SPE61A單片機(jī)的非接觸式高壓驗(yàn)電器的應(yīng)用開發(fā)

1 非接觸式驗(yàn)電器的設(shè)計(jì)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(cè)工作，其設(shè)計(jì)要求是監(jiān)測(cè)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(hào)通過發(fā)光二極管顯示出來，同時(shí)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(jì)方案和框圖

　　本驗(yàn)電器以SPE61A單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。裝置采用銅片式傳感器監(jiān)測(cè)高壓線附近電場(chǎng)，將電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后送往信號(hào)處理電路，信號(hào)處理電路將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流的有電、無電的狀態(tài)信號(hào)送往單片機(jī)。單片機(jī)將接收到的信號(hào)與上一次信號(hào)進(jìn)行比較，如果本次采集的信號(hào)跟上次采集信號(hào)相同，則繼續(xù)下一次信號(hào)的采集，如果不同，則發(fā)出新的信號(hào)到語音模塊、指示模塊和信號(hào)傳送模塊，同時(shí)將本次采集的信號(hào)進(jìn)行鎖存，用以對(duì)下次采集的信號(hào)進(jìn)行比較。語音模塊收到信號(hào)后發(fā)出有電或無電語音提示；指示模塊收到信號(hào)后發(fā)出有電或無電指示；信號(hào)傳送模塊收到信號(hào)后發(fā)出有電或無電狀態(tài)信號(hào)送到室內(nèi)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1 單片機(jī)

　　本系統(tǒng)采用凌陽SPE61A單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。SPCE061A是繼 μ'nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技公司推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。它設(shè)計(jì)有2個(gè)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(shí)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(dòng)增益控制的擴(kuò)音器輸入通道、32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及低電壓復(fù)位/低電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，SPE61A中還嵌入了LCD控制驅(qū)動(dòng)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(dòng)增益控制(AGC)功能。這使得SPE61A具備了初步的語音播放和識(shí)別功能。

　　在本系統(tǒng)中，SPE61A單片機(jī)主要監(jiān)測(cè)和處理輸入信號(hào)。在接收到來自信號(hào)處理模塊的信號(hào)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(chǎng)信號(hào)，是整個(gè)設(shè)備的信號(hào)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(chǎng)信號(hào)。本裝置中的傳感器采用銅片電容設(shè)計(jì)，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(hào)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(cè)地線）作為電路中指示模塊、語音提示模塊和信號(hào)傳送模塊的地線，用于判斷傳感器傳輸線路是否完好。此時(shí)，若信號(hào)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(hào)傳送模塊均不能工作，信號(hào)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(hào)也同時(shí)斷掉，不會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，提高了系統(tǒng)的可靠性，避免信號(hào)線斷開時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤的無電信號(hào)，造成事故。

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

　　3 信號(hào)處理模塊

　　信號(hào)處理由信號(hào)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(hào)指示和監(jiān)控信號(hào)發(fā)送電路組成，其原理圖如圖2所示。輸入信號(hào)來自傳感器的送出的工頻交流電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過信號(hào)跟隨電路跟隨并正向偏置后進(jìn)行濾波，然后將交流信號(hào)倍壓整流成直流信號(hào)，減法器減掉相鄰線路間的干擾信號(hào)，放大器將信號(hào)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(hào)的大小送出有電、無電兩種信號(hào)到單片機(jī)。

　　相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)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。

　　圖2 信號(hào)處理電路功能模塊圖