具有通讯功能的防误操作电气锁论文和设计-陈昊

全文摘要

一种具有通讯功能的防误操作电气锁，包含壳体、电极、电路板和内置电源。电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外。壳体上设置有按键。电路板上设置有处理器、继电器模块、电流采样电路、通讯模块和按键模块。内置电源与处理器及上述各模块耦接以供应能量。按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发处理器从休眠状态进入工作状态。电流采样电路与处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器。继电器模块与处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令。通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据。

主设计要求

1.一种具有通讯功能的防误操作电气锁，包含壳体、电极、电路板和内置电源，其中电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外；其特征在于，所述壳体上设置有按键；所述电路板上设置有处理器、继电器模块、电流采样电路、通讯模块和按键模块；内置电源与所述处理器及上述各模块和电路耦接以供应能量；所述按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发所述处理器从休眠状态进入工作状态；所述电流采样电路与所述处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器；所述继电器模块与所述处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令；所述通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据；其中，所述通讯数据至少包括验证数据、检测所得电气设备的操作电流数值、操作电流数值异常警告以及操作指令。

设计方案

1.一种具有通讯功能的防误操作电气锁，包含壳体、电极、电路板和内置电源，其中电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外；

其特征在于，所述壳体上设置有按键；所述电路板上设置有处理器、继电器模块、电流采样电路、通讯模块和按键模块；

内置电源与所述处理器及上述各模块和电路耦接以供应能量；所述按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发所述处理器从休眠状态进入工作状态；所述电流采样电路与所述处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器；所述继电器模块与所述处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令；所述通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据；

其中，所述通讯数据至少包括验证数据、检测所得电气设备的操作电流数值、操作电流数值异常警告以及操作指令。

2.根据权利要求1所述的防误操作电气锁，其特征在于，所述通讯模块采用蓝牙传输方式双向无线传输处理器和外部设备之间的数据。

3.根据权利要求1所述的防误操作电气锁，其特征在于，所述通讯模块采用紫蜂传输方式双向无线传输处理器和外部设备之间的数据。

4.根据权利要求1-3任一所述的防误操作电气锁，其特征在于，还包括指示灯模块及与所述指示灯模块连接的指示灯组，所述指示灯模块与所述处理器连接，以接受处理器发出的亮灯指令驱动所述指示灯组的相应指示灯。

5.根据权利要求1-3任一所述的防误操作电气锁，其特征在于，所述外部设备为自制或标准的手持设备或笔记本电脑。

6.根据权利要求1-3任一所述的防误操作电气锁，其特征在于，还包括存储器，所述存储器与所述电流采样电路连接，以记录检测所得操作电流数值的历史数据。

7.根据权利要求4所述的防误操作电气锁，其特征在于，还包括存储器，所述存储器与所述电流采样电路检和所述处理器连接，以记录检测所得操作电流数值的历史数据；并当处理器比较操作电流数值的历史数据和检测所得操作电流数值而确定存在异常时，所述处理器还通过向指示灯模块发送亮灯指令以驱动所述指示灯组中的相应指示灯。

8.根据权利要求5所述的防误操作电气锁，其特征在于，还包括数据库服务器，所述数据库服务器通过云网络与外部设备耦接，使得所述防误操作电气锁通过外部设备进一步上传数据到数据库服务器。

9.根据权利要求7所述的防误操作电气锁，其特征在于，还包括数据库服务器，所述数据库服务器通过云网络与外部设备耦接，使得所述存储器依次通过通讯模块和外部设备与数据库服务器双向无线传输数据。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电力系统防误操作领域，尤其涉及一种具有通讯功能的防误操作电气锁。

背景技术

电力系统为了设备的安全操作，需要对电气设备操作回路进行控制。其中，电气锁是一种具有电气接点的常用锁具，串接于电气设备操作回路中，主要用于对断路器和电动刀闸等电气设备的电气操作回路进行开锁和闭锁。

具体地，电气锁的两个电极串接入电气设备操作回路中。电气锁自身装有编码信息，同时带有闭锁开关和状态监测器件。由于只有专用开锁设备能够读出设备的编码信息并验证其是否正确；因此在实际操作中专用开锁设备将先对编码信息进行验证。当编码信息被确认后，上述专用开锁设备才能接通电气锁的开关节点，从而允许操作人员对电气设备的开关进行分\/合操作。然后，在操作电气设备操作回路时，上述专用开锁设备检测所操作的电气设备操作回路的电流变化，并通过电流值从无到有再到无的变化规律，判断电气设备是否操作以及是否完成。当判断操作完成后，电气锁断开内部的操作回路继电器，等待用户取下专用开锁设备。

