CN106020044A - Psm电源现场安全监测器 - Google Patents

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CN106020044A CN201610527608.9A CN201610527608A CN106020044A CN 106020044 A CN106020044 A CN 106020044A CN 201610527608 A CN201610527608 A CN 201610527608A CN 106020044 A CN106020044 A CN 106020044A
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黄懿赟
赵璐
潘圣民
王邓辉
冯虎林
何宝灿
杨志刚
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Institute of Plasma Physics of CAS
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Institute of Plasma Physics of CAS
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/20—Pc systems
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Abstract

本发明属于电力安全监测技术领域，具体公开一种PSM电源现场安全监测器，其特征在于：包括微处理器以及数据采集模块，实时时钟模块、身份认证模块、语音播放模块、光纤通信模块以及供电模块；其中所述的数据采集模块包括热释电红外传感器、声音传感器、摄像头、温湿度传感器、可燃气体传感器和火焰传感器。本发明可有效监测PSM电源现场的是否有闲杂人等闯入、可燃气体瓦斯是否超标、是否存在火焰等实时监测，能够实现对PSM高压电源现场的安全风险监测，降低事故发生率与危害程度，满足了电力安全监测领域的需求，对电源安全运行有十分重要的意义，且价格便宜，应用前景广阔。

Description

PSM 电源现场安全监测器
技术领域
本发明专利属于电力安全监测技术领域，具体涉及一种PSM电源现场安全监测器。
背景技术
PSM电源是一种常应用于核聚变领域的特种高压电源，由几十到上百个电源模块串联产生高压输出。电源现场具有面积大、安全风险种类多、安全隐患极高、存在很强的电磁干扰等独特特点，故通常工作人员应远离现场对电源进行操控。
为了防范和保护设备及人员的安全，必须对各种安全风险进行远程监测与处理。现有的PSM电源仅在模块内部实现监测与保护，而对模块外部电源现场众多危害很大的安全隐患（比如杂人闯入、元器件爆炸、火灾等）难以提供及时有效的监测。此外，现场的强电磁干扰也对信号传输造成了很大困难。
发明内容
针对当前存在的问题，本发明能够对PSM电源现场的安全风险进行实时监测与处理，并通过光纤实现可靠通信，实现了核聚变实验高压上电时杂人闯入识别与语音告警并拍照上传、PSM模块四周异常声音识别与上传、现场环境状态（可燃气体、温湿度、火焰等）监测与报警、人员身份认证等功能，对PSM电源安全运行提供了可靠保障。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种PSM电源现场安全监测器，包括微处理器以及数据采集模块，所述数据采集模块用于PSM电源现场的数据采集，并将采集数据传输至微处理器模块；实时时钟模块，用于记录时间，与微处理器模块连接；身份认证模块，用于通过工作人员的IC卡实现工作人员身份识别，与微处理器模块连接；语音播放模块，与微处理器模块连接，用于播放微处理器的声音命令；光纤通信模块，与微处理器模块连接，用于微处理器模和上位机之间的通讯；以及供电模块，用于各模块的供电。
所述的数据采集模块包括热释电红外传感器、声音传感器、摄像头、温湿度传感器、可燃气体传感器和火焰传感器；所述的热释电红外传感器和温湿度传感器分别通过DSP的单个GPIO（通用数字量接口）连接，摄像头通过UART串行接口连接，声音传感器、可燃气体传感器和火焰传感器通过DSP内部模数转换模块的3个模拟量输入口连接。实时时钟模块通过I2C接口与DSP相连，身份认证模块通过SPI接口与DSP相连，语音播放模块通过GPIO与DSP相连，光纤通信模块通过UART串行接口与DSP连接。
所述的热释电红外传感器用于发现进入现场的人员，并以输出开关量的形式向微处理输送信息，所述的声音传感器采集PSM电源现场的声音，并以模拟量的形式向微处理输送信息进行异常分析；所述的摄像头对发现的人员进行拍照，以输送图像数据的形式向微处理器输送信息；所述的温湿度传感器采集PSM电源现场温度和湿度，通过单总线协议传输数字量将相关信息上传微处理器；所述的可燃气体传感器用于探测现场的瓦斯、烟雾信息并将相关数据上传微处理器；所述的火焰传感器用于探测现场火灾的火焰并将相关数据上传微处理器，所述的可燃气体传感器、火焰传感器均以模拟量形式向微处理器输送信息。
所述的微处理器模块的核心为型号是TMS320F28335的DSP芯片以及外围电路；所述的DSP芯片通过程序对采集的数据进行处理、判断与控制，并通过光纤通讯模块与上位机通信。程序功能主要包括：1、反复检测热释电红外传感器信号，若发现有人经过，则判断当前PSM电源是否处于高压状态。若否则忽略，若是则立即控制语音播放模块反复播放告警音，并控制摄像头拍照（每隔0.5秒拍一张）并上传图片，直到身份认证模块确认刷卡信息为止，则5分钟内不再触发杂人闯入报警；2、对声音传感器的数据进行模数转换并进行特征提取，经频谱分析得到MFCC和短时能量参数，与正常运行（仅上电或离子源放电）时的参数相比较，超出一定范围即认为现场有异常声音（如电容爆炸、求救声等）；3、按照单总线协议读取温湿度传感器的值，通过DSP芯片内模数转换器读取可燃气体传感器和火焰传感器的值，并与设定告警值相比较得出告警信息；4、通过DSP芯片的异步串行口实现通信。
