基于CAN總線(xiàn)的電車(chē)漏電檢測裝置的研制

0 引 言
由于石油資源的日益緊缺和人們環(huán)保意識的提高，新型動(dòng)力交通工具不斷涌現，如：氫燃料汽車(chē)、乙醇燃料汽車(chē)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(chē)是最具發(fā)展潛力的公共交通工具，它除了具有電車(chē)的優(yōu)點(diǎn)以外，還省去了架設部分供電線(xiàn)路的優(yōu)點(diǎn)，對美化城市起到極其重要的作用。據資料顯示，北京在2008年就有近800輛的這種“準”無(wú)軌電車(chē)投入運營(yíng)。然而，由于這樣大型的電車(chē)內部蓄電池數量非常多，供電電壓達到500 V之高，所以絕緣和漏電的處理技術(shù)一直是困擾電車(chē)開(kāi)發(fā)人員的一大難題。目前，電車(chē)供電系統采用了多重逆變技術(shù)，把低壓24 V供電與高壓電動(dòng)機驅動(dòng)部分、大型充電機部分進(jìn)行嚴格隔離，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 )出現乘客上車(chē)過(guò)程中被電擊的現象。針對此，實(shí)時(shí)測量放電鐵鏈即大地與車(chē)皮之間電壓的漏電檢測裝置的研制就非常必要。

1 工作原理
本裝置安裝于電車(chē)內部，供電電壓為電車(chē)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(xiàn)為鐵鏈引線(xiàn)，另外2根接線(xiàn)到前臺儀表顯示系統。系統框圖如圖1所示。

電車(chē)車(chē)皮本身為低壓電源的負極，從以往的實(shí)測和理論分析得出，被測鐵鏈在漏電情況下達到了電車(chē)內部蓄電池的總電壓，并且與車(chē)皮之間的電壓呈現出正負的現象。所以，本系統在設計時(shí)充分考慮了上述情況，并在信號調理電路的設計上進(jìn)行了處理。當被測信號與車(chē)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；當被測信號與車(chē)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 系統電路設計及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議
本系統的核心控制器采用了ATME公司的高性能8位AVR單片機ATmega 16，其內部具有8路單端的10位ADC采集接口；16 KB的系統片內可編程FLASH，燒寫(xiě)次數達到數萬(wàn)次；1 KB的片內SRAM；具有32個(gè)可編程控制的I／O接口；同時(shí)還能達到16 MIPS的高運行速度。本裝置采用外部擴展CAN控制器的方式，實(shí)現了與整車(chē)的CAN網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)行通信功能。
2．1 信號調理電路
此部分電路主要對被采集電壓進(jìn)行調理，最終轉化為MCU能接受的0～5 V的電壓范圍；由于被采對象是個(gè)正負高電壓信號，系統對于采集精度要求為±1 V。詳細的設計電路如圖2所示。

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

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

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