位韶康+++遲旭東

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

關(guān)鍵詞：RFID；射頻識別；電力作業(yè)；電子標簽；警示裝置

引言

RFID（無線射頻識別技術(shù)）是一種無需接觸的全自動智能識別技術(shù)，RFID閱讀器可對一定范圍內(nèi)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(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程可實現(xiàn)自動化，可在各類復(fù)雜環(huán)境下可靠工作，因此，研究一種與RFID技術(shù)相結(jié)合的電力作業(yè)現(xiàn)場智能警示裝置成為可行，它可實現(xiàn)電力作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)人員所處設(shè)備位置的識別、作業(yè)人員是否誤入帶電間隔的判斷以及判斷進入作業(yè)現(xiàn)場內(nèi)作業(yè)人員是否與工作票所列名單相符等功能。

本文設(shè)計的電力作業(yè)現(xiàn)場智能警示裝置可以通過USB接口導(dǎo)入相應(yīng)電壓等級設(shè)備處工作時應(yīng)注意事項和電力安全規(guī)程，通過網(wǎng)口與PC通信導(dǎo)入當日變電站內(nèi)工作票，RFID電子標簽安放在每個設(shè)備間隔和檢修人員安全帽上，發(fā)射該設(shè)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(shè)備間隔時，電力作業(yè)現(xiàn)場智能警示裝置接收到對應(yīng)的設(shè)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(yīng)電壓等級設(shè)備處工作時應(yīng)注意事項和電力安全規(guī)程語音信息，并將該設(shè)備間隔信息與警示裝置內(nèi)所存工作票信息相核對，判斷作業(yè)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(nèi)檢修人員佩戴安全帽中相應(yīng)RFID電子標簽，將識別的檢修人員信息與警示裝置內(nèi)所存工作票信息相核對，判斷現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量及是否與工作票上所列作人員名單相符。

1 裝置總體設(shè)計

該警示裝置主要由三個模塊構(gòu)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(wǎng)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(nèi)時，閱讀器發(fā)出的射頻脈沖被電子標簽接收并經(jīng)過標簽內(nèi)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(nèi)置天線將其內(nèi)部儲蓄信息發(fā)送出去。當信息被閱讀器天線接收到后，閱讀器將信息轉(zhuǎn)發(fā)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(nèi)低電壓等級設(shè)備相鄰距離很近，極易造成警示裝置同時識別多個設(shè)備標簽，無法準確判斷警示裝置所在具體設(shè)備間隔。而RFID閱讀器具有控制RFID系統(tǒng)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(tǒng)的工作功率決定，因此可通過控制系統(tǒng)對閱讀器的工作功率進行自動調(diào)節(jié)，使閱讀器工作功率滿足僅可識別到一個設(shè)備電子標簽。但是識別現(xiàn)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(xiàn)，因此需裝設(shè)兩個RFID閱讀器，一個用于識別設(shè)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(shè)計

當電子標簽進入閱讀器識別范圍內(nèi)時，接收到來自閱讀器發(fā)射的特殊射頻脈沖，通過感應(yīng)電流為電子標簽提供能量，將裝載在電子標簽內(nèi)部的儲存信息發(fā)送出去，或者由有源標簽自主發(fā)送其內(nèi)部儲蓄信息，閱讀器接收到來自電子標簽發(fā)送的信息后進行解碼，進而對相關(guān)信息分析處理。有區(qū)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(yè)現(xiàn)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(qū)域組成存儲部分：EPC區(qū)、RESERVED區(qū)、USER區(qū)、TID區(qū)。EPC區(qū)用于存儲此標簽附著對象的編碼；RESERVED區(qū)用于存儲刪除信息和進入系統(tǒng)所需要的密碼；USER區(qū)用于存儲電子標簽用戶個人寫入存儲的信息；TID區(qū)用于存儲每個電子標簽獨有的一串非重復(fù)出廠序列號。本設(shè)計中將電子信息按照一定的編碼規(guī)則存儲在USER區(qū)。

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(nèi)所存信息進行讀寫，以及向標簽發(fā)送相關(guān)控制指令?；贔RID的電力作業(yè)現(xiàn)場智能警示裝置應(yīng)將識別范圍設(shè)定在1～10m，因為低電壓等級設(shè)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(shè)備，造成識別混亂，因此，識別范圍最遠不超過10m。同時無需內(nèi)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(jié)構(gòu)簡單、便于安裝與攜帶，因此，基于RFID的電力作業(yè)現(xiàn)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(tǒng)

基于RFID的電力作業(yè)現(xiàn)場智能警示裝置由單片機組成控制系統(tǒng)，控制警示裝置的各個組成部分的協(xié)調(diào)運行；控制音頻解碼器對各類語音信息的解碼操作；儲存設(shè)備是警示裝置必不可少的組件，用于存儲相關(guān)安規(guī)語音信息，也可存儲由計算機寫入的工作票信息，播放安規(guī)語音信息時，由單片機控制讀取存儲設(shè)備中相關(guān)語音信息并送至音頻解碼進行解碼播放；USB接口及網(wǎng)口是警示裝置與后臺計算機進行數(shù)據(jù)讀寫的通道，可完成對存儲設(shè)備中數(shù)據(jù)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(tǒng)的從機運行，解碼輸入的比特流，再由一個數(shù)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(nèi)含高性能片上立體聲數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模擬、數(shù)字、I/O單獨供電，具備低音和高音控制，內(nèi)部使用一個12-13MHz的時鐘，可低功耗運行。

5 電力作業(yè)現(xiàn)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(dǎo)入警示裝置中，開工時將警示裝置放在相應(yīng)設(shè)備前，按下開機按鈕，警示裝置開始工作。RFID閱讀器Ⅰ經(jīng)過功率自動調(diào)節(jié)后僅識別到一個設(shè)備電子標簽，并將設(shè)備信息傳入警示裝置內(nèi)提取設(shè)備電壓等級信息，控制播放器播放相應(yīng)電壓等級設(shè)備處工作的安全注意事項和安全規(guī)定語音信息，并且將識別到的設(shè)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(nèi)作業(yè)人員安全帽內(nèi)電子標簽，將識別到的人員數(shù)量、人員姓名等信息傳入警示裝置內(nèi)并與工作票多列工作班人員數(shù)目和姓名進行核對，判斷進入作業(yè)現(xiàn)場內(nèi)作業(yè)人員是否與工作票所列名單相符。

參考文獻

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