基于WIFI控制的線路故障模擬系統的設計方案

黃偉強

摘 要：本文主要介紹了WIFI控制的線路故障模擬系統。在智能手機上運行WIFI控制軟件，通過WIFI連接到故障模擬系統，無線設置或解除線路模擬故障，為電氣線路檢修等課程教學提供一種新穎的教學設備。

關鍵詞：WIFI控制電氣線路 故障模擬

電氣線路檢修是訓練學生分析線路原理、查找線路故障、解決線路問題的一門課程。由于缺乏教學設備或設置線路故障麻煩等原因，導致實操教學效果不佳。因此，筆者研發了該系統，其可以通過智能手機或鍵盤對系統進行控制，模擬線路的短路、斷路和接觸電阻過大的故障。該系統可以實現在待檢修線路上快速設置或解除線路故障的目的，避免對線路實物進行反復拆卸或人工設置故障，從而使電氣線路檢修課程的實操教學變得更加便捷。

一、總體方案

系統由16路故障模擬單元、單片機控制單元、鍵盤、WIFI無線傳輸模塊以及WIFI控制軟件組成如圖1所示，單片機接收來自WIFI模塊或鍵盤的控制命令，并將故障設置信息傳送給故障模擬單元；WIFI控制軟件通過手機與WIFI模塊連接，WIFI模塊與單片機連接，實現WIFI控制軟件設置故障和顯示故障狀態的目的。

二、系統硬件設計

1.故障模擬單元

系統的每路故障模擬單元都由繼電器J1、繼電器J2、電阻R1等元件組成，如圖2所示。故障模擬接線端子連接待檢修的電氣線路，當繼電器J1和繼電器J2都處于失電狀態時，該單元是處于短路狀態；當繼電器J1或繼電器J2處于失電狀態時，該單元是處于斷路狀態；當繼電器J1和繼電器J2都處于得電狀態時，該單元是處于接觸電阻過大狀態。

2.控制單元

系統采用STC15F2K60S2單片機作為控制單元。單片機的P3.2和P3.3連接標準鍵盤，負責接收鍵盤輸入的控制命令；單片機的串口2連接WIFI模塊，負責與WIFI建立數據通信；單片機的其余32個通用IO口經光耦隔離后驅動故障模擬單元的繼電器，每2個IO口負責控制一路故障模擬單元。

3.WIFI模塊

該系統采用的是ESP8266串口WIFI 無線模塊，其運行在AP模式下，用戶手機通過WIFI功能連接該無線接入點。該WIFI模塊通過LWIP協議與手機上的WIFI控制軟件實行數據傳輸，通過AT指令與單片機實行數據傳輸，從而實現從手機的WIFI控制軟件到單片機的數據透明傳輸功能。

三、系統軟件設計

單片機軟件包括初始化、密碼確認、建立WIFI通信、鍵盤掃描、更新信息、故障設置、刷新輸出等內容。手機WIFI控制軟件包括了WIFI初始化、密碼確認、建立連接、讀取信息、故障設置、接收和發送數據等內容。單片機軟件和手機軟件流程圖如圖3所示。

四、使用效果

以“啟動、停止控制線路”的故障模擬為例，如圖4所示，通過手機軟件或鍵盤設置短路故障（BC點）、斷路故障（FG點）、接觸電阻過大故障（ED點）。故障原因及現象如下，BC點短路，按停止按鈕SB2無法讓線路停止工作；FG點斷路，按SB1啟動按鈕卻無法讓KM自鎖；ED點接觸電阻過大，會讓停止指示燈變暗。學生根據故障現象和線路工作原理，利用萬用表進行檢修。學生找出一個故障點，告訴教師，教師即可通過手機軟件或鍵盤解除該故障點，直到該控制線路恢復正常的功能為止。該線路故障模擬系統具有故障設置直觀、操作方便、通用性強、擴展性能好等優點。在教學實踐中表明，該系統可以避免反復拆裝而導致損壞設備、模擬效果好、教學效果好。

（作者單位：廣州市公用事業技師學院）