一種便攜式帶電線路探測(cè)儀的設(shè)計(jì)

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種便攜式帶電線路探測(cè)儀，以STC12C5A60S2芯片為核心，利用傳感器檢測(cè)帶電線纜周圍的電場(chǎng)信號(hào)，在探測(cè)到照明線纜時(shí)以蜂鳴提示，在整個(gè)探測(cè)結(jié)束后顯示探測(cè)線纜所在路徑。經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)采集的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2單片機(jī)；12864顯示屏；帶電線路探測(cè)儀

1 引言

電力工人在線纜施工和日常巡檢中，經(jīng)常會(huì)遇到帶電線纜所在路徑不明，為消除隱患需要對(duì)帶電線纜尋蹤定位，或者將某一特定線纜從一束線纜中識(shí)別出來。針對(duì)以上需要，本題設(shè)計(jì)一種便攜式帶電線路探測(cè)儀，可對(duì)墻體、天棚、地板及地下線纜進(jìn)行尋蹤，并能根據(jù)帶電線纜的信號(hào)強(qiáng)弱來區(qū)分不同的線路，避免了誤斷運(yùn)行線纜事故的發(fā)生，提高了施工維修效率，保障了操作人員的人身安全。

2 項(xiàng)目原理

STC12C5A60S2單片機(jī)是1T高速超強(qiáng)抗干擾的系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與AT89C52兼容的微控制器的內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，真正10位、250ksps的8通道模擬多路開關(guān)的ADC。具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。64K字節(jié)編程的FLASH存儲(chǔ)器，1K字節(jié)的片內(nèi)RAM。可尋址64k字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口，硬件實(shí)現(xiàn)的SPI和兩個(gè)UART。STC12C5A60S2單片機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)AT80S52的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件，性能遠(yuǎn)優(yōu)越于AT89C52。該設(shè)計(jì)利用STC12C5A60S2內(nèi)置的10位A/D高速采樣，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的區(qū)分。以高精度的SD2405API時(shí)鐘芯片進(jìn)行精確的時(shí)間計(jì)時(shí)，其總線模式符合I2C總線模式。其次采用路徑傳感器與時(shí)間提示相結(jié)合的方法進(jìn)行定位識(shí)別，確保較為精確的路徑識(shí)別。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體框圖

如圖1所示，該設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不需要與線纜直接接觸，檢測(cè)到帶電線纜后有蜂鳴提示，并顯示帶電電路所在路徑及檢測(cè)時(shí)間。

3.2 檢測(cè)電路

線纜信號(hào)檢測(cè)電路中的傳感器采用銅片電容設(shè)計(jì)。利用銅片檢測(cè)所處位置交流電場(chǎng)，在檢測(cè)電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行整形放大。傳感器用于讀取電場(chǎng)信號(hào)，是整個(gè)設(shè)備的信號(hào)源。傳感器可在距離被測(cè)線纜線3-5cm處，感應(yīng)出信號(hào)的存在，但此時(shí)的信號(hào)相對(duì)較弱，隨著檢測(cè)距離縮短，信號(hào)將越來越強(qiáng)。如圖2所示。

3.3 顯示屏電路

利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)帶電線纜的檢測(cè)后，在屏上依次顯示本次檢測(cè)到的線纜路徑，即線纜所經(jīng)過的大致方位，以及本次檢測(cè)時(shí)間。具體電路見圖3。

3.4 蜂鳴器電路

即檢測(cè)提示電路，當(dāng)檢測(cè)到線纜信號(hào)時(shí)，單片機(jī)P2.3口送一信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管8050驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴響。具體電路如圖4。

3.5 時(shí)鐘電路

從檢測(cè)開始到結(jié)束，以高精度的SD2405API時(shí)鐘芯片進(jìn)行精確的時(shí)間計(jì)時(shí)，計(jì)算整個(gè)過程所使用的時(shí)間并顯示。具體電路如圖5所示。

3.7 電路原理圖

最小系統(tǒng)板框圖如圖6所示，最小系統(tǒng)板采用1T高速STC12C5A60S2工業(yè)低價(jià)芯片，符合AD采樣高速需求，模擬I2C總線檢測(cè)時(shí)鐘，控制蜂鳴器鳴響，12864顯示屏顯示，檢測(cè)路徑傳感器。

4 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件采用C語(yǔ)言編寫，其編譯調(diào)試采用Keil Vision3開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)上電后，主程序先對(duì)單片機(jī)中各I/O口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以及顯示屏進(jìn)行初始化。對(duì)帶電線纜開始定位。當(dāng)檢測(cè)到帶電線纜后開始計(jì)時(shí)，并根據(jù)采樣數(shù)據(jù)判別線纜的位置，記錄線纜及其位置序號(hào)。檢測(cè)過程中，每隔一定時(shí)間記錄一次線纜位置，直到檢測(cè)不到數(shù)據(jù)為止。結(jié)束計(jì)時(shí)以后，在顯示屏上顯示出線纜所在位置及檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖7所示。

5 項(xiàng)目測(cè)試及分析

測(cè)試條件：在厚度為5mm五合板正反面畫上7×7方格，兩面精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，方格線條的寬度不大于2cm，且為實(shí)線條；每個(gè)方格的大小為15cm×15cm，并標(biāo)上方格序號(hào)，在五合板背面布設(shè)兩根材質(zhì)完全相同線纜，兩根線纜相距一定間距，并可在7×7方格組成的區(qū)域內(nèi)根據(jù)需要任意調(diào)整布線，線纜1接11W節(jié)能燈，線纜2接60W白熾燈，由各自開關(guān)控制亮滅。模型如下圖8所示。

1）線纜1帶電，線纜2不帶電時(shí)，線纜探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)，記錄兩組數(shù)據(jù)，可單獨(dú)測(cè)試出線纜1所在位置。

2）線纜1帶電，線纜2不帶電時(shí)，并且二者最近距離小于1格時(shí)，線纜探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)，記錄兩組數(shù)據(jù)，可分辨出線纜1所在方格。

3）線纜1、2均帶電時(shí)，且最小距離大于1格時(shí)，能判別出信號(hào)較強(qiáng)的線纜2。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易照明線路測(cè)試儀采用單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不需要與電線直接接觸，檢測(cè)到帶電線纜后有蜂鳴提示，并顯示帶電線路所在路徑及檢測(cè)時(shí)間，該系統(tǒng)信號(hào)穩(wěn)定，使用安全方便，可靠性高，基本滿足測(cè)試要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾慶沛.淺談電力電纜故障探測(cè)技術(shù).科技資訊，2010.07.

[2]王朝旭.電纜探測(cè)儀與故障定位系統(tǒng).電氣時(shí)代，2005.03.

[3]胡延如.低頻電子技術(shù).高等教育出版社，2008年，第二版.