智能安全工具柜实时监控系统的设计与实现

智能安全工具柜实时监控系统的设计与实现

潘德信

（身份证号码：44040219860716XXXX）

摘要：在国内电力行业，安全工具柜的使用越来越广泛，工具柜内需要放置的工具种类及数量也不断增多，安全工具柜是一个能够为绝缘工具提供适宜存放环境的装置，其内部能够保证干燥，符合国家对绝缘工具存放的要求针对目前供电企业电力工具管理系统存在的问题，提出了一种基于ZigBee无线网络的工具柜实时监测系统设计方案。

关键词：智能安全工具柜；电力；监控系统

智能安全工具柜是以温湿度控制系统为核心，对安全工器具（包括带电作业工器具、绝缘工器具等）提供存放和安全保障的专用存放装置及柜体，能有效隔离工作环境中的尘埃、酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体，使安全工器具达到国家相关存放及维护标准，能有效保证安全工器具的绝缘水平及延长其使用寿命。目前常用的安全工具柜大多为人工管理模式．它统计各种电力工具的管理时，其操作

量非常大。这样一来就很容易出现某些细节上的失误，此外，我国质检总局早已经提出了严格的规定，要求储存带电作业相关工具或绝缘操作相关工具时，一定要保证工具存放环境的干燥和绝缘。但传统的安全工具柜内部没有专业的保温防

潮设备．无法完整地记录各种工具的信息数据，从而不利于电力工具的保。本文介绍了智能安全工具柜的总体构架、各模块基本设计和基本操作流程。本系统采用了ZigBee技术、虚拟仪器技术、和GSM技术等，具有低功耗、低成本、已扩展等优点，有较强的应用前景。

1智能电力安全柜概述

1.1应用范围

智能安全工具柜可适应不同绝缘工具及用品存放环境的要求，主要用于要求分类存放的场所，尤其适合使用频繁、重复使用时间间隔短的绝缘工器具存放，为带电作业提供安全保障。

1.2组成

智能安全工具柜由柜体、专用存放装置（操作杆、验电器专用存放装置、绝缘手套、绝缘靴专用存放装置、绝缘绳、接地线专用存放装置、一般绝缘器具存放架等）、智能控制器、传感器、除湿机、加热装置、空气均衡装置（循环风机）、显示装置、报警装置、通信装置等组成。

2ZigBee智能安全工具柜技术概述

安全工具柜的主要作用就在于创造一个完全绝缘、绝湿的环境．为电力工具提供储存服务，该装置能够保持内部的巨温和干燥．符合国家对电力工具的存放要求。其按照不同的需求可以选择不同的内部结构拼装方式。根据绝缘物品的尺寸，选择不同规格的产品可以满足存放的需求。ZigBee技术的主要特点在于近距离、低成本以及低功耗，是一种能够实现双向通信的信息技术．在近距离通信中应用较为广泛。此次研究的智能安全工具柜就是运用了ZigBee技术．基于此技术实现安全监测的，它可以准确监测柜内的整体湿度．并将监测数据实时传送出来，另外还能够记录柜内所有工具的变动情况．任何人借出都要登记．同时能够及时提醒管理人员是否存在临近维护周期而为归还的设备。

3系统总体设计构架

本系统主要由单片机控制模块、数字信号采集模块、ZigBee无线通信模

块、GSM通信模块、上位机远程控制模块、密码验证及显示模块组成。每个安全工具有对应的编号，在柜内设置温湿度信号采集点同时对内部放置的电气操作工具进行信息录入，保存到控制中心。当使用者需要使用柜内的工具时，首先需要通过安全柜上的按键进行账号和密码验证，当验证通过后安全门打开，同时使用者需要通过按键选择要使用的工具和使用时间，这些数据都将通过无线传输模

块传输到上位机中，在上位机系统上利用LabVIEW软件设计控制显示界面，主

要实现对温度湿度的实时值显示、报警值设置、报警情况显示及工具信息管理等功能，并在上位机上实现对下位机的实时监控功能。当使用者的使用工具期限即将到达时，上位机可通过GSM模块向使用者发送提示短信；当工具维护周期即将到达时，上位机向管理者发出提醒信息。工具柜对温湿度环境要求严格，系统可以设定监测温湿度阈值，通过控制器自动调节湿度，实现对温湿度的超高报警。系统总体设计构架如图1所示。

图1系统总体设计构

4下位机系统设计

智能安全控制柜实时监控系统分成上下微机监控系统，下位机主要为本地硬件控制系统，包括数据采集模块、4*4按键模块、LCD12864显示模块、ZigBee无线通信模块、单片机控制模块、执行器和电源模块。如图1所示。数据采集模块，根据环境设置系统参数，湿度测量范围20-90%RH，精度±5%RH；温度测量范围0-50℃，测温精度±2%，故选择了DHT11模块，该传感器是单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷，更解决了单片机串口紧张问题，并且它有超小的体积和极低的功耗。4*4矩阵按键模块具有对下位机柜内温湿度设置阈值，对用户进行密码验证和工具数量的统计功能，设置了0-9数字键、确认键、选择键以及开关键；LCD12864显示模块对按键设置内容进行显示，为下位机与用户的人机友好交互界面，使用电源电压为+3.3V。智能降温模块为执行机构，由继电器和风扇组成，根据控制系统的指令启动风扇进行温湿度的调节。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协定，底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层。通过对数据传输方式的比较，发现ZigBee有低耗、快速、可靠、安全的优点，更能有力的节约资源，减少开支。ZigBee无线通信模块负责对下位机的采集数据进行实时上报控制中心，由中心发出的指令传给下位执行机构。单片机控制模块，主要负责处理相应的指令来完成系统的基本功能，其编写语言是C语言，整个下位机的系统流程图设计，启动系统功能，进入界面，其对数据进行采集传送。

5上位机系统设计

上位机系统包括控制界面和GSM短信提醒模块组成。控制界面采用美国国家仪器(NI)公司开发的LabVIEW软件实现，该软件采用图形化的G语言编写程序，简

洁易懂。监测系统主界面前面板包括主界面、数据信息、工具信息和用户信息。在主界面中显示工具柜内的实时温湿度值、阈值设置、历史记录波形图、工具库存数量以及报警状态；在数据信息中具体记录安全工具柜的实时温湿度和工具信息，便于查询记录；工具信息中记录工具名称、外借和维护周期等详细情况。

在用户信息中记录工具使用情况，当用户使用工具即将到期时，由控制系统对GSM模块发出指令，通知用户及时归还工具。程序中的数据库设计采用Access数据库完成，Access是一种关系数据库，关系式数据库由系列表组成，表又由行列组成，每行代表一个记录，每列代表一个字段。该数据库以文件形式保存，该系统中建立了多个“data”表，将数据实时存储起来，便于查看。主界面背面板，主要采取数值比较型对柜内温湿度上下限范围进行规定，实现了系统计时控制。

6结语

ZigBee无线传输技术以及虚拟仪器技术是实现安全工具柜智能化的关键技术．它们能实现对安全工具柜内的情况和数据进行实时监控和调整．主要解决了当前安全柜环境监测手段不足以及信息共享困难的问题，实现了对安全柜的远程监测控制。同时，ZigBee还具有功耗低、成本低和易操作及扩展性好等优点。

参考文献：

[1]史志勇,吴石书.电力安全工器具柜智能监控系统[J].中国科技信息,2015（3）.

[2]黄勇.智能安全工具柜实时监控系统的设计与实现分析[J].通讯世界,2016（19）.