单机大容量解锁钥匙管理机系统设计

单机大容量解锁钥匙管理机系统设计

严洪君1宋志强2贺竹玉3

（1国网山东省电力公司枣庄供电公司山东枣庄2770002国网山东省电力公司德州供电公司山东德州2530003长园共创电力安全技术股份有限公司广东珠海519085）

摘要：钥匙管理机作为微机防误中不可或缺的一环，在微机防中误扮演着重要的角色，为电力的安全生产，传输等运行以及维护方面做出了重大贡献。但现阶段的钥匙管理存在单机容量少（容量为8把钥匙），或级联时施工安装不便等诸多不能满足现场要求的缺点。经过现场调研，单机大容量钥匙管理机在特定的情景下更贴切实际应用。本文将通过系统总体设计原理、工业平板部分设计以及钥匙检测板部分设计三部分阐述，对“单机大容量钥匙管理机”设计与建立方式展开全面探讨。

关键词:解锁钥匙；工业平板；钥匙管理

经过现场调研和实际需要，单机大容量钥匙管理机采用基于WIN7的带触摸功能的工业平板作为用户输入接口。这主要是考虑到工业平板具有性能稳定，坚固耐用，重量轻，体积较小，外形美观，安装维护非常简便等诸多优点，完全满足我们大容量钥匙管理机的需求。现对单机大容量钥匙管理机的设计展开阐述。

1、“单机大容量解锁钥匙管理机”系统总体设计

单机大容量解锁钥匙管理机是集光、机、电、通讯于一体的智能化管理设备，它主要由工业平板电脑、GSM短信猫、身份鉴权单元、钥匙位置检测板单元、报警单元等组成。经过授权人的授权后，操作人才可操作解锁钥匙，并能够完整记录本次任务过程中的取用钥匙，申请人、批准人、解锁原因、钥匙取出时间、归还时间等，以便管理人员进行审计和追忆。同时还能对解锁原因、解锁钥匙进行统计为管理人员提供微机防误辅助分析数据。系统拓普图如下：

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2、工业平板部分设计

作为用户体验核心以及系统逻辑业务控制的关键，工业平板设计尤其显得重要。工业平板部分设计分为硬体部件和软件两部分，现在分别叙述。

2.1硬体部件

2.1.1工业平板部件

工业平板一直以性能稳定，坚固耐用，重量轻，体积较小，外形美观，安装维护非常简便等诸多优点广泛应用于工业控制方面。根据这次项目的需求和便于以后扩展，我们选择了带有3个串口，2个以太网口，2个USB接口，1路CAN总线和4路大驱动能力IO控制口且运行WIN7系统的工业平板。平板通过串口与GSM短信猫及身份鉴权部件通信获取授权信息及身份鉴权信息，通过CAN总线与钥匙检测板单元通信从而对解锁钥匙进行管理与控制，通过IO口直接驱动报警单元。

2.1.2身份鉴权部件

鉴于用户ID卡的多样性，身份鉴权部件设计成既能读取13.56MHZ又能读取125KHZ的通用部件，通过标准的RS232信号将卡信息发送给工业平板电脑进行身份鉴权。

2.1.3GSM短信猫部件

GSM短信猫部件采取工业上广泛使用的华为MG301模块进行二次开发。在这部分设计充分考虑到电源的影响，对这部分进行了单独隔离，提高了系统的稳定性。

2.1.4报警单元部件

采用了有源蜂鸣器和双色LED灯对用户进行提示，当用户身份正确蜂鸣器进行1次短促鸣响和绿灯闪烁，用户身份不正确时蜂鸣器2次短促鸣响和红灯闪烁。

2.2工业平板PC软件设计

鉴于工业平板硬件配置不高，故采用了运行效率高的QT作为开发工具，数据存储方面以嵌入式常用的SQLITE3进行数据存储，在开发的过程中兼顾了用户的体验和系统的效率及稳定，现对其展开叙述。工业平板PC软件结构层次图如下：

2.2.1SQLITE3数据库

数据作为应用程序的输入参数及处理结果，其设计直接决定应用程序编码的复杂程度。综合实际情况，本系统的数据库由以下几部分构成：配置信息表，用户数据表，解锁原因表，钥匙信息表及操作日志表。配置信息存储该钥匙管理机的系统配置；用户数据表存储所有用户信息；解锁原因表存储目前通用的取解锁钥匙的原因；钥匙信息表存储对应钥匙的名字及RFID锁码信息；日志表存储所有操作日志信息方便管理员追忆。

2.2.2程序流程图

程序控制业务的出来流程如下图

3、钥匙检测板设计

钥匙检测板设计分硬件和嵌入式软件设计两部分，现在分别叙述。

3.1硬件设计

3.1.1通信接口

钥匙检测板通过CAN总线与工业平板PC进行通信。CAN总线是工业上广泛使用的一种高稳定，高速率的现场总线，而且CAN总线不存在主从通信模式，而是多主通信模式，这为解锁钥匙管理机的时效性提供了保证。

3.1.2钥匙检测

钥匙检测板采取非接触射频IC卡技术，对每个钥匙进行检测。这样能解决钥匙的取走、归还以及是否错位放置等问题，为解锁钥匙的管理提供了最基本的检测技术支持。

3.1.3显示接口

钥匙检测板对每个钥匙孔位设计了2个LED灯，一个红色，一个绿色，通过LED亮灯的不同情况反映钥匙归还的正确与否，以及提示用户当前应该取走与归还的钥匙。

3.2嵌入式软件设计

3.2.1钥匙检测板软件设计概述

为了便于程序的开发与后期维护，软件方面引入了RTOS，并将整个系统软件进行分层设计。

3.2.2驱动设计方面

驱动层是在基于STM32开发库的基础上进一步对各个具体的外设进行封装，并为上层提供简单接口，将设备驱动与应用完全独立。

3.2.3应用层设计

将系统功能划分为：CAN通信任务，LED显示任务，RFID采码任务，定时任务。CAN总线通信任务主要是与工业平板PC通信；LED显示任务为提示当前钥匙孔位的钥匙的状态；RFID采码任务读取钥匙RFID；定时任务主要是用于看门狗喂狗。

结束语

单机大容量解锁钥匙管理机扩展了单机解锁钥匙的容量。为统一管理站内所有解锁钥匙提供了可能，是解锁钥匙管理机家族的一个补充，对电能的安全生产有着重要的意义。

参考文献

[1]CAN总线轻松入门与实践[M].北京航空航天大学出版社,李真花,2011.

[2]微机防误装置防误功能的分析与探讨[J].陈长红.硅谷.2010(15).