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摘要：該文提出了一種新型智能電力安全圍欄設計，以微控制器為核心，能設定不同安全防護等級，支持工作模式靈活切換；基于主從架構，既可獨立工作，又可多圍欄協同工作。通過紅外檢測輔以射頻識別雙重檢測人員進出、現場聲光報警、LED狀態提示、語音播報、短信貓遠程警報信息發送等功能，可有效提升圍欄的防護安全性。

關鍵詞：微控制器；短信貓

電力安全圍欄是電力公司施工/檢修等現場帶電作業必備的安全工器具之一，旨在提醒作業員在規定區域工作,防止無關人等擅入，能夠有效降低意外事故發生。傳統安全圍欄大都存在警示作用有限(以懸掛標示牌為主，缺乏聽覺視覺等多重感官警示)、被動防護等弊端。本文設計了一種智能型安全圍欄，以微控制器為控制核心，安裝LED顯示屏增強警示效果，圍欄入口安裝紅外傳感器和RFID識別裝置，雙重檢測，防止意外闖入或其他場地工業人員誤入。當異常闖入時進行聲光和語音警報，同時上報給控制器，可有效提高圍欄防護安全等級，有效保障人員安全。

1整體架構

為適應各種規模的工作現場，整個系統采用主從架構，由1個主圍欄控制器和N個從圍欄控制器組成。施工前，工作人員統一設置圍欄工作模式。正常工作時，主從圍欄保持通信，有意外闖入時，發生異常的圍欄進行聲光和語音報警，同時將信息上報。主控制器核心功能包括通過觸摸屏來設置工作模式和工作人員手機號碼;檢測從控制器是否異常，維護系統通信；接收從控制器上報的異常信息，發短信提醒工作人員。主控制器通過定時廣播一個“心跳檢測”數據幀來維護通信，“心跳檢測”幀廣播后，依次檢測從控制器的應答信號，如果規定時間內未收到應答，則單播再次確認信號兩次，若無應答則上報異常給管理人員。從控制器主要實現兩個功能：一是根據主控制命令做出響應如設置工作模式、心跳應答等；二是檢測、處理與上報異常。

2技術要點

2.1通信控制

圍欄系統需支持多點同時觸發、高實時性等特點，因此通信采用控制器局域網絡CAN(ControllerAreaNetwork,CAN)總線，它是串行通信網絡，有效支持分布式/實時控制[1][2]，在理想條件下，通信距離可達10KM。CAN通信本身沒有主從之分，任何節點均可向任意其他節點發送數據幀，數據幀以廣播形式在總線上傳輸，每個節點根據幀標識符確認是否接收該報文，這種面向內容的編址方案，方便靈活配置，實際應用時可配置為一主多從、多主多從、多節點對等結構。同時CAN自帶沖突檢測機制(CSMA-CD)、根據標識符自動仲裁機制、CRC檢驗等保障了通信的可靠性。本系統配置為單主多從結構，應用層采用自定義協議，充分利用標準數據幀11位標識符，通過標識符和接收掩碼機制，完成高效的接收過濾，其中ID10為主從模式位(0為主控制器發送控制命令,1為從控制器上報數據)，ID9-5源控制器地址，ID4-0目的控制器地址[3]，控制器地址采用5位撥碼開關進行設定，數據傳輸時從控制器地址設置為0規定為廣播幀。主從節點采用相同的硬件電路設計，采用核心板加擴展板形式實現，各個模塊以接插件形式安裝，增強通用性和靈活性。

2.2控制器選型與工作模式

系統采用內嵌CAN通信模塊、外設單元豐富、性能優越的飛思卡爾公司MC9S08DZ60作為主控制芯片。為了細化安全等級，圍欄設有常規維修、高壓試驗、夜間模式三種工作模式。高壓試驗對安全性要求較高，一旦有人接近則聲光警示，當非法闖入時，則持續聲光報警并語音高音播報從何處闖入，同時發送信息給現場管理人員;常規維修模式下有人靠近時LED屏顯示警示語，并語音常音提醒，非法闖入時，語音高音警示人員從哪里闖入。夜間模式下LED屏一直處于顯示提醒狀態，防止夜間黑暗，有人誤入。通過主圍欄觸摸屏可以批量設置從圍欄的工作模式，也可以單獨設置某從圍欄的工作模式。從圍欄工作于特定的工作模式下，根據現場情況上報信息。

