一种变电站钥匙智能管理箱

材料封装而成，符合IEC/ISO 14443 A 空气接口协议。

具体的，在本实施例中所述触摸液晶显示屏103采用DC10600B070_05TF_RTC型7寸基本型串口屏（触摸外置、1024*600TFT）。规格如下：16位真彩色RGB显示（64K色）;内置标准8*16、12*24、16*32、32*64 ASCII字库，16*16、24*24GBK和32*32、64*64 GB2312等字库，用户可自定义任意Windows字库;支持BMP，JPEG，WMF，PNG和GIF等图片格式下载;支持任意位置文本、图片、GIF动画和常用GUI显示;拥有多种组态控件：按钮控件、文本控件、下拉控件、进度条控件、仪表控件、曲线控件、滑块控件、选择控件、图标控件、动画控件、时钟控件和二维码控件等;系统内置虚拟键盘，支持中英文输入法，可自定义系统键盘;支持左右、上下滑动切换屏幕;支持对内指令操作，无需用户MCU参与，实现按钮互斥、文本配合显示等;支持自定义按钮输出指令;波特率设置范围1 200～2 Mbps;255级背光调节和自动屏保模式;支持SD卡现场升级和脱机量产功能。所述读卡器105采用YL0202型非接触式读卡模块，支持Mifare1、S50、S70等系列的RFID读写，符合ISO1443A标准协议。

具体的，在本实施例中所述管理处理器（管理CPU）和接口处理器（接口CPU）采用STC公司的IAP15W4K61S4-28I-LQFP64L2，该CPU有5个定时器、4個UART口、1个SPI接口、2路PCA/PWM/CCP（可用作DAC）、8通道10位精度的A/D、有6通道增强型带死区控制PWM波形发生器、62个标准I/O口、内置61k字节的程序存储器和4k字节的数据存储器。所述存储芯片采用了两片RAMTRON公司的FM25V02。FM25V02用先进的铁电技术制造的256k位的非易失性的记忆体铁电随机存储器，FRAM是一种具有非易失性并且可以像RAM一样快速读写，数据可以保存10年，且比EEPROM或其他非易失性存储器可靠性更高、系统更简单。不像EEPROM，FM25V02以总线速度进行写操作无延时，数据送到FM25V02直接写到具体的单元地址，下一个操作可以立即执行，FM25V02可以承受超过100亿次的读写操作。所述时钟芯片采用EPSON公司的RX-8025T-UB，该芯片是内置高精度调整的32.768 kHz水晶振子的I2C总线接口方式的实时计时器，除了具有6种发生中断功能、2个系统的闹钟功能、对内部数据进行有效无效判定的振动停止检测功能、电源电压监视功能等外还配有时钟精度调整功能，可以对时钟进行任意精度调整。内部振荡回路是以固定电压驱动，因而可获得受电压变动影响小且稳定的32.768 kHz时钟输出。时计（时、分、秒）、日历（年、月、日、星期）的计数功能（BCD代码）;自动判别至2099年的闰年。所述看门狗复位芯片采用MAXIM公司的MAX813L。看门狗电路MAX813L监控CPU的工作，如果CPU工作不正常，看门狗电路在规定时是内得不到刷新复位，就输出信号强制CPU复位重新启动工作，保证设备正常工作。MAX813L主要有以下几个功能：（1）上电、掉电以及降压情况下具有RESET输出;（2）独立的“看门狗”电路。“看门狗”定时时间为1.6 s;（3）1.25 V门限检测器，用于低压报警;（4）具有手工复位输入端。所述LAN接口单元采用全新的M0内核，系内核资源更丰富，能够增加更多的功能。DHCP功能，能够自动获取 IP ;DNS功能，域名解析;WEBSET功能，通过网页设置参数;通过网络升级固件，改变K1繁杂的升级固件模式;10/100 M自适应以太网接口，支持AUTO-MDIX网线交叉直连自动切换;工作模式可选择TCP Server，TCP Client，UDP，UDP Server;参数可通过串口或网络进行设置;支持虚拟串口工作模式，配套有人自主开发的USR-VCOM软件;独特的心跳包机制，保证连接真实可靠，杜绝死连接 ;UDP方式下禁止了包广播，比同类产品抗干扰能力强;可以跨越网关、交换机、路由器运行。所述RS232接口芯片采用美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片MAX3232，采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0～5.5 V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需4个0.1 uF的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120 kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。所述扩展接口电路采用了TI公司的SN65LBC184D。SN65LBC184D是一款半双工的RS485接口芯片，集成的瞬变电压抵制，对超出总线终端的ESD保护;每次IEC 61000-4-5时峰值为400 W典型的电路损害保护;受控制的驱动器输出电压转变率允许更长的电缆短截线长度;在电噪声环境中的数据传输速率为250 kbps 开路失效保护接收器设计;1/4单位负载允许128个器件连接到总线;热关闭保护;上电/掉电短时脉冲波形干扰保护;每个收发器符合或超过TIA/EIA-485（RS-485）要求;低禁止工作电流最大300 µA。所述电锁控制电路由ULN2003和继电器实现控制。所述箱门状态监测电路由门磁开关和光电隔离器P817组成。ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由7个硅NPN 复合晶体管组成。需要说明的是，所述电锁控制电路、箱门状态监测电路具体实现方式有多种，在此不再赘述。所述语音电路采用了深圳市百为电子科技有限公司的BY8301-16P模块，其是一款小巧的新型高品质32 M bit FLASH MP3模块，采用BY8301-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3，WAV格式双解码。模块内置SPI-FLASH 作为存储介质，配有Microc USB接口，无需上位机软件，可以通过UART口直接控制。

