CN113096293A - 一种变电站智能进出系统 - Google Patents

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盖博涛
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张鹏飞
李志辉
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董鹏
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霍启敬
贾国强
赵辰
张佳佳
董宇
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Abstract

本发明公开了一种变电站智能进出系统，涉及变电站门禁控制技术领域，尤其是一种变电站智能进出系统，其包括：中心管理系统以及门禁控制单元。本发明通过射频识别装置识别持有人身份，其进出方式简单使用方便。本发明还设有与门禁控制单元配套的射频终端，适合工作人员在乘坐车辆时快速进出变电站，无需下车验证，通行效率高。本发明的射频终端设有声波发生器，门禁控制单元设有声波接收器，上位机通过声波接收器接收的时刻对射频终端进行定位。当发现工作人员的位置在较为危险的作业区时，会通过最为靠近工作人员的门禁控制单元发出警告消息，警告工作人员防止误入巡检禁区，有效保证了人身和财产的安全。

Description

一种变电站智能进出系统
技术领域
本发明涉变电站门禁控制技术领域，尤其是一种变电站智能进出系统。
背景技术
变电站是改变电压的场所，能够使电能实现远距离传输，变电站的稳定与否是实现稳定供电的基础，变电站的稳定包括变电站内的供电设备无故障，持续工作，还包括变电站的安防，比如是否有非法人员进入变电站，是否有非法人员对于变电站内的设备进行误动等非操作等。
传统的变电站进出方式为工作人员需要跟变电站值班人员进行电话沟通，通过电子钥匙进行开门，并且电子钥匙的管理相对比较麻烦，容易丢失；同时电子钥匙的长时间使用导致灵敏度不够，进而会影响工作人员进入变电站工作时间。
还有为了避免非法人员进入变电站普遍采用两种方式，一种方式为由工作人员进行值守，或者工作人员进行巡视检查，但这种方式造成人力资源的浪费，并且并不能总是起到有效的安防作用，一旦有人非法闯入，并不能保证每次会被发现；另一种方式通过门禁系统来实现，通过员工的工号(即密码方式)、工牌或者指纹等方式来排出非法人员，但这些方式仍然存在不足之处，比如工号或者工牌容易被人窃取从而造成非法人员闯入，而指纹相对于前两种验证方式较安全，但是仍然存在被窃取的可能性，而且灵活性差，即使采用门禁系统，仍然需要值守人员，而且现场情况难以及时反馈到监控中心。
采用现有技术中的门禁系统或者人工巡视检查还存在一个共同的问题，当有人进入到变电站内并对供电设备进行非法动作，比如误动或者盗窃设备，并不能够及时进行报警，从而造成供电故障以及严重的经济损失。
因此，需要提出一种新的变电站的安防系统，能够对变电站实现全天候的安防监控，并能够有效地将非法人员排除在变电站外，保证变电设备的安全并避免被非法操作，而且减少人工干预，无需专职人员进行值守，节约人力资源及成本。
申请号 201110421397.8，名称为变电站智能门禁系统及其控制方法的发明专利，公开了变电站智能门禁系统及其控制方法，包括门禁服务器、通信单元、门禁单元，其中门禁单元包括门禁控制器、门禁终端、读卡器和键盘、电控锁、门磁，门禁服务器通过通信单元与门禁控制器连接，门禁控制器通过RS485连接线与门禁终端连接，读卡器和键盘、电控锁、门磁连接至门禁终端。该发明具有电子钥匙、网络跳码、手机跳码和远程四种开门锁门方式，记录每次开锁方式和开关门时间的信息，实现变电站开门的一卡通和一站通。该发明提供了一种集控中心加无人值班模式下变电站智能门禁系统及其控制方法，避免了变电运维人员因为钥匙的原因在变电站与集控中心之间来回奔波，极大提高了变电站门禁管理的灵活性、安全性和经济性。
该发明专利提供的技术方案是通过控制门禁系统控制工作人员的进出，其提供了四中开锁方式，电子钥匙、网络跳码、手机跳码和远程开锁，但工作人员的进出手续繁琐不说，进入变电站内部，人员如何走动，得不到监视。
而一些专利中，人员走动的轨迹，是通过摄像头进行捕捉的，摄像头捕捉通常存在一些视频死角，且过度使用和依赖视频捕捉的方法，常常会给工作人员的隐私带来一定的困扰。
发明内容