然而，目前的电气锁基本上都是在锁体正面开孔，并在其内部设置两个电极。在操作设备时，操作人员将电脑钥匙等专用开锁设备的金属杆插入到电气锁。当读码正确时，电气锁的两个电极通过闭合电脑钥匙内的继电器而接通电气设备操作回路。然后，操作人员可以通过按钮或操作手柄操作设备的分合。电气锁的上述设计一方面使其通常不能实时在线监控操作，另一方面在操作过程中其始终要保持接触可靠的状态，这使得电气设备操作回路节点外露，成为潜在的安全隐患。

实用新型内容

本申请的目的是解决现有技术的不足，提供一种具有通讯功能的防误操作电气锁以及其使用方法，能够获得不依赖电脑钥匙等专用开锁设备的电气设备操作回路开锁和闭锁操作，从而实现简化流程的效果。

为了实现上述目的，本申请采用以下的技术方案。

首先，本申请提出一种具有通讯功能的防误操作电气锁，该防误操作电气锁包括：壳体、电极、电路板和内置电源，其中电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外。所述壳体上设置有按键。所述电路板上设置有处理器、继电器模块、电流采样电路、通讯模块和按键模块。内置电源与所述处理器及上述各模块和电路耦接以供应能量。所述按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发所述处理器从休眠状态进入工作状态。所述电流采样电路与所述处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器。所述继电器模块与所述处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令。所述通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据。其中，所述通讯数据至少包括验证数据、检测所得电气设备的操作电流数值、操作电流数值异常警告以及操作指令。

进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，所述通讯模块采用蓝牙传输方式双向无线传输处理器和外部设备之间的数据。

可替代地，在本申请的上述防误操作电气锁中，所述通讯模块采用紫蜂(Zigbee)传输方式双向无线传输处理器和外部设备之间的数据。

进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，还包括指示灯模块及与所述指示灯模块连接的指示灯组，所述指示灯模块与所述处理器连接，以接受处理器发出的亮灯指令驱动所述指示灯组的相应指示灯。

再进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，还包括存储器，所述存储器与所述电流采样电路检和所述处理器连接，以记录检测所得操作电流数值的历史数据。当处理器比较操作电流数值的历史数据和检测所得操作电流数值，并确定存在异常时，所述处理器通过向指示灯模块发送亮灯指令以驱动所述指示灯组中的相应指示灯。

进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，所述外部设备为自制或标准的手持设备或笔记本电脑。

再进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，还包括数据库服务器，所述数据库服务器通过云网络与外部设备耦接，使得所述防误操作电气锁通过外部设备进一步上传数据到数据库服务器。

进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，还包括存储器，所述存储器与所述电流采样电路连接，以记录所述处理器检测所得操作电流数值的历史数据。

再进一步地，在本申请的上述防误操作电气锁中，还包括数据库服务器，所述数据库服务器通过云网络与外部设备耦接，使得所述存储器依次通过通讯模块和外部设备与数据库服务器双向无线传输数据。

其次，本申请还提出一种操作方法，其基于上述任一防误操作电气锁。该方法包括以下步骤：

S100)通过按键向所述防误操作电气锁发出按键指令，唤醒所述处理器进入工作状态以与外部设备建立数据连接；

S200)由处理器接收来自外部设备的操作指令，驱动继电器模块导通电气设备操作回路；

S300)由电流采样电路检测并记录电气设备的操作电流数值；

S400)比较检测所得的操作电流数值和历史记录数据，判断电气设备操作回路是否存在异常；

S500)当确定电气设备操作回路存在异常时，处理器驱动继电器模块断开电气设备操作回路，并通过通讯模块上送记录。

最后，本申请还提出一种具有通讯功能的防误操作电气锁，该防误操作电气锁包括：壳体、电极、电路板和内置电源，其中电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外。所述壳体上设置有按键。所述电路板上设置有处理器、继电器模块、电流采样电路、通讯模块和按键模块。内置电源与所述处理器及上述各模块和电路耦接以供应能量。所述按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发所述处理器从休眠状态进入工作状态。所述电流采样电路与所述处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器。所述继电器模块与所述处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令。所述通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据。其中，所述通讯数据至少包括验证数据、检测所得电气设备的操作电流数值、操作电流数值异常警告以及操作指令。上述防误操作电气锁还包括控制器。该控制器用于执行前述方法。

