感应开关模块(U5)没有检测到关门信号时，单片机(Ul)控制声音告警模块(U4)向操作人员发送声音告警信号，操作人员通过应答按键(K)解除该告警信号；若告警信号的持续时间达到设定值时操作人员仍然没有通过应答按键(K)解除警告信号，则单片机(Ul)通过无线射频模块(U6)向后台服务器发送异常告警信息，提醒工作人员电力箱柜可能发生异常情况。
全文摘要
一种电力箱柜柜门状态智能监测方法，所述方法在每个电力箱柜内安装以单片机为核心控制部件的包括磁感应开关模块、计时芯片、射频读卡模块和无线射频模块的柜门状态监测单元，单片机通过磁感应开关模块实时检测电力箱柜的柜门的开关状态，当接收到开门信号时立即启动计时芯片并通过射频读卡模块读取操作人员携带的射频卡信息，单片机及时将被打开的电力箱柜的柜门号、开关门时间和操作人员的信息通过无线射频模块发送到后台服务器记录并保存。同传统电力箱柜的门锁监测方法相比，本发明设备安装方便、通信传输距离远而且监控功能完善，可大大提高电力箱柜维护的工作效率和电力公司的管理水平。
文档编号G05B19/418GK102841596SQ201210366510
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者陈智雄, 项洪印 申请人:华北电力大学(保定)