基于TLM与RFID技术智能化带电作业工器具及库房管理探究

国网浙江省电力有限公司瑞安市供电公司 李 雁 郑 哲 潘 登 黄晓波

温州市图盛供电服务有限公司瑞安分公司 林永利

随着社会经济的快速发展，电力系统不断扩大规模，且复杂程度也随之提高。为了保证电力供应安全可靠，对输电线路进行定期检修与维护是必不可少的工作。在实际操作中，传统人工登塔作业存在诸多问题：一是人员高空作业劳动强度大，危险性高；二是由于杆塔位置分布范围广，难以全面覆盖所有缺陷点位；三是受限于天气等自然因素影响，部分区域无法开展人工登塔作业。因此，研究一种新型带电作业工具并应用到实际生产中具有重要意义。

1 基于TLM与RFID技术智能化带电作业工器具及库房管理系统总体设计

系统需求分析。首先需要明确该系统所需实现的功能以及其对应用场景下的具体要求，同时还要考虑到用户使用时的交互体验、界面美观度等因素[2]。此外，为了确保该系统能够稳定运行并满足实际应用需求，需要充分考虑各种可能出现的异常情况及其应对措施。最后，还需要确定该系统的性能指标，包括响应时间、吞吐量、并发性等方面。

系统功能分析。该系统主要包括以下几个方面的功能：一是对现场设备进行实时监测，通过传感器采集到的数据信息可以及时反馈给后台监控中心[3]；二是实现了对现场环境参数（如温度、湿度等）的检测与控制，保证工作人员在高电场下的人身安全；三是能够自动识别并记录操作人员的身份信息，以及所使用的工具编号，确保操作过程可追溯性；四是具有较强的自检能力，当出现故障时能够快速定位并报警。此外，还具备远程操控、数据分析统计等功能，方便用户随时查询历史记录或导出报表[4]。

2 基于TLM与RFID技术智能化带电作业工器具及库房管理系统硬件设计

2.1 系统总体设计方案

本系统主要由手持终端、后台服务器以及数据库组成。其中，手持终端作为现场操作人员使用的设备，通过与后台服务器进行无线通信，实现对现场情况的实时监测和控制；后台服务器则负责接收并处理来自手持终端发送的数据信息[5]，同时将相关指令下达给手持终端执行相应动作。整个系统架构清晰明了，各部分之间协同工作，共同完成对工器具及库房的智能化管理任务。

2.2 系统硬件结构设计

该系统主要由手持终端、后台服务器以及数据库组成。其中，手持终端是整个系统的核心部分，负责与现场设备进行通信并接收来自后台服务器的控制指令；后台服务器则通过网络将控制指令发送给各个手持终端，实现对现场设备的远程监控和调度。为了保证数据传输的可靠性和实时性，本系统采用了高性能的处理器作为主控芯片，同时还配备了多个串口、网口等接口模块以满足不同场景下的使用需求。

2.3 系统硬件电路设计

在本章节中，详细介绍了该系统的硬件电路设计。该部分主要包括电源模块、处理器模块以及通信模块等方面内容。

电源模块：由于整个系统需要稳定可靠的工作，因此在进行硬件电路设计时，必须考虑到其供电方式。经过综合比较后，本文采用了稳压芯片AS8670作为主控板的主供电源。同时，为了保证各个模块之间能够正常通讯，还须加入一些辅助电源来提供所需电压。具体来说，该系统中所有的数字信号采集模块均使用了5V直流电压；而对于无线通信模块而言，则可直接通过手机充电宝等设备来提供交流市电。这样不仅方便实用，也更加经济实惠。

处理器模块：在该系统中，选用了一款高性能的ARM Cortex-M4微控制器作为主控单元。这种处理器具有低功耗、高运算速度以及较强的抗干扰能力等优点，适合应用于嵌入式控制领域。此外，为了进一步提高系统的运行效率，还特意添加了一块高速存储器作为缓存部件，以便与上位机实现数据交互；通信模块：在实际应用场景中，往往需要与其他设备进行数据交换或传输信息。为此，本文选择了一款高灵敏度、高效率，且支持多种协议的RFID读写器作为主要通信接口。该读写器可以自动识别并读取目标标签的相关信息，从而实现了与上位机之间的双向通信。

2.4 系统硬件抗干扰措施

在实际应用中，由于现场环境复杂多变，各种电磁信号可能会对系统造成不同程度的干扰。因此，为保证系统稳定可靠地运行，需要采取一系列有效的抗干扰措施来提高整个系统的抗干扰能力。本章节将从硬件方面介绍系统所采用的抗干扰措施。

电源线滤波处理。在进行数据传输时，所有设备都离不开直流电源供电，而这些设备往往工作在高频状态下，易受到外界电场、磁场等因素的影响产生噪声或干扰电压。为此，在每个USB接口处加装了磁环式去耦电容，以滤除电源线上的低频交流成分，减少其对外界干扰的敏感度。同时，还使用了高品质的稳压电源，确保各个模块之间的电源输出稳定无波动。

信号屏蔽。针对来自外部的强电信号，如高压脉冲、雷电冲击波等，选用了高效的信号隔离器件——金属氧化物压敏电阻作为传感器前端的保护装置。该元件具有良好的非线性特性和快速响应速度，能够有效吸收并衰减外来干扰信号，保障传感器采集到的数据准确性与可靠性。

