基于A(yíng)VR單片機的高壓防護系統的研究

目前，我國鐵路上運行的電力機車(chē)所使用的電源，是接觸網(wǎng)提供的25kV單相交流電。在電氣化鐵路區段運行和整備作業(yè)的機車(chē)，經(jīng)常需要作業(yè)人員通過(guò)人孔蓋登上車(chē)頂，對機車(chē)進(jìn)行檢查維修工作。通常在上車(chē)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(kāi)車(chē)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(chē)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(chē)車(chē)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(wú)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。

系統組成


系統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(shí)，人孔蓋電控鎖處于原來(lái)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(méi)有高電壓存在時(shí)，在發(fā)出安全作業(yè)告警提示的情況下，打開(kāi)人孔蓋、升起接地裝置，使接觸網(wǎng)對地短路（防止接觸網(wǎng)意外情況下出現高電壓），作業(yè)人員即可登頂機車(chē)實(shí)施業(yè)務(wù)。

控制系統設計

本系統采用了AVR單片機，AVR單片機是1997年由 ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置FlashRISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡(jiǎn)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(jià)位等特點(diǎn)，可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

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


1硬件部分


本系統控制電路包括了為單片機提供穩定的工作電流的電源模塊；控制開(kāi)關(guān)接口，確定系統是否處于工作狀態(tài)；通信模塊，通過(guò)RS232接口，采用MAX232對電平進(jìn)行轉化，與PC進(jìn)行通信；電機控制模塊，采用電機驅動(dòng)芯片ULN2003控制電機的轉動(dòng)，為接地裝置提供了穩定的動(dòng)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(chē)上是否帶電；報警模塊，在確定機車(chē)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(chē)作業(yè)，保證安全。

2軟件部分


人孔蓋高壓告警聯(lián)動(dòng)接地裝置的控制軟件結合了作業(yè)現場(chǎng)的實(shí)際，充分考慮到告警的安全和人身的安全及設備的安全。并且根據要求電器控制系統設計了自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩套方案。


當檢測到機車(chē)帶電的時(shí)候，系統會(huì )發(fā)出“滴”、“滴”的報警聲，以阻止作業(yè)人員登上車(chē)頂而發(fā)生危險，其程序如下：


#includeavr/io.h>
#includeavr/delay.h>
voidwaitms(unsignedinttime)//延時(shí)子函數
{
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);


本控制系統采用了AVR-GCC編譯器，它是流行的GNUC編譯器在A(yíng)VR平臺上的移植，有一個(gè)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(diǎn)。


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


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


系統啟動(dòng)自檢后，處于待機狀態(tài)，等待用戶(hù)進(jìn)行工作狀態(tài)的選擇，然后控制軟件比較各傳感器送來(lái)信號的狀態(tài)，判斷高壓的有無(wú)并進(jìn)入相應的控制程序。高壓檢測環(huán)節采取多次檢測的方法來(lái)判斷高壓的有無(wú)，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。

結語(yǔ)


上述系統人機對話(huà)方便簡(jiǎn)潔、穩定可靠，具有通用性和可擴展性，維護方便，能確實(shí)解決人為疏忽和管理漏洞所帶來(lái)的不安全問(wèn)題，具有重大的實(shí)際和推廣意義。