智能高压开关柜自动识别系统研究分析

       近年来，随着我国电力事业的迅猛发展，高压开关柜设备越来越多，开关柜设备误操作事故是整个电力行业安全生产事故中最严重的事故，也是多发的事故之一，误操作事故的后果轻则引起系统解列运行，重则导致人身伤亡。开关设备误操作事故的发生虽然有着管理和人为主观方面的因素，但是开关设备本身存在安全隐患也是极其重要的因素。

　　目前各电力企业中所采用的开关柜能在一定程度上防止电气误操作。然而，由于操作人员的疏忽大意，走错间隔等类似事故仍时有发生，为了避免操作人员疏忽而造成的触电事故频繁发生，迫切需要一种能够在操作人员操作开关设备前对操作设备进行语音提示的信息装置。

　　本文在此背景下提出并开发了一套智能高压开关柜自动识别系统，实现开关柜开启后的间隔语音信息提醒，通知操作人员所打开开关柜的相关信启，并记录开关柜的开启和关闭时间，形成历史记录。各语音提醒装置拟采用微机进行统一管理和信息查询。

　　1系统功能和结构

　　1.1系统功能

　　图1所示为本智能高压开关柜自动识别系统的总体结构图。本系统由两部分组成，分别是开关柜发送端和接收、记录的系统后台。其中，发送端完成以下功能：当开关柜门打开时，发送端装置开始间接播放开关柜的语音信息，以便于工作人员确认是否操作正确的开关柜，并向后台发送经PT2262编码后的开门事件信息，供后台记录开关柜编号及开门时间；当工作人员确认并按下装置的确认按钮后，浯音提醒关闭，发送端向后台发送编码后的确认操作事件信息；当工作人员完成操作后关闭开关柜门时，装置向后台发送编码后的关门事件信息，供后台记录开关柜编号及关门时间；此外，当装置电池电量低于一定值时发送端发送低电量报警事件信息至系统后台。系统后台主要功能是负责记录各开关柜开门、关门及确认操作的时间，提供操作记录查询以及装置低电量报警等。

      1.2发送端设计

　　本系统的发送端结构如图2所示，主要包括电池、传感器、语音模块、无线发送模块、编码器、电压监视电路和单片机控制模块等几个功能模块，其中，电池给整个发送端供电。

　　传感器选用磁性开关，用于向以单片机为核心的控制模块提供柜门的开关状态。

　　语音模块以WT588D为核心。WT588D是具有51单片机内核的语音芯片，可以通过个人计算机上录制好的语音信息下载到芯片内置的SPI-Flash存储器，或者外挂的大容量存储器。

　　WT588D中共有220个语音地址，每个地址可以组合多段语音是WT588D具有的独特优点。在开关柜的自动识别系统中，播放的语音基本相似，只是各个开关柜名称及编号不同而已。如果将所有的语音完整地存放进存储器中，在录音时需要针对每个开关柜单独录制，比较复杂，容易出错。而采用WT588D分段录制，然后加以组合，这样只改变与开关柜名称及编号相对应部分的录音既可，大大简化了录制过程。

　　语音播报功能主要由单片机控制语音输出。利用单片机3条普通的I/O端口线模拟二线串口总线时序与WT588D语音芯片连接，控制语音芯片播放。

　　无线发送选用DF发射模块。DF无线发射模块通讯方式为调幅AM，工作频率为315MHz，为ISM频段，发射功率小于500mW。DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM，接收灵敏度高，用示波器观察输出波形干净，抗干扰能力强。DF模块的传输距离与调制信号频率及幅度，发射电压技电池容量，发射天线，接收机的敏感度等有关。一般在开阔区最大发射距离约800m。作者实测空旷环境在四节5号电池供电的情况下有效发射距离可达100m以上。作为开关柜自动识别的无线通信可以满足要求。

　　编码器采用PT2262。PT2262是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262芯片中有3个12他(A0～A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，并有6位(D0～D5)数据端管脚。本系统中采用六位地址码和六位数据码。通过拨码开关控制地址码，使各开关柜有唯一对应的地址。通过六位数据位编码对应不同的事件。由六位地址码和六位数据位组成一组编码。从而任何一个开关柜事件都有唯一的编码对应表示，只需要正确识别数据可以判别。

       电压监视电路实际采用滞回比较电路检测电池电压。当电压过低，影响芯片正常工作或语音播报时，电路输出端会产生一个负跳变。单片机采集到以后做出相应动作。1.3系统后台结构

　　本系统后台接收端的原理结构如图3所示，主要包括无线接收模块、单片机和触摸屏等设备。无线接收电路接收发送方的物理信号，将信号反相后传输到C8051F330单片机，作为软件解码信号的输入。单片机解码后将结果发送至触摸屏，由触摸屏根据解码结果中六位地址码和六位数据位记录开关柜编号及事件形成历史记录。

　　无线接收模块同样选用DF接收模块，DF接收模块又可分为超再牛接收模块和超外差接收模块。二者具体的比较这里就不一一列出，如有需要请读者参考相关文献。基于抗干扰能力及和单片机配合工作时的稳定性，本为选用DF超外差RX3600高可靠性高灵敏的接收模块。