变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统研究

朱明增（广西电网有限责任公司贵港供电局，广西 贵港 537100）

变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统研究

朱明增
（广西电网有限责任公司贵港供电局，广西 贵港 537100）

结合变电站作业现场客观环境分析，本装置系统采用中央处理单元（stm32f103），摄像头监控装置（ov7670），热释电红外传感模块（HC-SR501），GSM模块（SIM900A），语音报警模块（YS07）等硬件，进行电路设计，PCB设计自主研发，程序采用腐蚀算法和阶层迭代进行，并结合基于动态路由机制视觉测量定位及校正核心思想对快速进行特征提取，从而判断现场工作人员是否佩戴安全帽。装置安装在变电站一次设备入口处，利用热释电红外传感模块监测有无作业人员进入，结合摄像头监控装置采集图像分析，确认作业人员是否已佩戴安全帽，若正确佩戴安全帽，则允许进入，没有佩戴安全帽则关闭门禁不允许进入，并启动语音报警模块语音报警，启动GSM模块录音电话通知当值运行人员，也消除安全隐患，保证作业人员安全，提高安全生产管理。

变电站；安全帽；智能监控；摄像头

目前，国内变电站大多数采用无人值守，巡维管理模式，变电站一旦发生事故，绝大多数情况都危及工作人员健康乃至生命，主变泄露、开关爆炸、电抗器起火等，这些事故都会不定向产生冲击力很大的坠落物，佩戴安全帽能对人体头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用，在变电站生产现场都必须佩戴安全帽，佩戴安全帽可保护自身安全。变电站管理明确规定，任何人进入变电站生产现场都必须佩戴安全帽，然而，时常有不少临时工、民工等外单位人员进入变电站现场时未佩戴安全帽，安全意识薄弱，运行值班人员无法全程现场监督，存在很大的安全隐患。因此，为提高变电站安全生产管理，研发一套变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统，实现对进入变电站人员实时监控，降低作业风险。

1 系统功能及总体机构

（1）系统框架说明

图1 系统框架图

图2 系统功能图

将本装置安装在变电站一次设备入口处，利用热释电红外传感模块监测有无作业人员进入，结合摄像头监控装置采集图像分析，确认作业人员是否已佩戴安全帽，若正确佩戴安全帽，则允许进入，没有佩戴安全帽则关闭门禁不允许进入，并启动语音报警模块语音报警，启动GSM模块录音电话通知当值运行人员，如图1系统框架图所示。

（2）系统功能说明

中央处理单元stm32f103通过并口转FIFO缓存读取OV7670摄像头数据（320×240），通过算法处理结合热释电传感器外部中断触发，识别出有没有佩戴安全帽，控制门禁设备，并IO口直接发出脉冲信号控制语音报警模块播报语音，通过RS232和GSM通信，发送拨打电话命令，如图2所示的系统功能图。

2 硬件设计

（1）电源设计

系统电源有三个电压

等级，12V/5V/3.3V，因此

电源输入采用12V输入，一级电源选用LM2596-5V大功率的电源模块，确保满足系统需求，二级电源采用AMS1117-3.3线性稳压，确保处理器电源纹波尽量小，提高抗干扰能力。

（2）图像采集设计

OV7670摄像头是一款数字摄像头，数字摄像头有较高的抗干扰性，但缺点是提升对处理器运行性能要求，为此，配合OV7670 FIFO缓存高速提取模式，采用PB0-PB7低八位并口设计，控制端选用PA与PC部分IO口，降低走线数据信号与控制信号之间的干扰，如图3所示摄像头模块设计：

图3 摄像头模块设计

图4 液晶显示模块

（3）液晶显示数据端口复用设计

本装置设计摄像头采集数据并实时在液晶屏显示，为提高图像显示速度，缓解处理器负荷，设计数据端口复用，即液晶屏数据端口也使用PB0-PB7低八位并口，降低硬件复杂度，自然在软件编写层面就略些复杂，如图4所示的液晶显示模块设计。

3 软件设计

（1）系统软件流程

本软件开始系统初始化（IO配置初始化、串口初始化、始终初始化、液晶屏初始化、中断初始化等），初始化成功后装置自检（自检OV7670正常、自检热释电传感器正常、自检液晶显示正常等），自检通过进入热释电扫描，当有人通过时，触发外部中断，打开摄像头扫描，采集图像数据进行图像处理，识别成功就特征提取，分析有无佩戴安全帽以及佩戴安全帽的颜色匹配，若未佩戴安全帽就触发拨打电话通知值班员，并控制门禁，若识别出已佩戴安全帽，则打开门禁允许进入，如图5所示的系统软件流程图。

图5 系统软件流程图

图6腐蚀算法流程

（2）腐蚀算法研究设计

原理分析：用3×3的结构元素，扫描图像每一个像素，用结构元素与其覆盖的二值图像做“与”操作：若都为1，结果图像的该像素为1，否则为0。

结果：使二值图像减小一圈，缩小目标选定的范围。

定义：E = B∩S = { x，y | Sxy∩B}。

本系统设计中通过GUI_ReadBit（）函数读取原始图像数据，再进行RGBtoHSL（）转换成HSL（便于图像处理），用ColorMatch（）函数实现颜色匹配，匹配后搜索腐蚀中心，直至选定目标，如图6所示的腐蚀算法流程。

结语

文章根据变电作业现场存在不佩戴安全帽的安全隐患展开深入研究，结合嵌入式技术、图像处理算法研发出《变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统研究》，有效解决问题，对未佩戴安全帽人员实施管控化，消除安全隐患，保证作业人员安全，提高安全生产管理。

[1]马振良.变电运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]张洋.原子教你STM32[M].北京：航空航天大学出版社，2013.

[3]桑卡.图像处理、分析与机器视觉[M].北京：清华大学出版社，2011.

TM63

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变电站现场佩戴安全帽智能监控预警系统研究（QCGGG242014）。