2.3RFID識別與紅外檢測

射頻識別RFID(RadioFrequencyIdentification,RFID)，是一種通過射頻信號自動識別目標對象、非接觸式的自動識別技術，由標簽、閱讀器、天線組成，被廣泛應用于物流、人員管理等系統中。闖入檢測采用紅外與RFID雙重檢測方式，當紅外對射傳感器檢測到有人闖入時，RFID自動識別人員身份同時記錄日志，有效防止非法闖入，同時避免多場地同時施工時工作人員錯入施工場地，進一步保障作業人員安全。為保證紅外感應的準確性，防止錯過人員靠近警示，程序實現時紅外信號的檢測判斷放在中斷中執行。設計中采用深圳市阿法迪科技有限公司的AFD-8200分體式四通道讀寫器進行RFID讀寫。該設備工作在902~928MHZ，有4個外接TNC天線接口，搭配12dbi線極化天線可實現穩定讀取距離8-12M，支持多種用戶接口，系統采用RS232進行接口。

2.4語音播報

語音播報采用可重復擦除燒寫的語音芯片WT588D，可通過Flash芯片存儲不同長度的語音，通過上位機軟件，可隨意組合語音。可使用三線串口進行播放控制(播放/停止/循環播放、音量調節等)，控制播放不同地址字段的語音。系統中語音播報分高音和常音播報，高壓試驗和人員非法闖入時皆為高音播報，其他情況常音播報。播報內容有兩條，常規維修和夜間模式的警示語為“電力檢修，請勿入內”;高壓試驗狀態為“高壓危險，請勿靠近”[4]。

2.5LED顯示

系統采用標示牌加LED燈光警示進行雙重視覺警示，LED采用F3.0點陣256*64雙色恒壓戶外顯示屏。白天當有人靠近觸發紅外感應時，才會亮起，以節約用電。夜間狀態LED屏警示處于持續顯示狀態，防止夜間黑暗有人誤闖[4]。

2.6短信提醒

當異常發生時需要通知管理人員及時處理，因此系統中實現了短信提醒功能。短信提醒通過一種能實現短信收發的網關設備-短信貓實現(需要SIM卡支持)。設計選用華為公司的EM310模塊，它可方便進行遠程信息處理以及其它移動數據傳輸，模塊經UART接口與主控芯片連接，通過AT指令進行控制，異常發生時短信貓發送短信到主控制器上提前設置好的管理人員手機上。

3應用效果與創新點

使用1個主圍欄和5個從圍欄，進行現場測試，測試結果表明：可以有效感應到人員靠近并發出警告，使傳統圍欄的被動防護轉變為了主動警示；異常闖入時管理人員能在5s內收到報警短信，可有效處理異常事件；多圍欄協同工作，通信穩定；LED屏夜間警示效果明顯。系統具有以下創新點：(1)針對不同規模的施工現場，主從圍欄可任意組合，易于擴展。(2)可根據場合，設定不同安全防護等級，可方便的通過觸摸屏調整和設定圍欄工作模塊，并制定不同的處理方式。(3)RFID可記錄作業人員的進出信息，可方便確認作業人員就位情況。(4)短信提醒功能可及時通知管理人員，提高處理效率。

4結論

本文闡述了安全圍欄的整體架構、技術要點(通信控制、控制器選型與工作模式、RFID識別與紅外檢測、語音播報、LED顯示、短信提醒等)，論述了安全圍欄的應用效果和創新點。有效改善了傳統圍欄防護被動、警示弱、異常檢測與處理滯后等弊端。設計采用獨特的一主多從圍欄體系，靈活性強，適用于不同規模的檢修場所。支持工作模式設定，可設置不同安全防護等級。為管理人員提供了異常短信提醒功能，方便異常處理。從整體效果來看，提高了電力施工的安全性。

參考文獻：

[1]李科勇,冉蜀陽,史一.基于CAN總線的智能抄表系統的設計[J].中國測試技術,2008(2).

[2]孫鐵兵,鞠寧.CAN總線及其高層協議[J].微處理機,2006(1).

[3]王玉麗,王宜懷.基于CAN總線的智能電動密集架控制系統的研究[J].計算機應用與軟件,2017(4).

[4]張懷軍,曹付民,彭梓元,周國鵬.智能型電力施工安全圍欄的設計與應用[J].湖北科技學院學報,2018(3)

作者:王玉麗 單位:蘇州工業園區職業技術學院