一种智能电脑钥匙的制作方法

本实用新型属于变电站用具技术领域，具体涉及一种智能电脑钥匙。

背景技术：

在供电系统中，电力系统的不断发展和人民生活水平的提高，使得对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，而电气倒闸操作则是构成这两项指标的重要因素。

变电站中设备的运行是由在远方的调度中心和变电站的运行人员共同确定的。变电站设备常规的检修停送电操作，需要由变电站人员提出申请，调度员根据系统运行状况做出调度计划，然后下调度命令让变电站去执行。

操作的一般流程为：

1.调度员给变电站负责人下调度指令；

2.变电站工作人员根据调度指令开工作票；

3.模拟操作无误后由变电站负责人派的监护人和操作人去执行操作；

4.操作结束后，向负责人和调度员汇报，把工作票存档。

在以上的操作步骤中，尤其第三部如果出错会给人身或者电气设备造成非常严重的伤害。电力系统运行十分强调安全，根据电力系统操作容易发生的错误，提出了五种防范措施，简称电气五防。

1.防止带负荷分、和刀闸；

2.防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器；

3.防止带电挂地线(或合接地刀闸)；

4.防止带地线合断路器及隔离开关；

5.防止误入带电间隔。

变电站作为电力系统中供电的枢纽环节，“五防”则显得尤为重要。在我国虽然“五防”装置的研究和应用已有将近60年的历史，人们根据实际经验的总结也采取了许多有效的措施，但误操作在厂、站电气操作事故中仍占相当大的比例，所以防误操作的开发和研究一直是我国电力科研部门和高校关注的热点。

现为了满足不断增长的电力需求，电网结构日益复杂，对电力一次设备的操作与维护量也日益增大，可是每年由于误操作而导致人身伤害、设备损害的事故常常发生，而为了避免事故发生，变电站五防系统出现了，它按照变电站的一次设备操作的防误闭锁的规则对变电站的设备进行闭锁，可以有效的减少误操作的发生，提高电网稳定运行的可靠性，而五防系统最重要的一个部分就是电脑钥匙，但是现有的电脑钥匙在操作时防护性差，不能实现操作者信息的反馈与通讯。

技术实现要素：

为解决现有的电脑钥匙在操作时防护性差，不能实现操作者信息的反馈与通讯的问题；本实用新型的目的在于提供一种智能电脑钥匙。

本实用新型的一种智能电脑钥匙，它包括人机交互模块、存储模块、RFID读码模块、CPU处理模块、语音模块、开锁模块、电源模块、通讯模块；CPU处理模块分别通过导线与人机交互模块、存储模块、RFID读码模块、语音模块、开锁模块、电源模块、通讯模块电性双向连接；所述CPU处理模块采用STM32F429IGT6芯片作为MCU，STM32F429IGT6芯片包括256KB SRAM、1024KB FLASH、12个16位定时器，2个32位定时器、2个DMA控制器、6个SPI、2个全双工I2S、1个SAI、3个IIC、8个串口、2个USB、2个CAN、3个12位ADC、1个RTC、1个SDIO接口、1个FMC接口、1个TFTLCD控制器、1个10/100M以太网MAC控制器、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器以及140个通用IO口，芯片主频高达180Mhz。

作为优选，所述通讯模块包括RS232通讯模块、Zigbee通讯电路。

作为优选，所述开锁模块包括机械锁开锁电路与电气锁开锁电路；机械锁开锁模块分为电磁铁驱动电路、电磁铁电源电路及红外检测电路。

作为优选，人机交互模块包括LCD电源电路、LCD显示电路及键盘电路。

作为优选，所述储模块包括NAND FLAHS存储电路和SDRAM相关电路。

作为优选，所述电源模块包括系统电源电路和锂电池充电电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：集光-机-电-通讯于一体的便携式操作工具，其主要用途是通过五防系统主机或工控机接收操作票、对设备进行解锁操作，并将操作信息反馈给五防主机系统。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中通讯模块的RS232通讯电路的电路图；