具体的，在本实施例中钥匙管理仓107中的处理器1071采用了STC公司的IAP15W4K61S4-28I-LQFP64L2，该CPU有5个定时器、4个UART口、1个SPI接口、2路PCA/PWM/CCP（可用作DAC）、8通道10位精度的A/D、有6通道增强型带死区控制PWM波形发生器、62个标准I/O口、内置61k字节的程序存储器和4k字节的数据存储器。钥匙扣电控锁5采用LY-02型微型直流电磁铁贯穿式牵引小电磁锁。钥匙扣电控锁5控制电路采用TI公司的ULN2803。钥匙扣在位检测电路6、钥匙扣身份ID检测电路7通过飞利浦公司的PCF8574型CMOS电路检测对应编号的插口上是否能检测到与该插口编号相对应的钥匙扣106内置电子识别码芯片的序列号，若能，则判定该编号的插口上的钥匙在位，否则判定为钥匙不在位。

在本实施例中钥匙管理仓107的工作原理如下：处理器1071接收到主控板108使用某把钥匙命令后，点亮该钥匙位的允许解锁指示灯1同时设定该钥匙允许解锁延时为5分钟（不局限于此，时间可灵活调整），在允许解锁延时内，按下解锁按键2，钥匙扣电控锁5通过驱动得电，锁舌缩回，待操作人员拔走钥匙扣106后，处理器1071通过钥匙在位检测电路得知该钥匙被拔出，钥匙扣电控锁5断电，锁舌伸出，此时该钥匙允许延时清零，熄灭允许解锁指示灯1;处理器1071刷新该钥匙状态为不在位并通知主控板108，同时点亮钥匙扣状态指示灯3。如果允许解锁延时内没有按下解锁按键2，则使用钥匙命令失效。处理器1071接收到主控板108归还某把钥匙命令后，点亮该钥匙位允许解锁指示灯1，同时设定该钥匙允许解锁延时为5 min，在允许解锁延时内，按下解锁按键2，钥匙扣电控锁5通过驱动得电，锁舌缩回，待操作人员插入钥匙扣106后，处理器1071通过钥匙在位检测电路得知该钥匙被插入，通过钥匙扣身份ID检测电路7，检测插入的钥匙扣身份ID并判断该ID与保存的ID是否匹配：如果匹配，则钥匙扣电控锁5断电，锁舌伸出，此时该钥匙允许延时清零，熄灭允许解锁指示灯1;处理器1071刷新该钥匙状态为在位并通知主控板108，同时熄灭钥匙扣状态指示灯3。如果不匹配，处理器1071刷新该钥匙状态为归还错位并通知主控板108，同时让钥匙扣状态指示灯3闪烁。如果允许解锁延时（5 min）内没有按下解锁按键2，则归还钥匙命令失效。其中，无使用钥匙或归还钥匙操作时，钥匙管理仓107接收主控板108的实时状态查询。