本发明提供了一种变电站智能进出系统，用于解决现有技术中进出变电站手续繁琐的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种变电站智能进出系统，包括：中心管理系统以及门禁控制单元；
所述中心管理系统包括：上位机以及显示器；所述上位机用于存储门禁名单，所述上位机还用于根据所述门禁控制单元的请求向所述门禁控制单元发送开闭门信号；所述显示器用于显示来自所述门禁控制单元的请求；
所述门禁控制单元包括：门禁控制模块、射频识别装置、驱动模块、通信模块以及门禁开关；所述门禁控制模块用于根据来自所述射频识别装置的信号向所述上位机发送开门请求，所述门禁控制模块还用于根据来自所述上位机的开闭门信号通过所述驱动模块控制门禁开关的开闭；所述驱动模块与所述门禁开关电连接；
所述射频识别装置、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述门禁控制模块电连接；所述上位机与所述门禁控制模块通信连接。
进一步地，还包括：射频终端，所述射频终端存储有持有人编码，所述射频终端用于将所述持有人编码发送到所述门禁控制单元，所述上位机设有与所述持有人编码相对应的注册信息。
进一步地，所述射频终端包括：射频卡以及射频控制器；所述射频控制器用于发送存储于所述射频卡的持有人编码到所述射频识别模块，所述射频卡与所述射频控制器通信连接。
进一步地，所述射频终端包括：声波发生器，所述门禁控制单元包括：声波接收器，所述声波接收器至少为四个，所述声波接收器设置在变电站最外围；
所述声波接收器用于接收来自所述声波发生器产生的声波信号，所述上位机用于根据声波接收器的声波信号接收沿时钟差对所述射频终端进行定位；
所述声波发生器与所述射频控制器电连接，所述声波接收器与所述门禁控制模块电连接。
进一步地，所述声波发生器的为超声波发生器。
进一步地，所述门禁控制单元至少为两个，所述中心管理系统还用于向所述门禁控制单元发送校时信号，所述门禁控制单元根据接收的所述校时信号校准时钟。
进一步地，所述门禁控制单元的时钟源为恒温晶振。
进一步地，所述射频控制器还用于控制所述声波发生器产生载有所述持有人编码的声波信号，所述门禁控制模块用于根据所述声波信号解析出持有人编码信号。
进一步地，所述通信模块为WiFi通信模块。
进一步地，所述门禁控制模块包括：DSP、CPLD以及电子显示屏，所述电子显示屏用于显示所述持有人编码相对应的注册信息，所述DSP通过双口RAM和所述CPLD进行连接，所述CPLD与电子显示屏连接，所述射频识别装置、所述声波接收器、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述的DSP电连接。
本发明的积极效果如下：
一种变电站智能进出系统，其包括：中心管理系统以及门禁控制单元；中心管理系统设有上位机，接收来自门禁控制单元的请求，并针对请求下发开闭门命令。门禁控制单元设有射频识别模块，用于识别来自外部的持有人编码信息，门禁控制单元将编码信息转发到中心管理系统，根据来自中心管理系统的命令开闭门。本发明通过射频识别装置识别持有人身份，其进出方式简单，本发明可以通过中心管理系统调整进出人员的身份，使用方便。
本发明还设有与门禁控制单元配套的射频终端，射频终端适合较远距离的通信，适合工作人员在乘坐车辆时快速进出变电站，无需下车验证，通行效率高。
本发明的射频终端设有声波发生器，门禁控制单元设有声波接收器，上位机通过声波接收器接收的时刻推定声波发生器与不同的声波接收器之间的距离差对射频终端进行定位。
上位机通过射频终端对工作人员定位，当发现工作人员的位置在较为危险的作业区时，会通过最为靠近工作人员的门禁控制单元发出警告消息，警告工作人员防止误入巡检禁区，有效保证了人身和财产的安全。
本发明进出系统，实际应用中通常有多个门禁控制单元，多个门禁控制单元通过接收来自中心管理系统的校时信号进行校准时钟，因校准时钟的时钟源相同，故多个门禁控制单元之间的时钟有高度的一致性。门禁控制单元的时钟信号的维持为晶振，本发明晶振为恒温晶振，恒温晶振的输出频率稳定，保证在两次校准间隔之间多个门禁控制单元的时钟能够保持一致。时钟一致是射频终端定位精准度的保证。
本发明进出系统射频控制器控制声波发生器产生载有持有人编码的声波信号，能够使得上位机辨别多个持有人的身份信息，从而记录与持有人身份信息对应的行动轨迹。
本发明进出系统门禁控制单元与上位机通过WiFi连接，免去架设线路的烦恼，门禁控制单元设置位置局限小。
本发明门禁控制模块包括DSP和CPLD，DSP能够快速处理数据，及时捕捉声波信号的边缘，并快速及时的进行处理，实时性好。
附图说明