图3为本实用新型中通讯模块的Zigbee无线通讯电路的电路图；

图4为本实用新型中RFID读码电路的电路图；

图5为本实用新型中开锁模块的电磁铁电源电路的电路图；

图6为本实用新型中开锁模块的电磁铁驱动电路的电路图；

图7为本实用新型中开锁模块的机械锁开锁到位检测电路的电路图；

图8为本实用新型中开锁模块的电气锁开锁电路的电路图；

图9为本实用新型中语音模块的电路图；

图10为本实用新型中人机交互模块的键盘电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包括人机交互模块、存储模块、RFID读码模块、CPU处理模块、语音模块、开锁模块、电源模块、通讯模块；CPU处理模块分别通过导线与人机交互模块、存储模块、RFID读码模块、语音模块、开锁模块、电源模块、通讯模块电性双向连接；所述CPU处理模块采用STM32F429IGT6芯片作为MCU，STM32F429IGT6芯片包括256KB SRAM、1024KB FLASH、12个16位定时器，2个32位定时器、2个DMA控制器(共16个通道)、6个SPI、2个全双工I2S、1个SAI、3个IIC、8个串口、2个USB(支持HOST/SLAVE)、2个CAN、3个12位ADC、1个RTC(带日历功能)、1个SDIO接口、1个FMC接口、1个TFTLCD控制器(LTDC)、1个10/100M以太网MAC控制器、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器以及140个通用IO口，芯片主频高达180Mhz。

如图2、图3所示，进一步的，所述通讯模块包括RS232通讯模块、Zigbee通讯电路。电脑钥匙与防误主机间通过通讯模块进行信息交换。防误主机下发操作票至电脑钥匙，电脑钥匙接收操作票并进行开锁操作，操作结果通过通讯模块返回至防务主机。通讯模块分为无线通讯和有线通讯，无线通讯采用Zigbee模块，通过无线进行信号传输。有线模块采用RS232进行通讯。

如图4所示，进一步的，所述RFID读码模块能实现电脑钥匙开锁操作时需对锁具ID进行读取，锁具ID采用唯一的RFID码。RFID读码模块的芯片型号为EM4095，EM4095(原称P4095)是瑞士微电子(μEM)公司生产的一款125KHz RFID基站芯片。该芯片集成相位同步逻辑系统，可以得到与线圈谐振频率相同的载波频率，不需外部晶振，载波频率为100到150kHz，支持多种IC卡传输协议，如EM400X，EM4050、EM4150、EM4070、EM4069等,封装形式为SO16。EM4095一般与天线和微处理器一起使用，仅需很少的外围器件进行DC和RF滤波、感应和电源去耦即可正常工作。

如图5、图6、图7、图8所示，进一步的，所述开锁模块包括机械锁开锁电路与电气锁开锁电路；机械锁开锁模块分为电磁铁驱动电路、电磁铁电源电路及红外检测电路；

智能电脑钥匙接收操作票后需对锁具进行操作，锁具分为机械锁和电气锁，故开锁模块分为机械锁开锁电路和电气锁开锁电路。

机械锁开锁通过电脑钥匙内部机械结构进行操作，通过电磁铁进行卡位，防止无操作票进行开锁操作。通过红外检测确认开锁成功。故机械锁开锁模块分为电磁铁驱动电路、电磁铁电源电路及红外检测电路。对应原理图如图5、图6、图7所示。

电气锁开锁电路主要通过电脑钥匙内部电路对外部电气锁进行短路，使电气锁进行短接，从而有电流流过。对用原理图如图8所示。

通常在强电磁环境下，导体内会感应一定能量的电能，(500KV变电站母线下10米处，1米长导线接地地电流0.5mA左右，由于电脑是通过检测两接触电极间是否有电流通过的原理检测设备是否操作的，因此在解锁情况(两电极近似短接)、分别与两电极相通的两个导体(如：电动操作设备分、合闸电路电源侧电路和接地侧电路)、因为感应电位不同，最终将通过电脑钥匙电流检测回路放电，形成电流，干扰检测回路正常工作。

