朱明增（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴港供電局，廣西 貴港 537100）

變電站現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究

朱明增
（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴港供電局，廣西 貴港 537100）

結(jié)合變電站作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)客觀環(huán)境分析，本裝置系統(tǒng)采用中央處理單元（stm32f103），攝像頭監(jiān)控裝置（ov7670），熱釋電紅外傳感模塊（HC-SR501），GSM模塊（SIM900A），語(yǔ)音報(bào)警模塊（YS07）等硬件，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)自主研發(fā)，程序采用腐蝕算法和階層迭代進(jìn)行，并結(jié)合基于動(dòng)態(tài)路由機(jī)制視覺(jué)測(cè)量定位及校正核心思想對(duì)快速進(jìn)行特征提取，從而判斷現(xiàn)場(chǎng)工作人員是否佩戴安全帽。裝置安裝在變電站一次設(shè)備入口處，利用熱釋電紅外傳感模塊監(jiān)測(cè)有無(wú)作業(yè)人員進(jìn)入，結(jié)合攝像頭監(jiān)控裝置采集圖像分析，確認(rèn)作業(yè)人員是否已佩戴安全帽，若正確佩戴安全帽，則允許進(jìn)入，沒(méi)有佩戴安全帽則關(guān)閉門(mén)禁不允許進(jìn)入，并啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警，啟動(dòng)GSM模塊錄音電話通知當(dāng)值運(yùn)行人員，也消除安全隱患，保證作業(yè)人員安全，提高安全生產(chǎn)管理。

變電站；安全帽；智能監(jiān)控；攝像頭

目前，國(guó)內(nèi)變電站大多數(shù)采用無(wú)人值守，巡維管理模式，變電站一旦發(fā)生事故，絕大多數(shù)情況都危及工作人員健康乃至生命，主變泄露、開(kāi)關(guān)爆炸、電抗器起火等，這些事故都會(huì)不定向產(chǎn)生沖擊力很大的墜落物，佩戴安全帽能對(duì)人體頭部受墜落物及其他特定因素引起的傷害起防護(hù)作用，在變電站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都必須佩戴安全帽，佩戴安全帽可保護(hù)自身安全。變電站管理明確規(guī)定，任何人進(jìn)入變電站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都必須佩戴安全帽，然而，時(shí)常有不少臨時(shí)工、民工等外單位人員進(jìn)入變電站現(xiàn)場(chǎng)時(shí)未佩戴安全帽，安全意識(shí)薄弱，運(yùn)行值班人員無(wú)法全程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，存在很大的安全隱患。因此，為提高變電站安全生產(chǎn)管理，研發(fā)一套變電站現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入變電站人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1 系統(tǒng)功能及總體機(jī)構(gòu)

（1）系統(tǒng)框架說(shuō)明

圖1 系統(tǒng)框架圖

圖2 系統(tǒng)功能圖

將本裝置安裝在變電站一次設(shè)備入口處，利用熱釋電紅外傳感模塊監(jiān)測(cè)有無(wú)作業(yè)人員進(jìn)入，結(jié)合攝像頭監(jiān)控裝置采集圖像分析，確認(rèn)作業(yè)人員是否已佩戴安全帽，若正確佩戴安全帽，則允許進(jìn)入，沒(méi)有佩戴安全帽則關(guān)閉門(mén)禁不允許進(jìn)入，并啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警，啟動(dòng)GSM模塊錄音電話通知當(dāng)值運(yùn)行人員，如圖1系統(tǒng)框架圖所示。

（2）系統(tǒng)功能說(shuō)明

中央處理單元stm32f103通過(guò)并口轉(zhuǎn)FIFO緩存讀取OV7670攝像頭數(shù)據(jù)（320×240），通過(guò)算法處理結(jié)合熱釋電傳感器外部中斷觸發(fā)，識(shí)別出有沒(méi)有佩戴安全帽，控制門(mén)禁設(shè)備，并IO口直接發(fā)出脈沖信號(hào)控制語(yǔ)音報(bào)警模塊播報(bào)語(yǔ)音，通過(guò)RS232和GSM通信，發(fā)送撥打電話命令，如圖2所示的系統(tǒng)功能圖。