图1为本发明实施方式变电站智能进出系统功能框图；
图2为本发明实施方式门禁控制单元功能框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，一种变电站智能进出系统，包括：中心管理系统以及门禁控制单元；
所述中心管理系统包括：上位机以及显示器；所述上位机用于存储门禁名单，所述上位机还用于根据所述门禁控制单元的请求向所述门禁控制单元发送开闭门信号；所述显示器用于显示来自所述门禁控制单元的请求；
所述门禁控制单元包括：门禁控制模块、射频识别装置、驱动模块、通信模块以及门禁开关；所述门禁控制模块用于根据来自所述射频识别装置的信号向所述上位机发送开门请求，所述门禁控制模块还用于根据来自所述上位机的开闭门信号通过所述驱动模块控制门禁开关的开闭；所述驱动模块与所述门禁开关电连接；
所述射频识别装置、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述门禁控制模块电连接；所述上位机与所述门禁控制模块通信连接。
进一步地，还包括：射频终端，所述射频终端存储有持有人编码，所述射频终端用于将所述持有人编码发送到所述门禁控制单元，所述上位机设有与所述持有人编码相对应的注册信息。
进一步地，所述射频终端包括：射频卡以及射频控制器；所述射频控制器用于发送存储于所述射频卡的持有人编码到所述射频识别模块，所述射频卡与所述射频控制器通信连接。
更为具体地，本发明系统包括中心管理系统和门禁控制单元，中心管理系统为进出管理系统的中枢，相当于人的大脑，接受来自门禁控制单元的请求信号并向门禁控制单元发送开闭门信号。
一种具体的实施方式中，上位机为通用的工控计算机，上位机存储有门禁名单，门禁名单中主要为工作人员的身份信息，如姓名、岗位、进出权限、员工编号等等，上位机设有配套应用，在接收到来自门禁控制单元的请求后，上位机配套应用会向其内部查阅门禁名单，如符合预定条件，则向门禁控制单元发送开门信号，如果不符合预定条件，则向门禁控制单元发送禁止进入信号。上位机对来自门禁控制单元的请求和命令进行记录，同时在显示器予以显示。
门禁控制单元设有门禁控制模块和射频识别装置，射频识别装置用于识别外部刷入的射频卡片或射频终端。一种常见的射频识别装置为RFID读卡器，与之配套的为射频卡，RFID读卡器发出电磁波读出位于射频卡内部的数据，本实施方式中射频卡内部的数据为持有人编码，持有人编码唯一，通过持有人编码可以分辨出持有人的身份。
门禁控制单元的门禁控制模块将射频识别装置读出的持有人编码发送到上位机，上位机针对持有人编码查阅黑名单，然后返回门禁命令，当持有人编码符合预定条件时，返回开门命令，门禁控制单元的控制模块控制驱动模块驱动门禁开关，打开进出门，工作人员得以进入。
通常一个上位机对应多个门禁控制单元，门禁控制单元与上位机构成星型网络，多个门禁控制单元设置在变电站多个进出口位置，可以在上位机针对不同的工作人员设置不同的权限。
作为进一步地改进，射频终端是一种距离较远的射频交互装置，如我们所知射频卡为近场通信方式，射频卡与RFID读卡器的通信距离较短，通常不超过30厘米。
而射频终端则作为延伸射频通信距离的一种方式，其可以视作发射和接收功率较大的收发机，该射频终端将射频卡的持有人编码信息读入，当需要远程通信时，射频终端向门禁控制单元发送持有人编码信息，工作人员无需靠近，即可进出变电站。
本发明系统包括：中心管理系统以及门禁控制单元；中心管理系统设有上位机，接收来自门禁控制单元的请求，并针对请求下发开闭门命令。门禁控制单元设有射频识别模块，用于识别来自外部的持有人编码信息，门禁控制单元将编码信息转发到中心管理系统，根据来自中心管理系统的命令开闭门。本发明通过射频识别装置识别持有人身份，其进出方式简单，本发明可以通过中心管理系统调整进出人员的身份，使用方便。
本发明还设有与门禁控制单元配套的射频终端，射频终端适合较远距离的通信，适合工作人员在乘坐车辆时快速进出变电站，无需下车验证，通行效率高。
进一步地，所述射频终端包括：声波发生器，所述门禁控制单元包括：声波接收器，所述声波接收器至少为四个，所述声波接收器设置在变电站最外围；
所述声波接收器用于接收来自所述声波发生器产生的声波信号，所述上位机用于根据声波接收器的声波信号接收沿时钟差对所述射频终端进行定位；
所述声波发生器与所述射频控制器电连接，所述声波接收器与所述门禁控制模块电连接。
进一步地，所述声波发生器的为超声波发生器。
更为具体地，进入变电站的工作人员其行动轨迹为关键的管控依据，工作人员的行动轨迹通过射频终端发射的声波进行定位。
