本文详细解密了了以SPE61A单片机为核心开发新式验电器的设计思想和方法。文章首先从单片机硬件方面介绍了系统的硬件组成结构和原理。接着在单片机软件方面介绍了系统的整个工作流程和设计思路。
设计思想与总体方案
1 非接触式验电器的设计思想
本次开发的验电器主要用于铁路中高压输电线路的监测工作,其设计要求是监测铁路中高压线路的运行情况,要求能正确判断高压线是否带电,并将有电、无电信号通过发光二极管显示出来,同时还要发出相应状态的语音提示信息。
另外,验电器通常安装在室外,因此本装置还要满足室外工作的要求。
2 总体设计方案和框图
本验电器以SPE
图1 硬件结构图
系统的硬件设计
1 单片机
本系统采用凌阳SPE
SPE
在本系统中,SPE
2 传感器
传感器用于读取电场信号,是整个设备的信号源。传感器被安装在距离高压线
另外,为了安全需要,在传感器的地线端多引出了一条地线(称为检测地线)作为电路中指示模块、语音提示模块和信号传送模块的地线,用于判断传感器传输线路是否完好。此时,若信号传输线路断开,则此地线亦断开,那么指示模块、语音提示模块和信号传送模块均不能工作,信号指示灯不能发光,语音模块被能发出语音信息,传送电脑的有电和无电信号也同时断掉,不会发出错误信号,提高了系统的可靠性,避免信号线断开时发出错误的无电信号,造成事故。
传感器采用封闭式半球形光滑外壳设计,能够彻底防水,满足室外工作要求。
3 信号处理模块
信号处理由信号跟随电路、滤波电路、倍压整流电路、减法电路、放大电路、施密特触发电路、信号指示和监控信号发送电路组成,其原理图如图2所示。输入信号来自传感器的送出的工频交流电压信号,该信号经过信号跟随电路跟随并正向偏置后进行滤波,然后将交流信号倍压整流成直流信号,减法器减掉相邻线路间的干扰信号,放大器将信号进行必要的放大后送入施密特触发器,触发器根据输入信号的大小送出有电、无电两种信号到单片机。
相关文献中对本装置的各模块功能结构和原理已经进行过详细的论述,本文不再累述。
图2 信号处理电路功能模块图
4 语音模块
语音提示信息处理由SPE
5 指示模块
指示模块由两只发光二极管组成,分别为红色和绿色,红色表示有电,绿色表示无电。由于SPE
图3 信号传送
6 信号发传送模块
本验电器不仅要把高压线是否带电状况在指示模块中显示出来,还要将该信号送往室内监控计算机中进行监控。如果将信号通过验电器装置发送到计算机就遇到一个共地线问题,要让计算机正确地识别验电器传送过来的信号就必须使计算机和验电器共一个地线,否则,会因传送线路过长不共地线而导致计算机识别信号出错。本装置的信号传送方式如图3所示,由计算机发送信号,验电器内部通过继电器开关来控制有电或无电线路的导通或断开,计算机接收由自己发送的经过继电器开关送来的两路信号,若有电线路送来高电平信号,则无电线路送来低电平,此时高压线有电;若无电线路送来高电平信号,则有电线路送来低电平,高压线无电,若两路线路都送来高电平信号或低电平信号则电路出错。
语音模块中的功放电路、指示模块中发光二极管和信号发送模块中控制电路都以检测地线作为地线,这样就可以完成对传感器传输线路的判断,避免传感器线路的断开而发出错误的指示信息。
另外,由于硬件都必须在室外工作,因此,整个硬件设备都被安装在以各特殊设计的防水金属外壳中。
系统的软件设计
图4 软件流程图
系统软件设计如图4所示。在系统第一次上电运行时先初始化到有电状态并将该信号端口中的指示模块中显示结果,调用语音子程序输出语音提示信息。延时1s后将状态锁存。系统先对输入端口进行扫描,再将扫描结果与锁存器中数据进行比较,如果相同则直接清看门狗返回到端口扫描进入下一次循环,如果不相同则将扫描结果(有电或无电)输出到端口中的指示模块中显示结果,然后调用语音子程序输出语音提示信息,再清看门狗,返回到状态锁存,将本次采集的状态信号进行锁存,用于下一次采集信号时比较之用,然后进入下一次循环。为了保证系统能正常运行,在两个分支循环中都设有清看门狗程序。
系统整个工作流程如下:第一次上电工作或重启后工作显示为有电状态,并且发出有电语音提示,延时1秒后如果指示状态没有改变则表明线路有电,否则延时结束会改变指示状态,并且有无电语音提示,表明线路无电。
另外,在语音输出中语音提示为“线路上电,请注意安全”和“线路断电”等两句语音。
结束语
非接触式验电器在进行验电工作时不需要与高压线直接接触,使用起来安全、方便。本文设计的验电器采用单片机作为检测和控制核心,在验电提醒时兼有视觉和语音提示,系统信号稳定,可靠性高。