采用SPE61A單片機的非接觸式高壓試電筆的設計

本文詳細解密了了以SPE61A單片機為核心開(kāi)發(fā)新式驗電器的設計思想和方法。文章首先從單片機硬件方面介紹了系統的硬件組成結構和原理。接著(zhù)在單片機軟件方面介紹了系統的整個(gè)工作流程和設計思路。

設計思想與總體方案

1 非接觸式驗電器的設計思想

本次開(kāi)發(fā)的驗電器主要用于鐵路中高壓輸電線(xiàn)路的監測工作，其設計要求是監測鐵路中高壓線(xiàn)路的運行情況，要求能正確判斷高壓線(xiàn)是否帶電，并將有電、無(wú)電信號通過(guò)發(fā)光二極管顯示出來(lái)，同時(shí)還要發(fā)出相應狀態(tài)的語(yǔ)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(mǎn)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測高壓線(xiàn)附近電場(chǎng)，將電場(chǎng)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(wú)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(jìn)行比較，如果本次采集的信號跟上次采集信號相同，則繼續下一次信號的采集，如果不同，則發(fā)出新的信號到語(yǔ)音模塊、指示模塊和信號傳送模塊，同時(shí)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(yǔ)音模塊收到信號后發(fā)出有電或無(wú)電語(yǔ)音提示；指示模塊收到信號后發(fā)出有電或無(wú)電指示；信號傳送模塊收到信號后發(fā)出有電或無(wú)電狀態(tài)信號送到室內監控計算機。硬件結構圖如圖1所示。

圖1 硬件結構圖

系統的硬件設計

1 單片機

本系統采用凌陽(yáng)SPE61A單片機作為檢測和控制核心。SPCE061A是繼 μ'nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技公司推出的又一個(gè)16位結構的微控制器。它設計有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）及系統時(shí)鐘頻率范圍 （0.375～24.576 MHz）內工作，除了數據總線(xiàn)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(dòng)增益控制的擴音器輸入通道、32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及低電壓復位/低電壓監測系統。另外，SPE61A中還嵌入了LCD控制驅動(dòng)和雙音多頻信令（DTMF）發(fā)生器功能等。

SPE61A最大的特點(diǎn)就是內置7通道10位電壓模／數轉換器(ADC)和單通道聲音模／數轉換器，其中，聲音模／數轉換器輸入通道內置麥克風(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(yǔ)音播放和識別功能。

在本系統中，SPE61A單片機主要監測和處理輸入信號。在接收到來(lái)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)送到后續電路。

2 傳感器

傳感器用于讀取電場(chǎng)信號，是整個(gè)設備的信號源。傳感器被安裝在距離高壓線(xiàn)0.8m的正下方，用于讀取和轉換高壓線(xiàn)附近的電場(chǎng)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(xiàn)，其中一根導線(xiàn)作為信號輸出的正極，另一根接地，作為地線(xiàn)。

另外，為了安全需要，在傳感器的地線(xiàn)端多引出了一條地線(xiàn)（稱(chēng)為檢測地線(xiàn)）作為電路中指示模塊、語(yǔ)音提示模塊和信號傳送模塊的地線(xiàn)，用于判斷傳感器傳輸線(xiàn)路是否完好。此時(shí)，若信號傳輸線(xiàn)路斷開(kāi)，則此地線(xiàn)亦斷開(kāi)，那么指示模塊、語(yǔ)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(yǔ)音模塊被能發(fā)出語(yǔ)音信息，傳送電腦的有電和無(wú)電信號也同時(shí)斷掉，不會(huì )發(fā)出錯誤信號，提高了系統的可靠性，避免信號線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)發(fā)出錯誤的無(wú)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(mǎn)足室外工作要求。