位韶康+++迟旭东
摘 要：针对目前电力作业现场安全控制手段的不足，设计了一种基于RFID的电力作业现场智能警示装置，它可实现电力作业现场作业人员所处设备位置的识别、作业人员是否误入带电间隔的判断以及判断进入作业现场内作业人员是否与工作票所列名单相符等功能。该装置结构简单，运行可靠，可有效提高电力作业现场安全水平，保证电网、设备、人身安全。
关键词：RFID；射频识别；电力作业；电子标签；警示装置
引言
RFID（无线射频识别技术）是一种无需接触的全自动智能识别技术，RFID阅读器可对一定范围内的特定电子标签通过无线电信号进行通信、识别，并可读取电子标签内部相关数据，识别过程可实现自动化，可在各类复杂环境下可靠工作，因此，研究一种与RFID技术相结合的电力作业现场智能警示装置成为可行，它可实现电力作业现场作业人员所处设备位置的识别、作业人员是否误入带电间隔的判断以及判断进入作业现场内作业人员是否与工作票所列名单相符等功能。
本文设计的电力作业现场智能警示装置可以通过USB接口导入相应电压等级设备处工作时应注意事项和电力安全规程，通过网口与PC通信导入当日变电站内工作票，RFID电子标签安放在每个设备间隔和检修人员安全帽上，发射该设备间隔和检修人员的编码信息，当检修人员手持警示装置进入该设备间隔时，电力作业现场智能警示装置接收到对应的设备间隔编码信息后，进行智能识别可知检修人员所处间隔位置，播放相应电压等级设备处工作时应注意事项和电力安全规程语音信息，并将该设备间隔信息与警示装置内所存工作票信息相核对，判断作业人员是否误入带电间隔。同时，警示装置也会识别一定范围内检修人员佩戴安全帽中相应RFID电子标签，将识别的检修人员信息与警示装置内所存工作票信息相核对，判断现场作业人员数量及是否与工作票上所列作人员名单相符。
1 装置总体设计
该警示装置主要由三个模块构成：RFID识别模块；中央控制模块；语音解码及播放模块。装置主要包含RFID阅读器，特定电子标签，语音解码器，具有控制功能的單片机芯片，外接通信网口，USB通信接口，大空间存储器等。
警示装置开机后，当安装在工作人员安全帽中的电子标签进入阅读器识别范围内时，阅读器发出的射频脉冲被电子标签接收并经过标签内部整流后给电充充电，当电压达到工作电压后使标签获得足够的能量并通过内置天线将其内部储蓄信息发送出去。当信息被阅读器天线接收到后，阅读器将信息转发至中央控制模块进行解析，并将解析后的可用信息通过中央控制模块进行判断处理和播放语音信息。由于室内低电压等级设备相邻距离很近，极易造成警示装置同时识别多个设备标签，无法准确判断警示装置所在具体设备间隔。而RFID阅读器具有控制RFID系统的工作功率的特征，电子标签与阅读器之间的可识别距离又恰恰由RFID系统的工作功率决定，因此可通过控制系统对阅读器的工作功率进行自动调节，使阅读器工作功率满足仅可识别到一个设备电子标签。但是识别现场检修人员电子标签时又需要使识别范围相对扩大或固定，一个RFID阅读器无法实现，因此需装设两个RFID阅读器，一个用于识别设备电子标签，另一个用于识别检修人员安全帽中电子标签。
2 RFID识别模块设计
当电子标签进入阅读器识别范围内时，接收到来自阅读器发射的特殊射频脉冲，通过感应电流为电子标签提供能量，将装载在电子标签内部的储存信息发送出去，或者由有源标签自主发送其内部储蓄信息，阅读器接收到来自电子标签发送的信息后进行解码，进而对相关信息分析处理。有区别的是有源标签正常工作需要外部电源支持，但与无源标签相比其信号辐射范围要大得多，因本文所研究的电力作业现场智能警示装置工作范围较小，因此采用无源标签。
电子标签由四区域组成存储部分：EPC区、RESERVED区、USER区、TID区。EPC区用于存储此标签附着对象的编码；RESERVED区用于存储删除信息和进入系统所需要的密码；USER区用于存储电子标签用户个人写入存储的信息；TID区用于存储每个电子标签独有的一串非重复出厂序列号。本设计中将电子信息按照一定的编码规则存储在USER区。
RFID阅读器主要功能是利用耦合元件通过空间磁场对电子标签内所存信息进行读写，以及向标签发送相关控制指令。基于FRID的电力作业现场智能警示装置应将识别范围设定在1～10m，因为低电压等级设备之间距离较小，若识别范围太大，警示装置将会同时识别多个设备，造成识别混乱，因此，识别范围最远不超过10m。同时无需内置电源支持的无源电子标签相比有源电子标签而言造价低、结构简单、便于安装与携带，因此，基于RFID的电力作业现场智能警示装置选择使用无源电子标签更为合适。
3 中央控制系统
基于RFID的电力作业现场智能警示装置由单片机组成控制系统，控制警示装置的各个组成部分的协调运行；控制音频解码器对各类语音信息的解码操作；储存设备是警示装置必不可少的组件，用于存储相关安规语音信息，也可存储由计算机写入的工作票信息，播放安规语音信息时，由单片机控制读取存储设备中相关语音信息并送至音频解码进行解码播放；USB接口及网口是警示装置与后台计算机进行数据读写的通道，可完成对存储设备中数据的写入、删除、修改等操作。
4 语音解码及播放模块
VS1003是一个多功能的MP3、WMA、MIDI音频解码器和ADPCM 编码器。VS1003通过串口接收输入的比特流，可作为一个系统的从机运行，解码输入的比特流，再由一个数字音量控制器将解码信息送达一个18位过采样多位，解码器有串行总线控制，内含高性能片上立体声数模转换器，模拟、数字、I/O单独供电，具备低音和高音控制，内部使用一个12-13MHz的时钟，可低功耗运行。
5 电力作业现场智能警示装置工作流程
工作前检修人员将当日工作票导入警示装置中，开工时将警示装置放在相应设备前，按下开机按钮，警示装置开始工作。RFID阅读器Ⅰ经过功率自动调节后仅识别到一个设备电子标签，并将设备信息传入警示装置内提取设备电压等级信息，控制播放器播放相应电压等级设备处工作的安全注意事项和安全规定语音信息，并且将识别到的设备名称、编号与工作票工作地点信息核对，判断人员是否误入带电间隔。同时，RFID阅读器Ⅱ识别一定范围内作业人员安全帽内电子标签，将识别到的人员数量、人员姓名等信息传入警示装置内并与工作票多列工作班人员数目和姓名进行核对，判断进入作业现场内作业人员是否与工作票所列名单相符。
参考文献
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[2]刘焱，吴广飞，许庆华.基于RFID的电力工器具智能管理系统研究[J].企业技术开发，2015，2：73-74.