本申请的有益效果为：防误操作电气锁基于蓝牙技术或紫蜂技术进行短距离实时通讯，以及电气锁内的自主检测操作电流的设计，实现了电气设备的实时在线监控。同时，由于防误操作电气锁不依赖于专用开锁设备的配合操作，从而实现简化流程的效果。

附图说明

图1所示为本申请所公开的防误操作电气锁的模块结构图；

图2所示为本申请所公开的防误操作电气锁的应用场景示意图；

图3所示为本申请所公开的防误操作电气锁一个实施例爆炸图；

图4所示为本申请所公开的防误操作电气锁的工作方法流程图；

图5所示为本申请所公开的防误操作电气锁的一个用例泳道图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本申请中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本申请各组成部分的相互位置关系来说的。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”和“所述”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本申请。本文所使用的术语“和\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本申请中可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。

参照图1所示模块结构图及图3所示的爆炸图，本申请所公开的具有通讯功能的防误操作电气锁包含壳体、电极、电路板和内置电源。其中，电路板包含在壳体中，电极固定在所述电路板上并伸出到壳体外。壳体上设置有按键。电路板上设置有处理器、继电器模块(电子开关)、电流采样电路、通讯模块和按键模块。内置电源与所述处理器及上述各模块和电路耦接以供应能量。按键模块与按键连接，并通过按键接收按键指令，以将按键指令发送至处理器，触发所述处理器从休眠状态进入工作状态。电流采样电路与所述处理器连接，将检测所得电气设备的操作电流数值传送至处理器。继电器模块与处理器连接，以接收处理器所发出的导通\/断开电气设备操作回路的操作指令。通讯模块与处理器连接，以双向无线传输处理器和外部设备之间的通讯数据。

其中，所述通讯数据至少包括验证数据、检测所得电气设备的操作电流数值、操作电流数值异常警告以及操作指令。具体地，上述防误操作电气锁首先通过通讯模块与外部设备交换验证数据，以接通电气锁的开关节点。然后，上述防误操作电气锁将电流采样电路检测所得的操作电流数值，以及处理器通过对上述操作电流数值的变化所作出的操作电流数值异常警告，通过已有的短距离(例如室内范围)传输方式传输到外部设备上；同时，用户通过外部设备输入的诸如开锁\/闭锁电气设备操作回路的操作指令也通过通讯模块传入到防误操作电气锁的处理器。因为上述工作流程无需电脑钥匙等专用开锁设备插入到电气锁，所以一方面使得与电脑钥匙相关的工作流程可被省略(例如电脑钥匙要始终保持接触可靠的状态、暴露电气设备操作回路的开关节点等等)，另一方面上述通讯模块可以提供实时数据传输，从而实现防误操作电气锁的实时在线监控。此外，由于上述防误操作电气锁可以通过通讯模块接收外部设备的操作指令，因此相应的开关节点可以埋藏在电气设备的内部，避免了诸如短接电极等非法操作，并增加了防误操作电气锁的安全距离。

具体地，参照图2所示应用场景示意图，在本申请的上述一个或多个实施例中，上述通讯模块可以采用蓝牙协议或者紫蜂协议实现与外部设备的短距离无线通信。在该实施例中，外部设备可以为相应配置有基于蓝牙协议或者紫蜂协议进行短距离无线通信的自制或标准的手持设备，例如智能手机或平板电脑，又或者是笔记本电脑，并且与上述防误操作电气锁之间相隔1～2米的范围内。外部设备和防误操作电气锁可以基于上述蓝牙协议或者紫蜂协议，通过所述通讯模块实现通讯数据在处理器和外部设备之间的双向无线传输。

进一步地，在本申请的上述一个或多个实施例中，外部设备可以预设应用程序，以实现与防误操作电气锁之间的通讯数据双向无线传输、自动验证防误操作电气锁的验证数据、接受操作人员的指令输入或者显示操作电流数值及操作电流数值异常警告等通讯数据。再次参照图2所示的应用场景示意图，在本申请的上述一个或多个实施例中，上述应用程序可以通过云网络远程连接到数据库服务器。此时，防误操作电气锁的唯一识别编号、操作电流数值、操作电流数值异常警告或者操作日志等数据可以通过上述外部设备进一步上传到数据库服务器，以方便操作人员跟踪记录电气设备的状态，或进一步作为日常维护的依据。

