電力計量箱手持式智能電子鑰匙的設計與實現(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，計量箱是的防竊電關鍵環(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還需要攜帶大量鑰匙，容易遺漏而影響工作。

隨著自動化技術的發(fā)展和應用，供電部門需負責一個區(qū)域內多個計量箱的日常維護和操作管理，而要打開分散式的計量箱進行維護必須逐一找到對應鑰匙開啟，此工作繁瑣且對于計量箱的開啟和維護并沒有記錄可查詢，不利于控制供電部門管理，因此計量箱電子鑰匙的設計是非常有必要的。

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。下面將詳細介紹各部分的具體功能及實現(xiàn)情況。

1.1 指紋識別模塊

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，與單片機采用串口進行連接。使用時，判斷錄入的指紋與存儲的指紋是否一致，當一致時，指紋燈為綠色，電子鑰匙向計量箱發(fā)送指令，進行開鎖控制；當不一致時，指紋燈為紅色閃爍，不能夠操作電子鑰匙對計量箱進行開鎖控制。 發(fā)送指令后，如果收到回復指令，解析為地址正確，且開鎖成功，則通訊指示燈為紅色，10S以后自動轉入休眠狀態(tài)； 如果收到回復指令，解析為地址錯誤，說明權限不夠，通訊指示燈為紅色，10S以后自動轉入休眠狀態(tài)；如果沒有收到回復指令，那么每隔一秒鐘重復發(fā)送一次，同時通訊指示燈為紅色閃爍，說明可能是計量箱無市電造成的，此時，電子鑰匙自動打開無線供電開關，開啟無線供電功能，閃爍兩分鐘以后，如果沒有接收到回復的指令，那么進入休眠模式。

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）：

當電量正常時，綠色指示燈顯示；當電量很少時（小于20%電量），紅色指示燈顯示并閃爍；當正在充電時，紅色指示燈顯示；當電量充滿時，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，此時控制計量箱開鎖；通訊地址錯誤，指示燈為紅色，此時不能控制計量箱開鎖；不能進行通訊，指示燈為紅色閃爍，此時說明可能是計量箱沒有市電造成，電子鑰匙進行無線供電。

1.3 與上位機串口通信

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

圖3 上位機界面流程圖

1.4 無線供電模塊

采用電磁感應線圈實現(xiàn)對計量箱控制部分電路和電機鎖的供電。該應用主要在計量箱無市電時應用，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量箱殼體內部，當指紋比對成功以后，才開始開啟無線供電電源。圖4是無線供電模塊的實物圖。

圖4 無線供電模塊的實物圖

1.5 無線通訊模塊以及功耗節(jié)能控制模塊

與單片機采用SPI接口連接。通過CPU和無線通訊模塊進行連接，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量箱的控制電路進行通訊（采用modbus-rtc協(xié)議）。在通訊時，設置一個超級地址0xff。當設置為超級權限的電子鑰匙，發(fā)送地址為0xff，這樣所有的計量箱控制電路均可以與之通訊。設置為一般權限的電子鑰匙，發(fā)送地址為需要與之通訊的計量箱的地址。

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機鍵以后，所有的功能停止運行，并且進入低功耗休眠模式。如果按鍵電源鍵后，結束當前的休眠模式，則所有的功能開啟，裝置開始正常操作。當通過usb線與電腦相連，采用usb連接時，則不會進入低功耗休眠模式。

2 結論

計量箱智能電子鑰匙的研發(fā)避免了計量箱運維人員因為鑰匙的原因在供電部門與計量箱之間來回奔波，提高了工作效率，加快了對計量箱事故的響應，同時電子鑰匙與內置電子鎖配合也可以防止人為破壞計量箱。從而確保了計量裝置安全、可靠的進入運行環(huán)節(jié)，從根本上保障了用戶不能通過計量裝置竊電。計量箱智能電子鑰匙系統(tǒng)的研究和應用，極大的提高了計量箱管理的靈活性、安全性和經(jīng)濟性，其靈活方便的授權方式和安全可靠地控制對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)絡監(jiān)控系統(tǒng)設計.中國新技術新產品，2011.

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

[3]譚浩強.C語言程序設計.清華大學出版社.