下面对本实施例提出的变电站钥匙智能管理箱的工作原理进行扼要说明：（1）现场操作员取钥匙：现场操作员持安装有钥匙APP的移动终端直接扫描触摸液晶显示屏103上存储钥匙箱身份ID的二维码，并选择需要使用的钥匙。移动终端APP通过二维码获取到钥匙箱ID并将此钥匙箱ID、操作员个人信息、待使用的钥匙信息传到后台。台服务器向管理员APP发送实时授权申请。管理员审核后使用APP将结果反馈给服务器，服务器将结果进行处理。服务器核查管理员APP发过來的信息，复核验证通过，生成随机使用钥匙验证码发送到该钥匙箱和操作员移动终端APP。操作员在触摸液晶显示屏103上键入收到的使用钥匙验证码，主控板108控制电锁控制电路打开箱门电控锁104，电控箱门101打开，钥匙管理仓107中钥匙扣锁止控制单元1072动作，操作员按下相应的解锁按键2，钥匙扣电控锁5打开，操作人员可以取走钥匙扣106，变电站钥匙智能管理箱自动生成开门记录和钥匙使用记录，并立即上传给后台服务器，后台服务器收到后及时刷新相应数据和状态。（2）特权人现场取钥匙：刷卡：特权人持已经授权的门卡在刷卡区刷卡，读卡器105判断该卡有无授权，若有授权，则在触摸液晶显示屏103上选择需要使用的钥匙，键入本人特权密码，验证通过后，电控箱门101自动打开，按下所选择钥匙对应的解锁按键2，钥匙扣电控锁5打开，操作人员取走钥匙扣106。变电站钥匙智能管理箱自动生成开门记录和钥匙使用记录，并立即上传给后台服务器，后台服务器收到后及时刷新相应数据和状态。（3）归还钥匙：持待归还的钥匙扣106进行刷卡操作，读卡器105读取钥匙扣106上RFID标签存储的信息并判断与预存的信息是否匹配，当匹配成功且该钥匙不在位时，则控制电控箱门101打开，操作人员按下对应的解锁按键2，钥匙扣电控锁5打开，操作人员将钥匙扣106插入钥匙管理仓107，钥匙扣电控锁5关闭，钥匙扣106上锁;同时，变电站钥匙智能管理箱的主控板108生成开门记录和钥匙归还记录，并立即上传给后台服务器，后台服务器收到后及时刷新相应数据和状态。

该钥匙箱管理箱中触摸液晶显示屏103上存储钥匙箱身份ID的二维码，但不局限于此，二维码也可以替换为条形码等其他电子识别码。通过移动终端扫描触摸液晶显示屏103上存储钥匙箱身份ID的二维码实现钥匙各种管理工作。通过触摸液晶显示屏103配置，变电站钥匙智能管理箱可灵活配置为常规钥匙管理箱或应急解锁钥匙管理箱。各钥匙在位情况直接显示在触摸液晶显示屏103上，便于运维人员正常状态下站所巡视一目了然，减轻运维人员工作量并节约时间。变电站钥匙智能管理箱的箱门采用电锁控制，实时监测钥匙箱门、锁及各钥匙在位状态，支持刷卡、密码、远程权限认证，认证通过后自动打开箱门。钥匙配置带有身份识别和RFID标签的专用钥匙扣106，钥匙严格按照序号悬挂，如果钥匙悬挂到错误位置，变电站钥匙智能管理箱通过显示及语音提示使用人正确归还钥匙。钥匙管理仓107中钥匙扣锁止控制单元1072授权认证通过后解锁，可以使用或归还钥匙。持钥匙扣106进行刷卡操作可以直接归还钥匙。新的开箱门或关箱门记录生成时自动保存。钥匙使用或归还时自动保存钥匙变位记录。变电站钥匙智能管理箱重新上电时自动生成停电记录。记录支持补测查询，真正做到记录不丢失存档可查。通过RS485接口芯片可以扩展钥匙位，最多可扩展到96把钥匙管理。该钥匙管理箱支持通过LAN口、RS232、4G全网通实现通信组网。

4    结语

该钥匙管理箱结构简单，成本低，智能化程度高，实现了对钥匙使用、正确归还等信息的有效管控，弥补了传统钥匙管理上的不足，真正做到钥匙信息的实时知晓，管控到人，记录可查，责任及各类权限清晰明了，使变电站钥匙的管理使用更加便捷，安全可靠。

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