参照图3所示结构示意爆炸图，在本申请的一个或多个实施例中，上述防误操作电气锁还包括指示灯模块及与所述指示灯模块连接的指示灯组，所述指示灯模块与所述处理器连接，以接受处理器发出的亮灯指令驱动所述指示灯组的相应指示灯。本领域技术人员可以根据实际的使用需要，设置具体的亮灯指令。处理器可以根据电气设备检测所得的操作电流数值，调用预设的亮灯指令指示其自身的状态(例如是否检测到电流或电流值是否异常等)。此外，本领域技术人员还应理解到，附图中的显示元件的数量和形状仅作为示例性的参考，不作为对本申请的限制。

在本申请的一个或多个实施例中，上述防误操作电气锁还包括存储器，所述存储器与所述电流采样电路连接，以记录所述处理器检测所得操作电流数值的历史数据。处理器通过比较电气设备检测所得的操作电流数值和存储器中记录的操作电流数值的历史数据，判断电气设备操作回路是否存在异常，并发出相应的操作电流数值异常警告。进一步地，处理器的上述判断可以与指示灯模块及指示灯组相结合。当处理器比较操作电流数值的历史数据和检测所得操作电流数值而确定存在异常时，通过向指示灯模块发送亮灯指令以驱动所述指示灯组中的相应指示灯。可替代地，在本申请的上述一个或多个实施例中，存储器可以依次通过通讯模块和外部设备与数据库服务器双向无线传输数据。此时，存储器内所记录的历史数据可以上存到数据库服务器。同时，操作人员可以根据电气设备的具体型号参数，使用数据库服务器中已有的历史数据初始化安装到相应电气设备上的防误操作电气锁内的存储器。

参照图4所示方法流程图，本申请的上述防误操作电气锁可以采用以下操作方法进行工作：

S100)通过按键向所述防误操作电气锁发出按键指令，唤醒所述处理器进入工作状态以与外部设备建立数据连接；

S200)由处理器接收来自外部设备的操作指令，驱动继电器模块导通电气设备操作回路；

S300)由电流采样电路检测并记录电气设备的操作电流数值；

S400)比较检测所得的操作电流数值和历史记录数据，判断电气设备操作回路是否存在异常；

S500)当确定电气设备操作回路存在异常时，处理器驱动继电器模块断开电气设备操作回路，并通过通讯模块上送记录。

具体参照图5所示的用例泳道图，本申请的上述一个或多个实施例所公开的防误操作电气锁可以直接串接电气设备操作回路方式而替代现有的电气锁。安装完毕后，上述防误操作电气锁的按键暴露在电气设备外面。操作人员通过防误操作电气锁上的按键激活该防误操作电气锁，唤醒其内部处理器从休眠状态转换为工作状态。在工作状态下，处理器通过通讯模块与诸如智能手机或平板电脑等外部设备建立例如蓝牙或紫蜂通信链接。操作人员可以通过预设在外部设备上的应用程序，向防误操作电气锁发送解锁电气设备操作回路的操作指令。处理器在接收该操作指令后，在解锁电气设备操作回路的同时，电流采样电路将开始检测漏电流和操作电流。通过电流采样电路对操作回路电流值的测量，处理器可以实时判断电气设备的操作状态，并通过通讯模块与外部设备之间的实时通信而上送上述通讯数据。例如，处理器可以通过比较检测所得的操作电流数值(例如记录电流值和电流时间)和历史记录数据，判断电气设备操作回路是否存在异常的趋势，并发送相应的操作电流数值异常警告。当操作完成后，操作人员通过外部设备向防误操作电气锁发出闭锁电气设备操作回路的操作指令。处理器在接收到上述指令后，将先上报该操作记录，然后驱动继电器模块闭锁电气设备操作回路，最后再进入休眠状态。

为自动实现上述方法步骤，上述任一具有通讯功能的防误操作电气锁还可以与控制器相耦接，使得控制器能够执行操控上述防误操作电气锁，直至完成相关的工作流程。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

设计图

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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