高压母线控制柜无线门禁硬件系统的研制

2014-03-01刘伟，李晶

吉林化工学院学报 2014年9期

刘伟，李晶

(1.吉林化工学院信息与控制工程学院吉林吉林132022;2.吉林信息工程学校电子教研组，吉林吉林132022)

目前，很多电厂以及变电所一个厂区具有上百个控制柜，每个控制柜对应一把钥匙难于管理，一般均采用一把钥匙开所有锁的方案，极容易产生错误导致事故.高压母线控制柜无线门禁系统主要是解决电厂中高压母线控制柜在日常操作和维护维修中存在着错误授权或者误开的问题;以保护现场操作人员的人身安全，并减少人为因素导致的电力系统事故.

1 系统方案

系统采用计算机软件授权方式，采用无线手持控制器对电厂的高压控制柜门禁进行控制，系统方案结构图如图1所示.

图1 系统方案结构框图

系统包括计算机授权管理系统、门禁无线手持控制器、门禁控制器、电磁锁以及控制柜门状态传感器等单元组成，当电厂需要检修线路时，通过计算机授权管理系统对门禁无线手持控制器进行授权，技术人员只能在授权时间内对被授权的控制柜进行操作，每个操作动作以及操作时间等均会被门禁无线手持控制器记录，操作完成后，技术员可通过USB总线上传操作记录给管理系统.

2 无线通信电路的设计

在高压控制柜无线门禁系统中，手持控制器与门禁控制器均采用无线方式进行通信，因此首先介绍无线通信电路的设计.

无线通信电路主要由SI4432芯片、振荡电路、接口电路、RF滤波电路以及供电电路等组成，无线通信电路采用3.3V进行供电，并且接口采用SPI总线与CPU进行通信.电路如图2所示.

图2 SI4432无线通信模块电路原理图

Si4432是一款可以工作在470MHz高性能射频收发器，适用于短距离无线通信，其发射功率可达+20dBm，接收灵敏度也在－121dBm左右，内部可提供对数据包处理、数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)、空闲信道评估(CCA)等功能［1］，可实现几百米距离内的双向数据传递.此电路采用3db增益是短天线测试，在波特率9600bps时室外开阔地通信距离可达300米以上，同时此芯片仅5元左右具有极高的性价比，并满足系统要求.

3 手持控制器电路的设计

根据设计要求无线手持控制器要具有显示、按键输入、无线通讯、时钟、记录存储数据以及USB通讯等功能，因此手持机结构框图如图3所示.

图3 手持器结构框图

为了实现低功耗和USB通讯功能无线手持器的处理器采用C8051F340增强型MCS51内核单片机，具有4K+256字节RAM，并集成有USB总线控制器以及1K FIFO RAM，可以十分容易的实现低功耗以及USB通讯［2］.

USB通信主要完成PC机的上位机电厂控制系统数据库软件对手持器的授权操作;并且在操作完成后，通过USB将手持器里的“操作记录”反馈到PC机数据库中，已被监控管理.手持机系统中“操作记录”存储在AT24C256串行I2C总线的32KB的EEPROM中，每条操作记录由4个字节的“操作时间”、1个字节的“门禁操作”以及1个字节的“门禁状态”组成，共计6个字节，操作记录可存储5 400余条.为了给使用人员提供时间，并且在操作时记录操作的时间，手持系统电路中实时时钟采用PCF8563 I2C串行RTC时钟芯片实现，显示电路采用LCD5110液晶实现，数据输入键盘采用5*4矩阵键盘电路.手持机主控电路如图4所示.