所述的实时时钟模块以X1226芯片为核心，通过I2C接口与DSP芯片相连，用于DSP芯片提供实时时间信息，便于准确记录异常状况发生时间。。
所述的身份认证模块以MF RC522芯片为核心，通过SPI接口与DSP相连，通过识别IC卡实现人员认证，由DSP芯片控制IC卡通信完成读取与判断，使得特殊情况下合法人员可通过刷卡而停止告警。
所述的语音播放模块以ISD1820芯片为核心，在杂人闯入时由DSP芯片控制播放提前录好的提示音，经过功率放大，由喇叭发音。
所述光纤通信模块主要由大电流驱动器SN75451、光发送器HFBR-1414T和光接收器HFBR-2412T组成，用于微处理器与上位机之间的通信，完成串口电信号和光信号的相互转换，从而实现强电磁干扰下的通信功能。
所述的供电模块为整个装置供电，主要包含隔离变压器、电池及一些电源芯片、电容等元件。供电模块的电源连接至装置各部分，电池仅连接至实时时钟模块，电池在装置断电时仍为实时时钟模块芯片X1226芯片供电，使其准确计时。
本发明的有益效果：
经测试，本发明与上位机用光纤实现通信后，可有效监测PSM电源现场的是否有闲杂人等闯入、可燃气体瓦斯是否超标、是否存在火焰等实时监测，能够实现对PSM高压电源现场的安全风险监测，满降低事故发生率与危害程度，满足了电力安全监测领域的需求，对电源安全运行有十分重要的意义，且价格便宜，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
一种PSM电源现场安全监测器，包括微处理器以及数据采集模块，所述数据采集模块用于PSM电源现场的数据采集，并将采集数据传输至微处理器模块；实时时钟模块，用于记录时间，与微处理器模块连接；身份认证模块，用于通过工作人员的IC卡实现工作人员身份识别，与微处理器模块连接；语音播放模块，与微处理器模块连接，用于播放微处理器的声音命令；光纤通信模块，与微处理器模块连接，用于微处理器模和上位机之间的通讯；以及供电模块，用于各模块的供电。
所述的数据采集模块包括热释电红外传感器、声音传感器、摄像头、温湿度传感器、可燃气体传感器和火焰传感器；所述的热释电红外传感器和温湿度传感器分别通过DSP的单个GPIO（通用数字量接口）连接，摄像头通过UART串行接口连接，声音传感器、可燃气体传感器和火焰传感器通过DSP内部模数转换模块的3个模拟量输入口连接。实时时钟模块通过I2C接口与DSP相连，身份认证模块通过SPI接口与DSP相连，语音播放模块通过GPIO与DSP相连，光纤通信模块通过UART串行接口与DSP连接。
所述的热释电红外传感器用于发现进入现场的人员，并以输出开关量的形式向微处理输送信息，所述的声音传感器采集PSM电源现场的声音，并以模拟量的形式向微处理输送信息进行异常分析；所述的摄像头对发现的人员进行拍照，以输送图像数据的形式向微处理器输送信息；所述的温湿度传感器采集PSM电源现场温度和湿度，通过单总线协议传输数字量将相关信息上传微处理器；所述的可燃气体传感器用于探测现场的瓦斯、烟雾信息并将相关数据上传微处理器；所述的火焰传感器用于探测现场火灾的火焰并将相关数据上传微处理器，所述的可燃气体传感器、火焰传感器均以模拟量形式向微处理器输送信息。
所述的微处理器模块的核心为型号是TMS320F28335的DSP芯片以及外围电路；所述的DSP芯片通过程序对采集的数据进行处理、判断与控制，并通过光纤通讯模块与上位机通信。程序功能主要包括：1、反复检测热释电红外传感器信号，若发现有人经过，则判断当前PSM电源是否处于高压状态。若否则忽略，若是则立即控制语音播放模块反复播放告警音，并控制摄像头拍照（每隔0.5秒拍一张）并上传图片，直到身份认证模块确认刷卡信息为止，则5分钟内不再触发杂人闯入报警；2、对声音传感器的数据进行模数转换并进行特征提取，经频谱分析得到MFCC和短时能量参数，与正常运行（仅上电或离子源放电）时的参数相比较，超出一定范围即认为现场有异常声音（如电容爆炸、求救声等）；3、按照单总线协议读取温湿度传感器的值，通过DSP芯片内模数转换器读取可燃气体传感器和火焰传感器的值，并与设定告警值相比较得出告警信息；4、通过DSP芯片的异步串行口实现通信。
所述的实时时钟模块以X1226芯片为核心，通过I2C接口与DSP芯片相连，用于DSP芯片提供实时时间信息，便于准确记录异常状况发生时间。。
所述的身份认证模块以MF RC522芯片为核心，通过SPI接口与DSP相连，通过识别IC卡实现人员认证，由DSP芯片控制IC卡通信完成读取与判断，使得特殊情况下合法人员可通过刷卡而停止告警。
所述的语音播放模块以ISD1820芯片为核心，在杂人闯入时由DSP芯片控制播放提前录好的提示音，经过功率放大，由喇叭发音。
所述光纤通信模块主要由大电流驱动器SN75451、光发送器HFBR-1414T和光接收器HFBR-2412T组成，用于微处理器与上位机之间的通信，完成串口电信号和光信号的相互转换，从而实现强电磁干扰下的通信功能。
所述的供电模块为整个装置供电，主要包含隔离变压器、电池及一些电源芯片、电容等元件。供电模块的电源连接至装置各部分，电池仅连接至实时时钟模块，电池在装置断电时仍为实时时钟模块芯片X1226芯片供电，使其准确计时。