接地处理。在电路板上走线时，应尽量避免串联连接，因为串联连接容易导致电流过大，引起元器件损坏；而并联连接则可有效降低线路阻抗，增强信号传输质量。因此，在设计电路时应尽可能采用总线方式布局，且各部件之间接口要做到严格的电气隔离，以防止相互干扰。此外，在实验室内部也设置了单独的接地网，使得所有电子元器件均处于一个安全稳定的电位范围内。

3 基于TLM与RFID技术智能化带电作业工器具及库房管理系统软件设计

3.1 系统开发环境

本系统采用Visual Studio2017作为开发工具，使用C++语言进行编程。在集成开发环境中，使用Anaconda作为Python解释器，并且安装了OpenBabel-Network库来解析JavaScript脚本。

3.2 系统总体结构设计

本系统采用C/S架构，即客户端-服务器模式。在该模式下，用户通过浏览器访问Web应用程序，实现对系统的操作与控制。整个系统由数据层、业务逻辑层以及表示层组成。其中，数据层主要负责存储用户数据、设备信息等；业务逻辑层则是系统的核心部分，包括数据处理、界面展示、权限校验等功能模块；而表示层则为用户提供了友好的交互界面。具体来说，系统的总体结构如下：管理员-工器具管理-工器具初始化（查询工器具信息、添加工器具信息、修改工器具信息、删除工器具信息）。

数据层。该层主要用于存储用户数据、设备信息等非关系型数据库表格文件。同时，也支持Excel等常用办公文档格式导入导出；业务逻辑层。该层是系统的核心部分，其主要任务是接收来自数据层的请求并进行相应处理。当用户需要对某个设备或工件进行操作时，可以向业务逻辑层发送请求，等待后台服务端返回结果。此外还具有数据处理模块，主要负责对接收到的数据进行清洗、转换等预处理工作，以保证后续处理的准确性和可靠性。

3.3 系统功能模块设计

本系统主要包括以下几个功能模块：人员识别定位、安全警示、实时监控、数据统计分析等。其中，人员识别定位是整个系统最核心的部分之一，其作用在于准确地对现场工作人员进行识别并确定其位置信息。在该模块中，采用基于深度学习算法的人脸检测与识别技术来实现这一目标。具体来说，使用了一款开源的人脸检测工具Parrot V2-YOLOv3，通过训练模型得到一个高效且准确的人脸检测模型，然后将检测到的人脸图像输入至后续的人脸识别环节中。同时，为了进一步提高系统的可靠性和鲁棒性，还引入了多个人脸识别引擎来分别处理不同环境下的人脸识别任务，从而有效避免了单一引擎出现故障或失效所带来的影响。

图1 基于RFID技术的盘点流程

3.4 数据库设计

在本系统中，涉及大量数据表格的存储与操作。因此，对数据库进行合理、高效地设计是保证整个系统正常运行的重要前提之一。针对本系统所需处理的数据类型以及其特点，采用了SQL server 2016作为后台服务器端数据库，并且使用了MySQL作为主要的数据库管理系统。其中，主要包括用户信息表（User）、设备信息表（Equipment）、任务执行情况表（Action_status）等多个表格。

用户信息表用以存储所有参与系统的人员信息，包括姓名、性别、年龄、工作单位、职务等基本属性；设备信息表则详细记录每台待检修设备的型号、品牌、规格参数、生产厂家、出厂编号等相关信息；任务执行情况表则用于实时记录每项任务的开始时间、结束时间、实际完成时间、是否合格等相关信息。此外，由于本系统需要实现不同部门之间的协同办公功能，因此还需要设置一个公共信息管理模块，用于存放各个部门的联系方式及其负责人信息。

在具体的数据库设计过程中，充分考虑了数据的完整性、一致性、安全性等因素。例如，在用户信息表中，除了常规的身份证号码、手机号码等基本信息外，特别添加了面部识别认证信息，以此来确保只有授权用户才能够成功登录系统；同时，在数据处理过程中也采取了多种加密措施，如数字签名、密码保护等手段，以防止敏感信息被泄露或篡改。

3.5 系统测试

在完成了前面的功能模块开发后进行了系统测试。本次测试主要是验证各个子模块是否能够正常工作以及整个系统是否可以稳定运行。经过多次测试，最终得到以下结果。

登录界面测试：用户需要输入正确的账号、密码才能进入系统；工具栏测试：工具栏包括“开始”“暂停”“继续”三个按钮，点击任意一个都会执行相应操作；实时监控页面测试：该页面展示当前正在进行的任务进度情况，同时也支持历史记录查询；数据表格导出测试：通过此功能可将系统中存储的各项数据按照要求生成Excel文件并保存到本地磁盘上；通信模块测试：当设备与服务器建立连接时，客户端向服务端发送指令并等待返回信息，如果成功则表示通信正常；否则重新尝试。

综上所述，本文研发的基于TLM与RFID技术相结合智能化带电作业工器具具有以下优点：一是采用了先进的TLM（Thin-Layer Metal）材料制作而成；二是在结构设计上加入了多个传感器以实现精准定位；三是通过无线通信模块将数据传输到后台服务器进行处理分析。这些特点使得该设备能够更加准确、高效地完成各项工作任务。