CN111667610B - 一种用于现场安全许可的建立在dsp之上的指纹识别方法 - Google Patents

Abstract

一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，属安全装置领域。在绝缘挡板上设置指纹识别模块、DSP系统、侧臂及侧臂电机驱动模块和电源模块；当许可工作开始时，指纹识别模块采集许可人的指纹，对于指纹图像进行预处理，生成模板指纹；操作绝缘挡板的电动执行机构，将绝缘挡板固定在开关仓处；许可工作结束时，再次采集许可人的指纹，对于指纹图像进行预处理，生成样板指纹；对模板指纹和样板指纹进行识别匹配；若指纹识别匹配结果一致，则DSP系统输出“允许操作”的逻辑信号，将绝缘挡板拆除、移出开关仓，现场安全许可工作结束；若指纹识别匹配结果不一致，则报警模块输出报警信号。可实现安全警告标示牌的智能化、自动化。

Description

一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法

技术领域

本发明属于安全装置领域，尤其涉及一种用于变电站开关柜检修时的现场安全措施和安全装置。

背景技术

随着社会经济的高速发展，电网规模不断壮大，需要维护和管理的设备数量逐渐增多且种类繁杂，因此导致检修试验工作量不断加大。为保障大量的修试工作能正常完成的同时实现零事故率，许可工作中许可人安全措施的布置显得尤为重要。

在《电力系统安全作业规程》中规定，工作许可人的安全责任包括：

1、负责审查工作票所列安全措施是否正确完备，是否符合现场条件；

2、工作现场布置的安全措施是否完善；

3、负责检查停电设备有无突然来电的危险；

4、负责检查工作票所载的安全措施是否正确完备，和值班员所做的安全措施是否符合现场实际条件；

5、工作前对工作班成员专进行危险点告知，交待安全措施和技术措施，并确认每一个工作班成员都已知晓。

在实际工作中，许可人在布置操作或检修现场的安全措施时，若出现当天工作任务审票不清或对现场设备状态勘查不到位等情况，容易出现标示牌(亦称绝缘挡板)的漏挂甚至是挂错仓位(仓位是指待操作高压开关所在的开关柜)的情况。同时，在工作过程中由于作业人员的操作或走动很容易出现标示牌被刮碰脱落或移动。一旦上述情况发生，将对人身设备安全形成威胁。

为了防止上述隐患的发生，需要对现有的安全措施布置进行改进，实现许可现场安全措施的智能化操作和管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法。其采用指纹识别模块和DSP芯片，将加保安锁起到的作用附加在绝缘挡板上，通过指纹识别模块来确保挡板解锁的唯一性和确保许可过程中安全措施的牢固性和可靠性，替代原有需要许可人钻入开关仓内前倾挂锁危险动作的“止步，高压危险”的安全警告标示牌，最终达到安全警告标示牌的智能化、自动化。

本发明的技术方案是：提供一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是：

1)在绝缘挡板上设置指纹识别模块、DSP系统、侧臂及侧臂电机驱动模块和电源模块；

2)当许可工作开始时，指纹识别模块采集许可人的指纹，采用DSP系统对于指纹图像进行预处理，生成模板指纹；

3)许可人将绝缘挡板放置在需要设置安全措施的开关仓处；

4)许可人操作绝缘挡板的电动执行机构，将绝缘挡板固定在开关仓处；

5)当许可工作结束时，指纹识别模块再次采集许可人的指纹，采用DSP系统对于指纹图像进行预处理，生成样板指纹；

6)DSP系统对模板指纹和样板指纹进行识别匹配；

7)若指纹识别匹配结果一致，则DSP系统输出“允许操作”的逻辑信号，许可人操作绝缘挡板的侧臂驱动电机及相应的执行机构，将绝缘挡板拆除、移出开关仓，现场安全许可工作结束；

8)若指纹识别匹配结果不一致，则DSP系统输出“不允许操作”的逻辑信号，报警模块输出报警信号，禁止将绝缘挡板拆除、移出开关仓。

所述的指纹识别方法通过在DSP系统中运行指纹图像采集、指纹图像预处置、指纹图像特性提取以及模板指纹和样板指纹的识别匹配，将指纹识别模块与绝缘挡板的警示和闭锁功能结合为一体，确保了绝缘挡板解锁的唯一性和变电站安全许可过程中安全措施的牢固性和可靠性。

