電力計(jì)量箱手持式智能電子鑰匙的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王克中，張永兵，劉后軍

1.焦作市光源科技發(fā)展有限公司研發(fā)部，河南焦作 454000

2.焦作市光源科技發(fā)展有限公司研發(fā)部，河南焦作 454000

3.西安尚訊電子科技有限公司研發(fā)部，陜西西安 710071

0 引言

防竊電是電力部門的重要工作，計(jì)量箱是的防竊電關(guān)鍵環(huán)節(jié)，外掛鎖具的表箱由于鎖具容易通過非法打開，且在巡查大批量表箱時(shí)還需要攜帶大量鑰匙，容易遺漏而影響工作。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，供電部門需負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域內(nèi)多個(gè)計(jì)量箱的日常維護(hù)和操作管理，而要打開分散式的計(jì)量箱進(jìn)行維護(hù)必須逐一找到對(duì)應(yīng)鑰匙開啟，此工作繁瑣且對(duì)于計(jì)量箱的開啟和維護(hù)并沒有記錄可查詢，不利于控制供電部門管理，因此計(jì)量箱電子鑰匙的設(shè)計(jì)是非常有必要的。

1 電子鑰匙的系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)包括了電源穩(wěn)壓部分，CPU中央控制器部分，指紋模塊部分，無線供電部分，無線通訊部分，按鍵部分，LED指示燈部分，USB接口電路部分以及功耗節(jié)能控制部分。圖1為系統(tǒng)總體原理圖。下面將詳細(xì)介紹各部分的具體功能及實(shí)現(xiàn)情況。

1.1 指紋識(shí)別模塊

圖1 系統(tǒng)總體原理圖

本文采用深圳十指科技的指紋模塊，與單片機(jī)采用串口進(jìn)行連接。使用時(shí)，判斷錄入的指紋與存儲(chǔ)的指紋是否一致，當(dāng)一致時(shí)，指紋燈為綠色，電子鑰匙向計(jì)量箱發(fā)送指令，進(jìn)行開鎖控制；當(dāng)不一致時(shí)，指紋燈為紅色閃爍，不能夠操作電子鑰匙對(duì)計(jì)量箱進(jìn)行開鎖控制。 發(fā)送指令后，如果收到回復(fù)指令，解析為地址正確，且開鎖成功，則通訊指示燈為紅色，10S以后自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)； 如果收到回復(fù)指令，解析為地址錯(cuò)誤，說明權(quán)限不夠，通訊指示燈為紅色，10S以后自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；如果沒有收到回復(fù)指令，那么每隔一秒鐘重復(fù)發(fā)送一次，同時(shí)通訊指示燈為紅色閃爍，說明可能是計(jì)量箱無市電造成的，此時(shí)，電子鑰匙自動(dòng)打開無線供電開關(guān)，開啟無線供電功能，閃爍兩分鐘以后，如果沒有接收到回復(fù)的指令，那么進(jìn)入休眠模式。

1.2 LED指示燈顯示

圖2是電子鑰匙的平面示意圖，其中LED指示燈有電源、指紋錄入以及通訊指示燈。各指示燈的具體工作情況如下：

圖2 電子鑰匙的平面示意圖

電量指示燈（紅綠雙色指示）：

當(dāng)電量正常時(shí)，綠色指示燈顯示；當(dāng)電量很少時(shí)（小于20%電量），紅色指示燈顯示并閃爍；當(dāng)正在充電時(shí)，紅色指示燈顯示；當(dāng)電量充滿時(shí)，綠色指示燈顯示。

指紋錄入指示燈（紅綠雙色指示燈）：

指紋錄入之前，指示燈為紅色；指紋錄入錯(cuò)誤，指示燈為紅色閃爍；指紋錄入正確以后，指示燈為綠色。

通訊指示燈（紅綠雙色指示燈）：

通訊正常，指示燈為綠色，此時(shí)控制計(jì)量箱開鎖；通訊地址錯(cuò)誤，指示燈為紅色，此時(shí)不能控制計(jì)量箱開鎖；不能進(jìn)行通訊，指示燈為紅色閃爍，此時(shí)說明可能是計(jì)量箱沒有市電造成，電子鑰匙進(jìn)行無線供電。

1.3 與上位機(jī)串口通信

通過串口，上位機(jī)可以通過發(fā)送指令，控制電子鑰匙各項(xiàng)操作：添加指紋錄入；刪除已有指紋；查看已有指紋，同時(shí)還可以控制或者查看電子鑰匙的應(yīng)用權(quán)限。上位機(jī)界面流程如圖3所示：

圖3 上位機(jī)界面流程圖

1.4 無線供電模塊

采用電磁感應(yīng)線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量箱控制部分電路和電機(jī)鎖的供電。該應(yīng)用主要在計(jì)量箱無市電時(shí)應(yīng)用，無線供電線圈放置在電子鑰匙的背面，貼近電子鑰匙的外殼。，無線供電接收線圈緊貼放置在計(jì)量箱殼體內(nèi)部，當(dāng)指紋比對(duì)成功以后，才開始開啟無線供電電源。圖4是無線供電模塊的實(shí)物圖。

圖4 無線供電模塊的實(shí)物圖

1.5 無線通訊模塊以及功耗節(jié)能控制模塊

與單片機(jī)采用SPI接口連接。通過CPU和無線通訊模塊進(jìn)行連接，使得電子鑰匙的開鎖或者閉鎖指令可以通過無線通訊裝置與計(jì)量箱的控制電路進(jìn)行通訊（采用modbus-rtc協(xié)議）。在通訊時(shí)，設(shè)置一個(gè)超級(jí)地址0xff。當(dāng)設(shè)置為超級(jí)權(quán)限的電子鑰匙，發(fā)送地址為0xff，這樣所有的計(jì)量箱控制電路均可以與之通訊。設(shè)置為一般權(quán)限的電子鑰匙，發(fā)送地址為需要與之通訊的計(jì)量箱的地址。

我們采用低功耗的CPU工作，在無按鍵一分鐘以后或者按了開關(guān)機(jī)鍵以后，所有的功能停止運(yùn)行，并且進(jìn)入低功耗休眠模式。如果按鍵電源鍵后，結(jié)束當(dāng)前的休眠模式，則所有的功能開啟，裝置開始正常操作。當(dāng)通過usb線與電腦相連，采用usb連接時(shí)，則不會(huì)進(jìn)入低功耗休眠模式。

2 結(jié)論

計(jì)量箱智能電子鑰匙的研發(fā)避免了計(jì)量箱運(yùn)維人員因?yàn)殍€匙的原因在供電部門與計(jì)量箱之間來回奔波，提高了工作效率，加快了對(duì)計(jì)量箱事故的響應(yīng)，同時(shí)電子鑰匙與內(nèi)置電子鎖配合也可以防止人為破壞計(jì)量箱。從而確保了計(jì)量裝置安全、可靠的進(jìn)入運(yùn)行環(huán)節(jié)，從根本上保障了用戶不能通過計(jì)量裝置竊電。計(jì)量箱智能電子鑰匙系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，極大的提高了計(jì)量箱管理的靈活性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，其靈活方便的授權(quán)方式和安全可靠地控制對(duì)于比較分散的配電系統(tǒng)尤其適用。

[1]朱盛方. ZigBee與μIP的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011.

[2]楊成英，陳勇.中程距離無線輸電的實(shí)現(xiàn)[J].科技信息，2009.

[3]譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.