應(yīng)用于鐵路中高壓輸電線路監(jiān)測的驗(yàn)電器解析方案

設(shè)計思想與總體方案

1 非接觸式驗(yàn)電器的設(shè)計思想

本次開發(fā)的驗(yàn)電器主要用于鐵路中高壓輸電線路的監(jiān)測工作，其設(shè)計要求是監(jiān)測鐵路中高壓線路的運(yùn)行情況，要求能正確判斷高壓線是否帶電，并將有電、無電信號通過發(fā)光二極管顯示出來，同時還要發(fā)出相應(yīng)狀態(tài)的語音提示信息。

另外，驗(yàn)電器通常安裝在室外，因此本裝置還要滿足室外工作的要求。

2 總體設(shè)計方案和框圖

本驗(yàn)電器以SPE61A單片機(jī)作為檢測和控制核心。裝置采用銅片式傳感器監(jiān)測高壓線附近電場，將電場信號轉(zhuǎn)化為電壓信號后送往信號處理電路，信號處理電路將該模擬信號轉(zhuǎn)換成直流的有電、無電的狀態(tài)信號送往單片機(jī)。單片機(jī)將接收到的信號與上一次信號進(jìn)行比較，如果本次采集的信號跟上次采集信號相同，則繼續(xù)下一次信號的采集，如果不同，則發(fā)出新的信號到語音模塊、指示模塊和信號傳送模塊，同時將本次采集的信號進(jìn)行鎖存，用以對下次采集的信號進(jìn)行比較。語音模塊收到信號后發(fā)出有電或無電語音提示;指示模塊收到信號后發(fā)出有電或無電指示;信號傳送模塊收到信號后發(fā)出有電或無電狀態(tài)信號送到室內(nèi)監(jiān)控計算機(jī)。

系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1 單片機(jī)

本系統(tǒng)采用凌陽SPE61A單片機(jī)作為檢測和控制核心。SPCE061A是繼 μnSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技公司推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它設(shè)計有2個16位IO端口。該控制器可以在較寬的電源電壓范圍(2.6～5.5V)及系統(tǒng)時鐘頻率范圍 (0.375～24.576 MHz)內(nèi)工作，除了數(shù)據(jù)總線增至16位從而提高了工作速度外，SPE61A 16 位單片機(jī)內(nèi)集成了更多的系統(tǒng)外圍資源。其中有大容量ROM及靜態(tài)RAM、紅外通信接口、RS-232通用異步全雙工串行接口、10位A/D及D/A轉(zhuǎn)換、內(nèi)置式帶自動增益控制的擴(kuò)音器輸入通道、32768Hz實(shí)時時鐘以及低電壓復(fù)位/低電壓監(jiān)測系統(tǒng)。另外，SPE61A中還嵌入了LCD控制驅(qū)動和雙音多頻信令(DTMF)發(fā)生器功能等。

SPE61A最大的特點(diǎn)就是內(nèi)置7通道10位電壓模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，聲音模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能。這使得SPE61A具備了初步的語音播放和識別功能。

在本系統(tǒng)中，SPE61A單片機(jī)主要監(jiān)測和處理輸入信號。在接收到來自信號處理模塊的信號后單片機(jī)將相應(yīng)的判斷，并將處理結(jié)果發(fā)送到后續(xù)電路。

2 傳感器

傳感器用于讀取電場信號，是整個設(shè)備的信號源。傳感器被安裝在距離高壓線0.8m的正下方，用于讀取和轉(zhuǎn)換高壓線附近的電場信號。本裝置中的傳感器采用銅片電容設(shè)計，從電容兩端分別引出兩根導(dǎo)線，其中一根導(dǎo)線作為信號輸出的正極，另一根接地，作為地線。

另外，為了安全需要，在傳感器的地線端多引出了一條地線(稱為檢測地線)作為電路中指示模塊、語音提示模塊和信號傳送模塊的地線，用于判斷傳感器傳輸線路是否完好。此時，若信號傳輸線路斷開，則此地線亦斷開，那么指示模塊、語音提示模塊和信號傳送模塊均不能工作，信號指示燈不能發(fā)光，語音模塊被能發(fā)出語音信息，傳送電腦的有電和無電信號也同時斷掉，不會發(fā)出錯誤信號，提高了系統(tǒng)的可靠性，避免信號線斷開時發(fā)出錯誤的無電信號，造成事故。

傳感器采用封閉式半球形光滑外殼設(shè)計，能夠徹底防水，滿足室外工作要求。

3 信號處理模塊

信號處理由信號跟隨電路、濾波電路、倍壓整流電路、減法電路、放大電路、施密特觸發(fā)電路、信號指示和監(jiān)控信號發(fā)送電路組成，其原理圖如圖2所示。輸入信號來自傳感器的送出的工頻交流電壓信號，該信號經(jīng)過信號跟隨電路跟隨并正向偏置后進(jìn)行濾波，然后將交流信號倍壓整流成直流信號，減法器減掉相鄰線路間的干擾信號，放大器將信號進(jìn)行必要的放大后送入施密特觸發(fā)器，觸發(fā)器根據(jù)輸入信號的大小送出有電、無電兩種信號到單片機(jī)。

相關(guān)文獻(xiàn)中對本裝置的各模塊功能結(jié)構(gòu)和原理已經(jīng)進(jìn)行過詳細(xì)的論述，本文不再累述。

4 語音模塊

語音提示信息處理由SPE61A自帶的語音模塊完成。本系統(tǒng)中直接在該模塊中外接功放電路和喇叭，語音提示信息通過外接喇叭發(fā)出。

5 指示模塊

指示模塊由兩只發(fā)光二極管組成，分別為紅色和綠色，紅色表示有電，綠色表示無電。由于SPE61A端口有足夠的驅(qū)動能力，因此，本系統(tǒng)中直接將發(fā)光二極管接入到單片機(jī)端口中。