采用浮动电流检测的概念，就是在电脑钥匙检测到感应电流后，能自动记录其初值，待设备操作，有更大能量电能通过后方确认该步操作完成。

如图9所示，进一步的，所述语音模块用于开锁时对开锁人员进行提示，语音提示电路采用语音天下芯片SYN6288。语音芯片通过串口接收CPU下发命令，在芯片内部进行语音合成并通过蜂鸣器进行提示。电路原理图如图9所示。

进一步的，人机交互模块包括LCD电源电路、LCD显示电路及键盘电路。

智能电脑钥匙具备人机交互功能；包括2.4寸多彩显示屏和键盘。显示屏用于信息的显示，显示内容包括操作票信息及配置信息。键盘用于用户输入，对提示内容进行选择等。

LCD电源电路用于点亮LCD背光，采用MAX1848电源芯片，对系统电压进行升压操作，供液晶屏背光使用。

LCD显示电路选用2.4寸多彩液晶屏，通过FMC接口与CPU进行信息交换，LCD内部采用ILI9341作为驱动芯片，CPU通过SPI接口进行信息配置。

键盘电路如图10所示，共4个按键，包括上下左右按键，左按键同时作为取消键，右键作为确认键及开关机键。

进一步的，所述储模块包括NAND FLAHS存储电路和SDRAM相关电路。SDRAM电路采用W9825G6KH，通过FMC接口与CPU进行通讯，大小为32MB。NAND FLASH电路采用MT29F4G08。大小为4GB，用于存储操作票及LCD显示所用字库等。

进一步的，所述电源模块包括系统电源电路和锂电池充电电路。电源模块为系统提供运行电源。电脑钥匙操作时通过锂电池进行供电，锂电池容量为1150mAh，可满足各种操作功能。当电池没电时通过充电底座进行充电。系统电源采用凌特公司LTC2952，为系统运行提供3.3V供电电源。锂电池充电电路用于对锂电池进行充电，充电芯片为LTC4053，可通过外围电路对充电时间和充电电流进行控制。同时具备报警及过温保护功能。

脑钥匙作为一种手持的终端执行和监控设备，是微机防误操作系统功能实现的关键所在，它的设计在嵌入式“五防”闭锁系统中占有重要的地位。操作票经防误操作系统的模拟预演软件预演后，若正确无误，则启动发送软件将操作票按操作顺序通过有线RS232或无线Zigbee传输到电脑钥匙中，然后运行人员方可拿着电脑钥匙到现场进行操作。操作时，运行人员通过键盘与电脑钥匙进行对话，依据电脑钥匙上显示的设备号，将电脑钥匙插入相应的编码锁内，通过RFID验证操作的设备是否正确，只有当编码锁与电脑钥匙中存放的操作票所对应的锁号及锁类型完全一致时，方可进行开锁操作，开放其闭锁机构之后便可对断路器、电动刀闸等进行操作。否则，液晶显示电路显示锁号错误，语音电路长鸣报警，开启电路拒绝动作。

电脑钥匙开锁时会对锁具ID进行匹配，锁具ID具有唯一性，这样可保证设备操作正确，从而确保操作人员人身安全。

同时本电脑钥匙采用无线Zigbee进行通信，能够将操作信号进行实时传输，保证防误主机与现场设备状态的一致性。

无线传输解决了有线传输的一些弊端，比如操作信号不能实时传输，有延迟或脱节，无法保证防误主机与现场设备状态的一致性。

本具体实施方式具有如下功能：

一、通讯功能：具备无线通信和有限通讯，支持Modbus通信协议，能够接收五防主机下发的操作票并把操作结果进行返回。

二、人机交互功能：使用2.4寸多彩液晶显示操作票及各种配置信息等，通过键盘进行数据输入。

三、开锁功能：通过对下发的操作票进行解析并开锁，开锁包括机械锁和电气锁。

四、RFID识别功能：电脑钥匙对锁具ID进行识别，并根据识别的ID与操作票下发的内容进行匹配并开锁。

五、语音提示功能：具备语音提示功能，用于对操作人员进行信息提示。