Claims (8)

1.一种PSM电源现场安全监测器，其特征在于：包括微处理器以及数据采集模块，所述数据采集模块用于PSM电源现场的数据采集，并将采集数据传输至微处理器模块；实时时钟模块，用于记录时间，与微处理器模块连接；身份认证模块，用于通过工作人员的IC卡实现工作人员身份识别，与微处理器模块连接；语音播放模块，与微处理器模块连接，用于播放微处理器的声音命令；光纤通信模块，与微处理器模块连接，用于微处理器模和上位机之间的通讯；以及供电模块，用于各模块的供电，其中所述的数据采集模块包括热释电红外传感器、声音传感器、摄像头、温湿度传感器、可燃气体传感器和火焰传感器。
2.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的微处理器模块的核心为型号是TMS320F28335的DSP芯片以及外围电路所述的热释电红外传感器和温湿度传感器分别通过DSP芯片的单个通用数字量接口GPIO连接，摄像头通过UART串行接口连接DSP芯片，声音传感器、可燃气体传感器和火焰传感器通过DSP内部模数转换模块的3个模拟量输入口连接DSP芯片，实时时钟模块通过I2C接口与DSP芯片相连，身份认证模块通过SPI接口与DSP芯片相连，语音播放模块通过GPIO与DSP芯片相连，光纤通信模块通过UART串行接口与DSP芯片连接。
3.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的实时时钟模块以X1226芯片为核心。
4.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的身份认证模块以MF RC522芯片为核心，通过识别IC卡实现人员认证。
5.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的语音播放模块以ISD1820芯片为核心。
6.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述光纤通信模块由大电流驱动器SN75451、光发送器HFBR-1414T和光接收器HFBR-2412T组成，用于微处理器与上位机之间的通信，完成串口电信号和光信号的相互转换，从而实现强电磁干扰下的通信功能。
7.根据权利要求1所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的供电模块为其它模块供电，包含隔离变压器、电池及一些电源芯片、电容元件。
8.根据权利要求6所述的PSM电源现场安全监测器，其特征在于：所述的电池仅连接至实时时钟模块，保证为实时时钟模块全时间段供电，使其准确计时。
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