具体的，所述的DSP系统包括控制模块、侧臂电机驱动控制模块和指纹识别模块。

进一步的，所述的控制模块包括DSP芯片及周边电路，用于发出控制整个绝缘挡板各个侧挡板的收缩或张开运动指令，同时进行指纹图像的处理运算，储存样板指纹及模板指纹。

进一步的，所述的侧臂电机驱动控制模块用于控制侧臂电机的运转，驱动绝缘挡板中推杆动作，以顶起或收缩绝缘挡板的各个侧挡板。

进一步的，所述的指纹识别模块用于完成许可人指纹的采集录入，样板指纹与模板指纹的匹配操作。

更进一步的，所述的侧臂电机驱动控制模块中还设置有侧臂限位开关和电机堵转保护，用于对绝缘挡板侧臂的移动范围进行限位和防止电机堵转被烧毁。

本发明的技术方案，采用建立在DSP之上的带指纹识别模块的绝缘挡板，来替代原有需要许可人钻入开关仓内前倾挂锁危险动作的“止步，高压危险”安全警告标示牌，最终达到安全警告标示牌的智能化和自动化。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.通过采用建立在DSP之上的带指纹识别模块的绝缘挡板，将加保安锁起到的作用附加在绝缘挡板上，让警示和闭锁功能合二为一；确保了绝缘挡板解锁的唯一性，保证了工作全程中安全措施的牢固性和可靠性；

2.本技术方案中建立在DSP之上的带指纹识别模块的绝缘挡板，可以替代原有需要许可人钻入开关仓内前倾挂锁危险动作的“止步，高压危险”绝缘挡板，最终达到替代绝缘挡板的智能化、自动化。

3.绝缘挡板采用行程齿轮的设计方式，可以通过设计齿轮的疏密来调节左、右、上臂伸出距离不等的情况；

4.绝缘挡板只有在识别到该许可人的指纹时，绝缘挡板的左、右、上三侧的挡板侧臂才会收缩，若在工作中有不匹配指纹输入，挡板报警系统将启动，提示操作人员远离绝缘挡板，此种设计指纹识别设计确保了绝缘挡板解锁的唯一性，保证了工作全程中安全措施的牢固性和可靠性；

5.绝缘挡板电机控制系统加入限位开关和堵转保护，有效的保护了电机系统以及挡板臂。避免了因机械卡顿，机械臂与开关匹配不一致无法撑满开关仓内部等情况下，电机堵转烧毁电机的情形。

附图说明

图1是本发明DSP系统的组成模块示意图；

图2是本发明指纹图像处理流程示意图；

图3是本发明许可开始前绝缘挡板的结构状态示意图；

图4是本发明许可开始后绝缘挡板的结构状态示意图；

图5是许可工作开始时的指纹识别过程示意图；

图6是许可工作结束时的指纹识别过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的技术方案，提供了一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其发明点在于：

1)在绝缘挡板上设置指纹识别模块、DSP系统、侧臂及侧臂电机驱动模块和电源模块；

2)当许可工作开始时，指纹识别模块采集许可人的指纹，采用DSP系统对于指纹图像进行预处理，生成模板指纹；

3)许可人将绝缘挡板放置在需要设置安全措施的开关仓处；

4)许可人操作绝缘挡板的电动执行机构，将绝缘挡板固定在开关仓处；

5)当许可工作结束时，指纹识别模块再次采集许可人的指纹，采用DSP系统对于指纹图像进行预处理，生成样板指纹；

6)DSP系统对模板指纹和样板指纹进行识别匹配；

7)若指纹识别匹配结果一致，则DSP系统输出“允许操作”的逻辑信号，许可人操作绝缘挡板的侧臂驱动电机及相应的执行机构，将绝缘挡板拆除、移出开关仓，现场安全许可工作结束；

8)若指纹识别匹配结果不一致，则DSP系统输出“不允许操作”的逻辑信号，报警模块输出报警信号，禁止将绝缘挡板拆除、移出开关仓。

本发明技术方案的指纹识别方法，通过在DSP系统中运行指纹图像采集、指纹图像预处置、指纹图像特性提取以及模板指纹和样板指纹的识别匹配，将指纹识别模块与绝缘挡板的警示和闭锁功能结合为一体，确保了绝缘挡板解锁的唯一性和变电站安全许可过程中安全措施的牢固性和可靠性。

