电力计量箱手持式智能电子钥匙的设计与实现

王克中，张永兵，刘后军

1.焦作市光源科技发展有限公司研发部，河南焦作 454000

2.焦作市光源科技发展有限公司研发部，河南焦作 454000

3.西安尚讯电子科技有限公司研发部，陕西西安 710071

0 引言

防窃电是电力部门的重要工作，计量箱是的防窃电关键环节，外挂锁具的表箱由于锁具容易通过非法打开，且在巡查大批量表箱时还需要携带大量钥匙，容易遗漏而影响工作。

随着自动化技术的发展和应用，供电部门需负责一个区域内多个计量箱的日常维护和操作管理，而要打开分散式的计量箱进行维护必须逐一找到对应钥匙开启，此工作繁琐且对于计量箱的开启和维护并没有记录可查询，不利于控制供电部门管理，因此计量箱电子钥匙的设计是非常有必要的。

1 电子钥匙的系统概述

本系统包括了电源稳压部分，CPU中央控制器部分，指纹模块部分，无线供电部分，无线通讯部分，按键部分，LED指示灯部分，USB接口电路部分以及功耗节能控制部分。图1为系统总体原理图。下面将详细介绍各部分的具体功能及实现情况。

1.1 指纹识别模块

图1 系统总体原理图

本文采用深圳十指科技的指纹模块，与单片机采用串口进行连接。使用时，判断录入的指纹与存储的指纹是否一致，当一致时，指纹灯为绿色，电子钥匙向计量箱发送指令，进行开锁控制；当不一致时，指纹灯为红色闪烁，不能够操作电子钥匙对计量箱进行开锁控制。 发送指令后，如果收到回复指令，解析为地址正确，且开锁成功，则通讯指示灯为红色，10S以后自动转入休眠状态； 如果收到回复指令，解析为地址错误，说明权限不够，通讯指示灯为红色，10S以后自动转入休眠状态；如果没有收到回复指令，那么每隔一秒钟重复发送一次，同时通讯指示灯为红色闪烁，说明可能是计量箱无市电造成的，此时，电子钥匙自动打开无线供电开关，开启无线供电功能，闪烁两分钟以后，如果没有接收到回复的指令，那么进入休眠模式。

1.2 LED指示灯显示

图2是电子钥匙的平面示意图，其中LED指示灯有电源、指纹录入以及通讯指示灯。各指示灯的具体工作情况如下：

图2 电子钥匙的平面示意图

电量指示灯（红绿双色指示）：

当电量正常时，绿色指示灯显示；当电量很少时（小于20%电量），红色指示灯显示并闪烁；当正在充电时，红色指示灯显示；当电量充满时，绿色指示灯显示。

指纹录入指示灯（红绿双色指示灯）：

指纹录入之前，指示灯为红色；指纹录入错误，指示灯为红色闪烁；指纹录入正确以后，指示灯为绿色。

通讯指示灯（红绿双色指示灯）：

通讯正常，指示灯为绿色，此时控制计量箱开锁；通讯地址错误，指示灯为红色，此时不能控制计量箱开锁；不能进行通讯，指示灯为红色闪烁，此时说明可能是计量箱没有市电造成，电子钥匙进行无线供电。

1.3 与上位机串口通信

通过串口，上位机可以通过发送指令，控制电子钥匙各项操作：添加指纹录入；删除已有指纹；查看已有指纹，同时还可以控制或者查看电子钥匙的应用权限。上位机界面流程如图3所示：

图3 上位机界面流程图

1.4 无线供电模块

采用电磁感应线圈实现对计量箱控制部分电路和电机锁的供电。该应用主要在计量箱无市电时应用，无线供电线圈放置在电子钥匙的背面，贴近电子钥匙的外壳。，无线供电接收线圈紧贴放置在计量箱壳体内部，当指纹比对成功以后，才开始开启无线供电电源。图4是无线供电模块的实物图。

图4 无线供电模块的实物图

1.5 无线通讯模块以及功耗节能控制模块

与单片机采用SPI接口连接。通过CPU和无线通讯模块进行连接，使得电子钥匙的开锁或者闭锁指令可以通过无线通讯装置与计量箱的控制电路进行通讯（采用modbus-rtc协议）。在通讯时，设置一个超级地址0xff。当设置为超级权限的电子钥匙，发送地址为0xff，这样所有的计量箱控制电路均可以与之通讯。设置为一般权限的电子钥匙，发送地址为需要与之通讯的计量箱的地址。

我们采用低功耗的CPU工作，在无按键一分钟以后或者按了开关机键以后，所有的功能停止运行，并且进入低功耗休眠模式。如果按键电源键后，结束当前的休眠模式，则所有的功能开启，装置开始正常操作。当通过usb线与电脑相连，采用usb连接时，则不会进入低功耗休眠模式。

2 结论

计量箱智能电子钥匙的研发避免了计量箱运维人员因为钥匙的原因在供电部门与计量箱之间来回奔波，提高了工作效率，加快了对计量箱事故的响应，同时电子钥匙与内置电子锁配合也可以防止人为破坏计量箱。从而确保了计量装置安全、可靠的进入运行环节，从根本上保障了用户不能通过计量装置窃电。计量箱智能电子钥匙系统的研究和应用，极大的提高了计量箱管理的灵活性、安全性和经济性，其灵活方便的授权方式和安全可靠地控制对于比较分散的配电系统尤其适用。

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[3]谭浩强.C语言程序设计.清华大学出版社.