SPE61A單片機的非接觸式高壓驗電器的開發(fā)

1 非接觸式驗電器的設計思想

　　本次開發(fā)的驗電器主要用于鐵路中高壓輸電線路的監(jiān)測工作，其設計要求是監(jiān)測鐵路中高壓線路的運行情況，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)出相應狀態(tài)的語音提示信息。

　　另外，驗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 總體設計方案和框圖

　　本驗電器以SPE61A單片機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換成直流的有電、無電的狀態(tài)信號送往單片機。單片機將接收到的信號與上一次信號進行比較，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行鎖存，用以對下次采集的信號進行比較。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)信號送到室內監(jiān)控計算機。硬件結構圖如圖1所示。

　　圖1 硬件結構圖

　　系統(tǒng)的硬件設計

　　1 單片機

　　本系統(tǒng)采用凌陽SPE61A單片機作為檢測和控制核心。SPCE061A是繼 μ'nSP系列產品SPCE500A等之后凌陽科技公司推出的又一個16位結構的微控制器。它設計有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 位單片機內集成了更多的系統(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轉換、內置式帶自動增益控制的擴音器輸入通道、32768Hz實時時鐘以及低電壓復位/低電壓監(jiān)測系統(tǒng)。另外，SPE61A中還嵌入了LCD控制驅動和雙音多頻信令（DTMF）發(fā)生器功能等。

　　SPE61A最大的特點就是內置7通道10位電壓模／數(shù)轉換器(ADC)和單通道聲音模／數(shù)轉換器，其中，聲音模／數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風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將相應的判斷，并將處理結果發(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計，從電容兩端分別引出兩根導線，其中一根導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，該信號經過信號跟隨電路跟隨并正向偏置后進行濾波，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。

　　相關文獻中對本裝置的各模塊功能結構和原理已經進行過詳細的論述，本文不再累述。

　　圖2 信號處理電路功能模塊圖