如图1中所示，DSP系统包括控制模块、侧臂电机驱动控制模块和指纹识别模块。

其控制模块包括DSP芯片及周边电路，用于发出控制整个绝缘挡板各个侧挡板的收缩或张开运动指令，同时进行指纹图像的处理运算，储存样板指纹及模板指纹。

其侧臂电机驱动控制模块用于控制侧臂电机的运转，驱动绝缘挡板中推杆动作，以顶起或收缩绝缘挡板的各个侧挡板。

其指纹识别模块用于完成许可人指纹的采集录入，样板指纹与模板指纹的匹配操作。

进一步的，在侧臂电机驱动控制模块中还设置有侧臂限位开关和电机堵转保护，用于对绝缘挡板侧臂的移动范围进行限位和防止电机堵转被烧毁。

指纹识别主要根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定，得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究，已经开始走入我们的日常生活，成为目前生物检测学中研究最深入，应用最广泛，发展最成熟的技术。

指纹识别模块的全过程就是获取指纹图像，而后展开对应的处理，最后给出指纹识别的结果。

如图2中所示，本技术方案中采取的指纹识别模块包括：指纹图像采集、指纹图像预处置、指纹图像特性提取以及特征点的比对单元。

对于指纹图像做好预处理极为重要。预处理之后需要对特性点提取，将噪声形成的伪特征点去除，最后在DSP系统中，将取得的特性点和存储的指纹库特性点加以对比，从而识别出是不是源自一个指纹。

一、指纹图像的预处理：

很多指纹图像因为种种原因对指纹特性点的提取有妨害，随着诸多伪特性点，应当按步骤进行预处理：其一是进行平滑处理，其二是实现分割处理，其三是运用增强算法实现增强，其四是对指纹进行二值化处理，其五是实现细化处置。

二、提取图像的特征点：

指纹图像能够用指纹特性加以描述，具体可以划分为两点：其一是总体性特性，其二是局部性特点，如此也被称之为细节特性。

总体性特性涵盖了区域性特性、形状特性还有指纹的灰度划分特性。细节特性则是涵盖了端点、叉点还有某一点的方向频率等。

指纹的特征点提取是指纹识别中极为核心的环节，对于前期预处理的检验和后期指纹匹配算法的实现有所影响^[3]。

三、指纹图像的特征点匹配：

指纹图像的特性点在匹配上需要经过两个过程，一个是指纹图像的配准，还有一个是比对。指纹图像的对比指的是运用特性点展开对比，不过在对比之前由于一些原因并不能直接对比，所以需要在对比前实现图像配准，坚持的配准原则就是依次在两幅指纹中的点，假若是一样的点，那么它的周遭分布也会一样。而在配准之后则是进行图像对比。

四、指纹识别模块的调试：

在前面的DPS系统之中进行了指纹识别算法的合理设定，而后就需要针对此展开主要功能的测试，对于各个功能板块的常规化工作加以检查，测试如果成功之后需要对指纹识别算法根植于系统之中加以调试和运行。

五、硬件上的调试：

指纹识别模块在硬件调试上需要从DSP系统的正常运转、外部存储器的数据读写和指纹采集传感器的正常采集三个方面进行。

对于DSP系统能不能常规化工作，可以运用DSP和CCS(Code Composer Studio，美国德州仪器公司出品的代码开发和调试套件)实现在线仿真测试加以完成；而外部存储器和指纹采集传感器在设计上则是需要凭借对应的操作予以完成。

在实际调试的时候，需要将指纹识别模块以仿真器和CCS实现对接，假若成功对接则是表明指纹识别模块和CCS在通信上功能正常。而后将写好的程序下载到DSP的RAM里，以CCS软件中的CPU Register(CPU寄存器)功能，对于DSP的单步运转情况进行观察，而后判断出DSP的常规化运转。

六、软件上的调试：

整个指纹识别体系的调试中，软件系统方面的调试较为复杂，想要较好的将指纹识别算法调试一一完成，要求凭借CCS的在线仿真功能加以调试。

透过仿真器将指纹识别的硬件和CCS连接在一起，而后针对指纹识别算法展开断点调试。与此同时也需要运用CCS显现的图形展现各个处置操作的结果没如此能够较为便捷的实现对于指纹识别的算法调试。

