基于CAN總線的電車漏電檢測(cè)裝置的研制

0 引 言
由于石油資源的日益緊缺和人們環(huán)保意識(shí)的提高，新型動(dòng)力交通工具不斷涌現(xiàn)，如：氫燃料汽車、乙醇燃料汽車等，其中以電能作動(dòng)力的環(huán)保型交通工具發(fā)展更為迅速。載有蓄電池的無(wú)軌電車是最具發(fā)展?jié)摿Φ墓步煌üぞ?，它除了具有電車的?yōu)點(diǎn)以外，還省去了架設(shè)部分供電線路的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)美化城市起到極其重要的作用。據(jù)資料顯示，北京在2008年就有近800輛的這種“準(zhǔn)”無(wú)軌電車投入運(yùn)營(yíng)。然而，由于這樣大型的電車內(nèi)部蓄電池?cái)?shù)量非常多，供電電壓達(dá)到500 V之高，所以絕緣和漏電的處理技術(shù)一直是困擾電車開(kāi)發(fā)人員的一大難題。目前，電車供電系統(tǒng)采用了多重逆變技術(shù)，把低壓24 V供電與高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、大型充電機(jī)部分進(jìn)行嚴(yán)格隔離，并安裝了與大地接觸的放電鐵鏈，使得漏電問(wèn)題得到了很好的解決。但是，在偶發(fā)情況特別是雨天天氣環(huán)境下，依然會(huì)出現(xiàn)乘客上車過(guò)程中被電擊的現(xiàn)象。針對(duì)此，實(shí)時(shí)測(cè)量放電鐵鏈即大地與車皮之間電壓的漏電檢測(cè)裝置的研制就非常必要。

1 工作原理
本裝置安裝于電車內(nèi)部，供電電壓為電車上的低壓24 V電源(實(shí)際工作電壓在18～36 V)，裝置本身裝有3顆LED指示燈，分別是系統(tǒng)工作電源指示綠燈、低壓漏電30 V指示黃燈和高壓漏電70 V以上指示紅燈，其中1根接線為鐵鏈引線，另外2根接線到前臺(tái)儀表顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

電車車皮本身為低壓電源的負(fù)極，從以往的實(shí)測(cè)和理論分析得出，被測(cè)鐵鏈在漏電情況下達(dá)到了電車內(nèi)部蓄電池的總電壓，并且與車皮之間的電壓呈現(xiàn)出正負(fù)的現(xiàn)象。所以，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了上述情況，并在信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了處理。當(dāng)被測(cè)信號(hào)與車皮之間電壓在30～70 V之間或在-30～-70 V之間時(shí)本裝置黃燈亮；當(dāng)被測(cè)信號(hào)與車皮之間電壓大于等于70 V或小于等于-70 V時(shí)本裝置紅燈亮。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
本系統(tǒng)的核心控制器采用了ATME公司的高性能8位AVR單片機(jī)ATmega 16，其內(nèi)部具有8路單端的10位ADC采集接口；16 KB的系統(tǒng)片內(nèi)可編程FLASH，燒寫(xiě)次數(shù)達(dá)到數(shù)萬(wàn)次；1 KB的片內(nèi)SRAM；具有32個(gè)可編程控制的I／O接口；同時(shí)還能達(dá)到16 MIPS的高運(yùn)行速度。本裝置采用外部擴(kuò)展CAN控制器的方式，實(shí)現(xiàn)了與整車的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行通信功能。
2．1 信號(hào)調(diào)理電路
此部分電路主要對(duì)被采集電壓進(jìn)行調(diào)理，最終轉(zhuǎn)化為MCU能接受的0～5 V的電壓范圍；由于被采對(duì)象是個(gè)正負(fù)高電壓信號(hào)，系統(tǒng)對(duì)于采集精度要求為±1 V。詳細(xì)的設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

當(dāng)Vin>0時(shí)，二極管D4導(dǎo)通，D2截止；輸出到MCU的ADC0上的電壓值為：

當(dāng)Vin0時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，D4截止；輸出到MCU的ADC1上的電壓值為：

為保證調(diào)理后的電壓值滿足MCU的ADC接口電壓要求，電路中采用了穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓保護(hù)；同時(shí)還添加了信號(hào)濾波電路進(jìn)行平滑處理。