一種基于RFID的電力作業現場智能警示裝置

位韶康+++遲旭東

摘 要：針對目前電力作業現場安全控制手段的不足，設計了一種基于RFID的電力作業現場智能警示裝置，它可實現電力作業現場作業人員所處設備位置的識別、作業人員是否誤入帶電間隔的判斷以及判斷進入作業現場內作業人員是否與工作票所列名單相符等功能。該裝置結構簡單，運行可靠，可有效提高電力作業現場安全水平，保證電網、設備、人身安全。

關鍵詞：RFID；射頻識別；電力作業；電子標簽；警示裝置

引言

RFID（無線射頻識別技術）是一種無需接觸的全自動智能識別技術，RFID閱讀器可對一定范圍內的特定電子標簽通過無線電信號進行通信、識別，并可讀取電子標簽內部相關數據，識別過程可實現自動化，可在各類復雜環境下可靠工作，因此，研究一種與RFID技術相結合的電力作業現場智能警示裝置成為可行，它可實現電力作業現場作業人員所處設備位置的識別、作業人員是否誤入帶電間隔的判斷以及判斷進入作業現場內作業人員是否與工作票所列名單相符等功能。

本文設計的電力作業現場智能警示裝置可以通過USB接口導入相應電壓等級設備處工作時應注意事項和電力安全規程，通過網口與PC通信導入當日變電站內工作票，RFID電子標簽安放在每個設備間隔和檢修人員安全帽上，發射該設備間隔和檢修人員的編碼信息，當檢修人員手持警示裝置進入該設備間隔時，電力作業現場智能警示裝置接收到對應的設備間隔編碼信息后，進行智能識別可知檢修人員所處間隔位置，播放相應電壓等級設備處工作時應注意事項和電力安全規程語音信息，并將該設備間隔信息與警示裝置內所存工作票信息相核對，判斷作業人員是否誤入帶電間隔。同時，警示裝置也會識別一定范圍內檢修人員佩戴安全帽中相應RFID電子標簽，將識別的檢修人員信息與警示裝置內所存工作票信息相核對，判斷現場作業人員數量及是否與工作票上所列作人員名單相符。

1 裝置總體設計

該警示裝置主要由三個模塊構成：RFID識別模塊；中央控制模塊；語音解碼及播放模塊。裝置主要包含RFID閱讀器，特定電子標簽，語音解碼器，具有控制功能的單片機芯片，外接通信網口，USB通信接口，大空間存儲器等。

警示裝置開機后，當安裝在工作人員安全帽中的電子標簽進入閱讀器識別范圍內時，閱讀器發出的射頻脈沖被電子標簽接收并經過標簽內部整流后給電充充電，當電壓達到工作電壓后使標簽獲得足夠的能量并通過內置天線將其內部儲蓄信息發送出去。當信息被閱讀器天線接收到后，閱讀器將信息轉發至中央控制模塊進行解析，并將解析后的可用信息通過中央控制模塊進行判斷處理和播放語音信息。由于室內低電壓等級設備相鄰距離很近，極易造成警示裝置同時識別多個設備標簽，無法準確判斷警示裝置所在具體設備間隔。而RFID閱讀器具有控制RFID系統的工作功率的特征，電子標簽與閱讀器之間的可識別距離又恰恰由RFID系統的工作功率決定，因此可通過控制系統對閱讀器的工作功率進行自動調節，使閱讀器工作功率滿足僅可識別到一個設備電子標簽。但是識別現場檢修人員電子標簽時又需要使識別范圍相對擴大或固定，一個RFID閱讀器無法實現，因此需裝設兩個RFID閱讀器，一個用于識別設備電子標簽，另一個用于識別檢修人員安全帽中電子標簽。

2 RFID識別模塊設計

當電子標簽進入閱讀器識別范圍內時，接收到來自閱讀器發射的特殊射頻脈沖，通過感應電流為電子標簽提供能量，將裝載在電子標簽內部的儲存信息發送出去，或者由有源標簽自主發送其內部儲蓄信息，閱讀器接收到來自電子標簽發送的信息后進行解碼，進而對相關信息分析處理。有區別的是有源標簽正常工作需要外部電源支持，但與無源標簽相比其信號輻射范圍要大得多，因本文所研究的電力作業現場智能警示裝置工作范圍較小，因此采用無源標簽。

電子標簽由四區域組成存儲部分：EPC區、RESERVED區、USER區、TID區。EPC區用于存儲此標簽附著對象的編碼；RESERVED區用于存儲刪除信息和進入系統所需要的密碼；USER區用于存儲電子標簽用戶個人寫入存儲的信息；TID區用于存儲每個電子標簽獨有的一串非重復出廠序列號。本設計中將電子信息按照一定的編碼規則存儲在USER區。

RFID閱讀器主要功能是利用耦合元件通過空間磁場對電子標簽內所存信息進行讀寫，以及向標簽發送相關控制指令。基于FRID的電力作業現場智能警示裝置應將識別范圍設定在1～10m，因為低電壓等級設備之間距離較小，若識別范圍太大，警示裝置將會同時識別多個設備，造成識別混亂，因此，識別范圍最遠不超過10m。同時無需內置電源支持的無源電子標簽相比有源電子標簽而言造價低、結構簡單、便于安裝與攜帶，因此，基于RFID的電力作業現場智能警示裝置選擇使用無源電子標簽更為合適。

3 中央控制系統

基于RFID的電力作業現場智能警示裝置由單片機組成控制系統，控制警示裝置的各個組成部分的協調運行；控制音頻解碼器對各類語音信息的解碼操作；儲存設備是警示裝置必不可少的組件，用于存儲相關安規語音信息，也可存儲由計算機寫入的工作票信息，播放安規語音信息時，由單片機控制讀取存儲設備中相關語音信息并送至音頻解碼進行解碼播放；USB接口及網口是警示裝置與后臺計算機進行數據讀寫的通道，可完成對存儲設備中數據的寫入、刪除、修改等操作。

4 語音解碼及播放模塊

VS1003是一個多功能的MP3、WMA、MIDI音頻解碼器和ADPCM 編碼器。VS1003通過串口接收輸入的比特流，可作為一個系統的從機運行，解碼輸入的比特流，再由一個數字音量控制器將解碼信息送達一個18位過采樣多位，解碼器有串行總線控制，內含高性能片上立體聲數模轉換器，模擬、數字、I/O單獨供電，具備低音和高音控制，內部使用一個12-13MHz的時鐘，可低功耗運行。

5 電力作業現場智能警示裝置工作流程

工作前檢修人員將當日工作票導入警示裝置中，開工時將警示裝置放在相應設備前，按下開機按鈕，警示裝置開始工作。RFID閱讀器Ⅰ經過功率自動調節后僅識別到一個設備電子標簽，并將設備信息傳入警示裝置內提取設備電壓等級信息，控制播放器播放相應電壓等級設備處工作的安全注意事項和安全規定語音信息，并且將識別到的設備名稱、編號與工作票工作地點信息核對，判斷人員是否誤入帶電間隔。同時，RFID閱讀器Ⅱ識別一定范圍內作業人員安全帽內電子標簽，將識別到的人員數量、人員姓名等信息傳入警示裝置內并與工作票多列工作班人員數目和姓名進行核對，判斷進入作業現場內作業人員是否與工作票所列名單相符。

參考文獻

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