在机械结构上，本技术方案中的绝缘挡板(简称挡板)的结构如图3和图4所示。

该绝缘挡板在其至少两个侧边(图中以三个侧边为例)上均设置有侧臂，各个侧臂在电机、推杆及中心齿轮的驱动下，可以同步地进行伸出或缩回。

明显地，各个绝缘挡板臂均是在与挡板所在平面相平行的平面上，进行伸出或缩回移动，换句话说，所述侧臂伸出或缩回的移动方向，与挡板所在的平面相平行。

检修工作的安全许可开始前，绝缘挡板的结构状态如图3所示，此时绝缘挡板的各个侧臂处于收缩状态，体积小，携带方便，也便于许可人将绝缘挡板放入待许可的开关仓内。

当许可人开始许可时，先录入自己的指纹，随后按挡板“开启”按钮，启动电机转动带动左侧的推杆向上移动。当左侧的推杆从图3的位置(即图4中的位置1)到达图4中的位置2时，推杆推动挡板的上侧臂从图3的缩回位置到达图4中的伸出位置，与此同时，行程齿轮1带动中心齿轮转动，使得行程齿轮2和行程齿轮3分别向左右两侧转动，从而使得挡板左侧臂和右侧臂分别向左右两侧转动，达到图4位置。

伸开的绝缘挡板左侧臂、右侧臂及上侧臂，分别抵住所在开关柜开关仓的内壁，从而可以有效防止站内检修人员或工作人员误碰开关仓内可能带电的静、动触头，起到了绝缘隔离的作用。

当许可人许可结束时，需再次录入许可人的指纹，绝缘挡板的DPS系统会将再次录入的许可人指纹与许可开始时录入的指纹进行智能匹配。

当再次录入的许可人指纹与许可开始时录入的指纹匹配一致时，许可人方可启动挡板“关闭”按钮，此时挡板三侧的侧臂收缩，从图4所示的伸出位置回到图3所示的正常收缩位置时，此时许可人可以拆除挡板。

当再次录入的许可人指纹与许可开始时录入的指纹不一致时，绝缘挡板的报警系统将启动，发出报警声，提示操作人员远离绝缘挡板。

在电路结构方面，在绝缘挡板的控制系统中，各个模块主要包括指纹识别以及电机控制。

(1)指纹识别模块主要由指纹图像的采集、指纹图像的预处理、指纹的特征点的匹配等组成，指纹识别模块的指纹识别流程如图5、图6所示。

完整的指纹识别由建立模板数据库和指纹识别两个处理过程构成的。

建立指纹模板数据库主要用来存储许可人初次许可时录入的许可人指纹数据，而指纹识别则是用来完成样板指纹(需要比对的指纹)与模板指纹(已经保存在模板数据中的指纹)的匹配操作。

但是不难发现在上述两个处理过程中，其实具有相同的组成部分，唯一不同的是在图6所示的指纹再次识别过程中，多了指纹特征点的匹配环节。因此，只要完成指纹识别过程中的指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹特征点提取和指纹特征点的匹配等指纹识别功能的设计，就可以实现指纹的准确识别。

(2)电机控制系统(或称驱动电机或电机)的工作流程如下：

当初次许可时，许可人首先进行指纹输入(亦称录入)，指纹识别单元记录并存储许可人的指纹作为模板指纹。

许可人按下启动挡板的“开启“按钮时，驱动电机启动工作，三个侧臂伸出，当挡板的三个侧臂碰到开关仓内壁时，通过设置的侧臂位置检测开关反馈给电机一个终止信号，此时电机停止，挡板处于许可状态。

当许可结束后，许可人首先再次进行指纹录入，指纹识别单元将再次录入的许可人样板指纹与许可开始时录入的许可人模板指纹进行对比、匹配；若再次录入的许可人指纹与许可开始时录入的许可人指纹匹配一致时，此时通过指纹识别模块输出一个逻辑“与”信号。

许可人按下启动挡板“关闭”按钮时，只有当启动电机信号和指纹识别匹配一致信号都为真时，电机转动。否则，电机不工作。

当电机工作时，挡板的三个侧臂收回，当侧臂回收到位时，通过三个侧臂的位置限位开关，反馈给电机一个“终止”信号，此时电机停止。

相比于原有的现场安全许可措施，本发明的技术方案绝缘挡板省去了许可人钻入仓内，前倾挂锁的危险动作，保护了许可人员的人身安全。

本技术方案中的绝缘挡板采用行程齿轮的设计方式，可以通过设计齿轮的疏密来调节左、右、上臂伸出距离不等的情况。

本技术方案中的绝缘挡板只有在识别到原许可人(即放置该绝缘挡板的许可人)的指纹时，绝缘挡板的左、右、上三侧的侧臂才会收缩，若在工作中有不匹配指纹输入，挡板报警系统将启动，提示操作人员远离绝缘挡板；确保了绝缘挡板解锁的唯一性，保证了工作全程中安全措施的牢固性和可靠性。