该声波为超声波，超声波为震动频率为20kHz以上的机械声波，人耳无法识别。当射频终端的声波发生器发出声波时，声波被声波接收器接收，声波接收器至少为四个，分别设置在变电站不同的四个位置，声波被四个声波接收器接收，因通常射频终端与四个声波接收器的距离不同，故接收的时刻也不同，根据接收的时间差，在根据声波在空气中传播的速度为340米/秒，可以推导出射频终端到四个不同的声波接收器的距离差值。
到两个声波接收器距离差值为一定值的目标物，其曲线为双曲面，而四个声波接收器形成的四个差值，可以绘制出四个双曲面，四个双曲线的共同交点，可以唯一确定目标物相对四个声波接收器的位置，而四个声波接收器的位置坐标是已知的，从而可以确定目标物的坐标。目标物位置即为射频终端的坐标。
在实际实现上，声波发生器产生的声波，被声波接收器捕捉到，当捕捉到的边沿时，记录此时的时刻，获得四个不同的时刻，门禁控制单元将获取的时刻被以数据包的形式送到上位机，上位机计算时刻差，再计算出距离差，最终对射频终端进行定位。
通过声波定位，因声波的传播速度慢，即便是门禁控制模块的分辨时间的能力在1毫秒内，其定位精度也可以达到0.5米以内，如果分辨时间的能力达到0.1毫秒，定位精度可以达到0.05米，精度较高，足以满足我们的需要。
本发明的射频终端设有声波发生器，门禁控制单元设有声波接收器，上位机通过声波接收器接收的时刻推定声波发生器与不同的声波接收器之间的距离差。
上位机通过射频终端对工作人员定位，当发现工作人员的位置在较为危险的作业区时，会通过最为靠近工作人员的门禁控制单元发出警告消息，警告工作人员防止误入巡检禁区，有效保证了人身和财产的安全。
进一步地，所述门禁控制单元至少为两个，所述中心管理系统还用于向所述门禁控制单元发送校时信号，所述门禁控制单元根据接收的所述校时信号校准时钟。
进一步地，所述门禁控制单元的时钟源为恒温晶振。
更为具体地，在门禁控制单元的设置上，通常不少于两个，声波定位原理的一个基准是多个门禁控制单元的时钟要保持高度的一致，从而可以推定出声波到多个声波接收器的时间差，进一步推定出声波发生器到多个声波接收器的距离差，最终定位到声波发生器的位置。
门禁控制单元时钟的时钟源是一个晶振，晶振的精度决定了时钟的精度，本实施方式中该晶振为恒温晶振，恒温晶振恒温晶体振荡器简称恒温晶振，英文简称为OCXO（OvenControlled Crystal Oscillator）,是利用恒温槽使晶体振荡器中石英晶体谐振器的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO是由恒温槽控制电路和振荡器电路构成的。通常人们是利用热敏电阻“电桥"构成的差动串联放大器，来实现温度控制。
即便恒温晶振有较高的时钟精度，但长期使用后还是会产生一定的漂移，本实施方式中中心管理系统会定期向门禁控制单元发送校时信号，校时信号是一个载有时间的数据包，数据包的起始位的边沿为该数据包的时间，门禁控制单元检测到边沿后，解析出数据包，按数据包和边沿时刻进行校准。因为多个门禁控制单元同时以中心管理系统为基准调整时钟，故多个门禁控制单元之间时钟有高度的一致性。
本发明进出系统，实际应用中通常有多个门禁控制单元，多个门禁控制单元通过接收来自中心管理系统的校时信号进行校准时钟，因校准时钟的时钟源相同，故多个门禁控制单元之间的时钟有高度的一致性。门禁控制单元的时钟信号的维持为晶振，本发明晶振为恒温晶振，恒温晶振的输出频率稳定，保证在两次校准间隔之间多个门禁控制单元的时钟能够保持一致。时钟一致是保证定位射频终端定位一致的保证。
进一步地，所述射频控制器还用于控制所述声波发生器产生载有所述持有人编码的声波信号，所述门禁控制模块用于根据所述声波信号解析出持有人编码信号。
射频控制器用于控制声波发生器的产生，声波发生器产生的声波是一种载有编码信息的机械波，声波产生的边沿被门禁控制模块捕捉，并以此为捕捉到声波的时刻。
射频控制器控制声波以一定时间间隔的形式发出，门禁控制器采样时间间隔，当发送的时间间隔为有声波信号时，该间隔内的数字为1，当发送的时间间隔没有声波信号时，该间隔内的数字为0。
举例而言，发送一个八位的二进制数字信号，每个位间隔时间为1毫秒，低位在先，第一毫秒时间持续发出声波，则第一位为1，第二毫秒不发出声波，则第二位为0，剩余六位持续发出声波，其余位为1，则该二进制数字信号为11111101。
射频控制器将持有人编码信号以上述方式发送出去，门禁控制模块将载有持有人编码信号的信息转发到上位机，上位机就可以辨别出持有人的信息和位置。
本发明进出系统射频控制器控制声波发生器产生载有持有人编码的声波信号，能够使得上位机辨别多个持有人的身份信息，从而记录与持有人身份信息对应的行动轨迹。
