基于AVR單片機的高壓防護系統(tǒng)的研究

目前，我國鐵路上運行的電力機車所使用的電源，是接觸網(wǎng)提供的25kV單相交流電。在電氣化鐵路區(qū)段運行和整備作業(yè)的機車，經(jīng)常需要作業(yè)人員通過人孔蓋登上車頂，對機車進行檢查維修工作。通常在上車頂工作前，作業(yè)人員應當按照登頂作業(yè)程序，在地面對作業(yè)網(wǎng)斷電，再打開車頂人孔蓋登頂作業(yè)。


然而，因為作業(yè)人員疏忽大意，未認真執(zhí)行接觸網(wǎng)斷電的操作程序，在接觸網(wǎng)上仍帶電的情況下，就盲目登車頂工作，多次造成被電擊傷亡的事故。針對這一情況，我們研制了機車車頂人孔蓋安全報警聯(lián)運接地裝置，可以為登頂作業(yè)的工作人員提供可靠、有效的人身安全保護，確保登頂作業(yè)人員的人身安全。


本文將介紹一套可靠檢測接觸網(wǎng)有無高電壓的告警裝置和一套受告警裝置控制的聯(lián)運接地裝置。

系統(tǒng)組成


系統(tǒng)報警接地裝置分三大部分組成：高壓檢測與報警部分、電控部分和機械接地裝置部分。


當檢測到接觸網(wǎng)有高電壓存在時，人孔蓋電控鎖處于原來的閉鎖狀態(tài)，接地裝置不升起，高壓檢測裝置發(fā)出聲光告警，提醒作業(yè)人員不可以登頂作業(yè)；當高壓檢測告警裝置檢測到接觸網(wǎng)沒有高電壓存在時，在發(fā)出安全作業(yè)告警提示的情況下，打開人孔蓋、升起接地裝置，使接觸網(wǎng)對地短路（防止接觸網(wǎng)意外情況下出現(xiàn)高電壓），作業(yè)人員即可登頂機車實施業(yè)務。

控制系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)采用了AVR單片機，AVR單片機是1997年由 ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置FlashRISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集高速8位單片機。AVR 單片機具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位等特點，可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

ATmega128是ATMEL公司嵌入式AVR單片機中功能最強的一款，它的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。


1硬件部分


本系統(tǒng)控制電路包括了為單片機提供穩(wěn)定的工作電流的電源模塊；控制開關接口，確定系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)；通信模塊，通過RS232接口，采用MAX232對電平進行轉(zhuǎn)化，與PC進行通信；電機控制模塊，采用電機驅(qū)動芯片ULN2003控制電機的轉(zhuǎn)動，為接地裝置提供了穩(wěn)定的動力；電流采樣接口模塊，接收從電流傳感器傳回的信號，確定機車上是否帶電；報警模塊，在確定機車還帶電的情況下，發(fā)出報警信號，如聲音、燈光等，阻止工作人員上車作業(yè)，保證安全。

2軟件部分


人孔蓋高壓告警聯(lián)動接地裝置的控制軟件結(jié)合了作業(yè)現(xiàn)場的實際，充分考慮到告警的安全和人身的安全及設備的安全。并且根據(jù)要求電器控制系統(tǒng)設計了自動控制和手動控制兩套方案。


當檢測到機車帶電的時候，系統(tǒng)會發(fā)出“滴”、“滴”的報警聲，以阻止作業(yè)人員登上車頂而發(fā)生危險，其程序如下：


#includeavr/io.h>
#includeavr/delay.h>
voidwaitms(unsignedinttime)//延時子函數(shù)
{
unsignedinti;
for(i=0;itime;i++)
{
_delay_ms(1);
}
}
intmain(void)
{
DDRD=(0DDD2)|(1ddd3);//設置PD2為輸入，PD3為輸出
PORTD=(1PD2)|(1PD3);//PD2上拉電阻有效，PD3輸出高電平
while(1)
{
if(!(PIND(1PIND2)))
{
PORTD=~(1PD3);
waitms(10);
PORTD1=(1PD3);
waitms(10);
}
}
}
return(0);


本控制系統(tǒng)采用了AVR-GCC編譯器，它是流行的GNUC編譯器在AVR平臺上的移植，有一個針對Win32平臺的WinAVR軟件包，具備更新速度快、代碼效率高、可移植性強的優(yōu)點。


用AVRStudio作為仿真調(diào)試工具，它不僅能仿真出MCU的時序，而且能仿真出幾乎所有的片上I/O模型和內(nèi)存，無須外接硬件，所有的工作全部在計算機內(nèi)存中完成。


使用PonyProg2000進行程序下載，以更好地體現(xiàn)AVR單片機的ISP優(yōu)點。


系統(tǒng)啟動自檢后，處于待機狀態(tài)，等待用戶進行工作狀態(tài)的選擇，然后控制軟件比較各傳感器送來信號的狀態(tài)，判斷高壓的有無并進入相應的控制程序。高壓檢測環(huán)節(jié)采取多次檢測的方法來判斷高壓的有無，且必須保證幾次采集的信號一致才最終確認信號的正確性。

結(jié)語


上述系統(tǒng)人機對話方便簡潔、穩(wěn)定可靠，具有通用性和可擴展性，維護方便，能確實解決人為疏忽和管理漏洞所帶來的不安全問題，具有重大的實際和推廣意義。