本技术方案中在绝缘挡板电机控制系统加入了限位开关和堵转保护，有效的保护了电机系统以及挡板臂。避免了因机械卡顿，机械臂与开关匹配不一致无法撑满开关仓内部等情况下，电机堵转烧毁电机的情形。

采用本技术方案中的绝缘挡板，许可人在布置安全措施时，只要将这块挡板放在开关仓内并输入指纹，绝缘挡板三侧臂将伸开抵住开关仓内壁。既省去了许可人钻入仓内，前倾挂锁的危险动作，也有效的将作业人员与母线帘门隔离开。同时，绝缘挡板只有在识别到该许可人的指纹时各侧臂才会收起，若在工作过程中有不匹配指纹输入，挡板报警系统将启动，提示操作人员远离绝缘挡板。因此，指纹识别功能确保了绝缘挡板解锁的唯一性。

本发明的技术方案，把加保安锁起到的安全隔离作用附加在绝缘挡板上，将生物识别技术、变电站开关柜检修时现场安全措施的警示和闭锁功能结合为一体，确保了绝缘挡板解锁的唯一性，保证了工作全程中安全措施的牢固性和可靠性。

本发明的技术方案，可以替代原有需要许可人钻入开关仓内前倾挂锁危险动作的“止步，高压危险”绝缘挡板，最终达到替代绝缘挡板的智能化和自动化。

本发明可广泛用于变电站检修过程中的安全许可工作管理领域。

Claims (6)

1.一种用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是：

1）在绝缘挡板上设置指纹识别模块、DSP系统、侧臂及侧臂电机驱动模块和电源模块；所述的DSP系统包括控制模块；

2）当许可工作开始时，指纹识别模块采集许可人的指纹，对于指纹图像进行预处理，生成模板指纹，存入DSP系统；

3）许可人将绝缘挡板放置在需要设置安全措施的开关仓处；

4）许可人操作绝缘挡板的电动执行机构，将绝缘挡板固定在开关仓处；

5）当许可工作结束时，指纹识别模块再次采集许可人的指纹，对于指纹图像进行预处理，生成样板指纹；

6）DSP系统对模板指纹和样板指纹进行识别匹配；

7）若指纹识别匹配结果一致，则DSP系统输出“允许操作”的逻辑信号，许可人操作绝缘挡板的侧臂驱动电机及相应的执行机构，将绝缘挡板拆除、移出开关仓，现场安全许可工作结束；

8）若指纹识别匹配结果不一致，则DSP系统输出“不允许操作”的逻辑信号，报警模块输出报警信号，禁止将绝缘挡板拆除、移出开关仓；

所述的绝缘挡板在其左侧、右侧和上侧三个侧边上，分别设置左侧臂、右侧臂及上侧臂，各个侧臂在电机、推杆及中心齿轮的驱动下，可以同步地进行伸出或缩回；

各个侧臂伸出或缩回的移动方向，与绝缘挡板所在的平面相平行；

伸开的绝缘挡板左侧臂、右侧臂及上侧臂，分别抵住所在开关柜开关仓的内壁。

2.按照权利要求1所述的用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是所述的指纹识别方法通过在DSP系统中运行指纹图像采集、指纹图像预处置、指纹图像特性提取以及模板指纹和样板指纹的识别匹配，将指纹识别技术与绝缘挡板的警示和闭锁功能结合为一体，确保了绝缘挡板解锁的唯一性和变电站安全许可过程中安全措施的牢固性和可靠性。

3.按照权利要求1所述的用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是所述的控制模块包括DSP芯片及周边电路，用于发出控制整个绝缘挡板各个侧挡板的收缩或张开运动指令，同时进行指纹图像的处理运算，储存样板指纹及模板指纹。

4.按照权利要求1所述的用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是所述的侧臂电机驱动控制模块用于控制侧臂电机的运转，驱动绝缘挡板中推杆动作，以顶起或收缩绝缘挡板的各个侧臂。

5.按照权利要求1所述的用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是所述的指纹识别模块用于完成许可人指纹的采集录入，样板指纹与模板指纹的匹配操作。

6.按照权利要求1所述的用于现场安全许可的建立在DSP之上的指纹识别方法，其特征是所述的侧臂电机驱动控制模块中还设置有侧臂限位开关和电机堵转保护，用于对绝缘挡板侧臂的移动范围进行限位和防止电机堵转被烧毁。

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