进一步地，所述通信模块为WiFi通信模块。
本发明进出系统门禁控制单元与上位机通过WiFi连接，免去架设线路的烦恼，门禁控制单元设置位置局限小。
进一步地，所述门禁控制模块包括：DSP、CPLD以及电子显示屏，所述电子显示屏用于显示所述持有人编码相对应的注册信息，所述DSP通过双口RAM和所述CPLD进行连接，所述CPLD与电子显示屏连接，所述射频识别装置、所述声波接收器、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述的DSP电连接。
本发明门禁控制模块包括DSP和CPLD，DSP能够快速处理数据，及时捕捉声波信号的边缘，并快速及时的进行处理，实时性好。
以上实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站智能进出系统，其特征在于，包括：中心管理系统以及门禁控制单元；
所述中心管理系统包括：上位机以及显示器；所述上位机用于存储门禁名单，所述上位机还用于根据所述门禁控制单元的请求向所述门禁控制单元发送开闭门信号；所述显示器用于显示来自所述门禁控制单元的请求；
所述门禁控制单元包括：门禁控制模块、射频识别装置、驱动模块、通信模块以及门禁开关；所述门禁控制模块用于根据来自所述射频识别装置的信号向所述上位机发送开门请求，所述门禁控制模块还用于根据来自所述上位机的开闭门信号通过所述驱动模块控制门禁开关的开闭；所述驱动模块与所述门禁开关电连接；
所述射频识别装置、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述门禁控制模块电连接；所述上位机与所述门禁控制模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，还包括：射频终端，所述射频终端存储有持有人编码，所述射频终端用于将所述持有人编码发送到所述门禁控制单元，所述上位机设有与所述持有人编码相对应的注册信息。
3.根据权利要求2所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述射频终端包括：射频卡以及射频控制器；所述射频控制器用于发送存储于所述射频卡的持有人编码到所述射频识别模块，所述射频卡与所述射频控制器通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述射频终端包括：声波发生器，所述门禁控制单元包括：声波接收器，所述声波接收器至少为四个，所述声波接收器设置在变电站最外围；
所述声波接收器用于接收来自所述声波发生器产生的声波信号，所述上位机用于根据声波接收器的声波信号接收沿时钟差对所述射频终端进行定位；
所述声波发生器与所述射频控制器电连接，所述声波接收器与所述门禁控制模块电连接。
5.根据权利要求4所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述声波发生器的为超声波发生器。
6.根据权利要求5所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述门禁控制单元至少为两个，所述中心管理系统还用于向所述门禁控制单元发送校时信号，所述门禁控制单元根据接收的所述校时信号校准时钟。
7.根据权利要求6所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述门禁控制单元的时钟源为恒温晶振。
8.根据权利要求7所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述射频控制器还用于控制所述声波发生器产生载有所述持有人编码的声波信号，所述门禁控制模块用于根据所述声波信号解析出持有人编码信号。
9.根据权利要求8所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述通信模块为WiFi通信模块。
10.根据权利要求9所述的一种变电站智能进出系统，其特征在于，所述门禁控制模块包括：DSP、CPLD以及电子显示屏，所述电子显示屏用于显示所述持有人编码相对应的注册信息，所述DSP通过双口RAM和所述CPLD进行连接，所述CPLD与电子显示屏连接，所述射频识别装置、所述声波接收器、所述驱动模块以及所述通信模块分别与所述的DSP电连接。
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