2 硬件設(shè)計(jì)

（1）電源設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源有三個(gè)電壓

等級(jí)，12V/5V/3.3V，因此

電源輸入采用12V輸入，一級(jí)電源選用LM2596-5V大功率的電源模塊，確保滿足系統(tǒng)需求，二級(jí)電源采用AMS1117-3.3線性穩(wěn)壓，確保處理器電源紋波盡量小，提高抗干擾能力。

（2）圖像采集設(shè)計(jì)

OV7670攝像頭是一款數(shù)字?jǐn)z像頭，數(shù)字?jǐn)z像頭有較高的抗干擾性，但缺點(diǎn)是提升對(duì)處理器運(yùn)行性能要求，為此，配合OV7670 FIFO緩存高速提取模式，采用PB0-PB7低八位并口設(shè)計(jì)，控制端選用PA與PC部分IO口，降低走線數(shù)據(jù)信號(hào)與控制信號(hào)之間的干擾，如圖3所示攝像頭模塊設(shè)計(jì)：

圖3 攝像頭模塊設(shè)計(jì)

圖4 液晶顯示模塊

（3）液晶顯示數(shù)據(jù)端口復(fù)用設(shè)計(jì)

本裝置設(shè)計(jì)攝像頭采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)在液晶屏顯示，為提高圖像顯示速度，緩解處理器負(fù)荷，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)端口復(fù)用，即液晶屏數(shù)據(jù)端口也使用PB0-PB7低八位并口，降低硬件復(fù)雜度，自然在軟件編寫(xiě)層面就略些復(fù)雜，如圖4所示的液晶顯示模塊設(shè)計(jì)。

3 軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)軟件流程

本軟件開(kāi)始系統(tǒng)初始化（IO配置初始化、串口初始化、始終初始化、液晶屏初始化、中斷初始化等），初始化成功后裝置自檢（自檢OV7670正常、自檢熱釋電傳感器正常、自檢液晶顯示正常等），自檢通過(guò)進(jìn)入熱釋電掃描，當(dāng)有人通過(guò)時(shí)，觸發(fā)外部中斷，打開(kāi)攝像頭掃描，采集圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，識(shí)別成功就特征提取，分析有無(wú)佩戴安全帽以及佩戴安全帽的顏色匹配，若未佩戴安全帽就觸發(fā)撥打電話通知值班員，并控制門(mén)禁，若識(shí)別出已佩戴安全帽，則打開(kāi)門(mén)禁允許進(jìn)入，如圖5所示的系統(tǒng)軟件流程圖。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

圖6腐蝕算法流程

（2）腐蝕算法研究設(shè)計(jì)

原理分析：用3×3的結(jié)構(gòu)元素，掃描圖像每一個(gè)像素，用結(jié)構(gòu)元素與其覆蓋的二值圖像做“與”操作：若都為1，結(jié)果圖像的該像素為1，否則為0。

結(jié)果：使二值圖像減小一圈，縮小目標(biāo)選定的范圍。

定義：E = B∩S = { x，y | Sxy∩B}。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)GUI_ReadBit（）函數(shù)讀取原始圖像數(shù)據(jù)，再進(jìn)行RGBtoHSL（）轉(zhuǎn)換成HSL（便于圖像處理），用ColorMatch（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)顏色匹配，匹配后搜索腐蝕中心，直至選定目標(biāo)，如圖6所示的腐蝕算法流程。

結(jié)語(yǔ)

文章根據(jù)變電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在不佩戴安全帽的安全隱患展開(kāi)深入研究，結(jié)合嵌入式技術(shù)、圖像處理算法研發(fā)出《變電站現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究》，有效解決問(wèn)題，對(duì)未佩戴安全帽人員實(shí)施管控化，消除安全隱患，保證作業(yè)人員安全，提高安全生產(chǎn)管理。

[1]馬振良.變電運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]張洋.原子教你STM32[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2013.

[3]桑卡.圖像處理、分析與機(jī)器視覺(jué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

TM63

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變電站現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究（QCGGG242014）。