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接地电缆防盗器的设计与实现

资讯频道文章B

    摘要:本文介绍了一种使用单片机和 485通信电路制作接地电缆防盗报警器的方法。通过 485通信电路和单片机配合,主机端能根据不同的 485地址,可以比较精确地判断出具体的报警位置,为电力运营提供了一种性价比较高的电缆防盗报警装置。

0引言
    随着经济的高速发展,电力作为国民与经济的必需能源,愈来愈呈供不应求之势,电力电网及通信网络亦愈来愈如同人类之血脉;而与此同时,除自然因素给电力造成给电网造成一定的损失外,不法分子为牟暴利对电力电网及通信网等设施有恃无恐地破坏,且作案手段愈来愈高明,给供电部门造成了很大困扰,直接或间接国家造成了重大经济损失;如何利用高科技手段有效防止、制止此类案件发生,已成为电力部门之当务之急;为适应这一需要,我们根据客户需求,经多年潜心研发、不懈努力、不断完善,终于成功开发出国内功能最为先进的智能化接地电缆防盗报警系统,该产品已申请发明专利。

1控制方案设计
系统功能框图如图 1


    本系统以单片机作为控制核心,通过磁环线圈上检测信号。具体方案为:硬件设计实现地线电缆防盗器通过单片机 PWM产生一个单频(450 ±30HZ)的方波信号,通过驱动电路加到MOS管的控制端,控制 MOS对管使变压器耦合出交流信号输出,通过功率电阻接到地线上,输出低电压幅值交流监测信号。在接地线上加一弱信号检测线圈(半圆,方便现场安装),采用弱信号放大和锁相环检测原理,可以有效检测出这一监测信号(能检测出大于等于 35mV的信号)。地线电缆被盗时信号回路被断开,检测不到加载的监测信号。单片机根据检测到的信号有无,就可判断电缆是否被盗。并通过 485发送当前状态到上位机,有效的实现远端报警。主机端能根据不同的 485地址得知具体的报警位置,能第一时间赶到报警点处理。

2 系统硬件设计
    本系统采用ATMEGA8单片机作为控制核心,控制系统主要包括包括磁环线圈上检测到的信号、信号检测处理电路、MOS管和变压器输出电路、485通信接口、电源等部件。系统硬件设计见图 2

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    ATMEGA8的单片微机是一款高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路芯片。其最引人注目的是他的 EEPROM电可檫除技术,闪速存储器技术和高质量、高可靠性。该类单片机在计算机外部设备、通讯设备、自动化工业控制设备、宇宙设备、仪器仪表和各种消费类产品中得到了广泛的应用。其主要产品特性: 32个 8 位通用工作寄存器, 2K 字节在线编程 Flash程序存储器, 512字节的EEPROM,1K字节的片内SRAM ,23个可编程的I/O口,具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器,可工作于主机/从机模式的 SPI串行接口等,使 ATMEGA8成为一个功能强大的单片机,为接地电缆防盗报警系统提供了灵活而低成本的解决方案。

磁环耦合线圈结构见图 3:

    磁环耦合线圈采用硅刚片(输出波形频率可达几百赫兹,能满足要求)材料作骨架,利用线径 0.3mm的漆包线绕制 200匝以上而成, PWMOUT端子接接地电缆离地较高端,磁环由 2个半圆组成,装在 PWMOUT接到地线的稍微下一点,磁环上绕有线圈, 2个引出头分别为 CY1和 CY2,CY1接到 CY1端子, CY2接到-24V负电源。装置采用负电源供电,能有效避免接地线被腐蚀。

    IRF530MOS管和变压器输出,IRF530是 IR公司生产 MEX-FET具有放大电流倍数大、电流大的突出特点。漏极电流在直流时为 14A,脉冲状态时为 58A,完全能满足设计的输出功率要求。为了能有效检测 IRF530MOS管和变压器输出的监测信号,本设计使用锁相环同步电路,使得输入信号与内部的振荡信号同步,当监测的脉冲信号,由负到正经过的正过零点(或由正到负经过的负过零点)时,向 CPU传送电压过零点检测的信号,即分别为电压正半周期和负半周期产生的 2个正方波以及正过零点与负过零点时产生的 2个正脉冲指令信号,提供给 CPU计算。

485通信系统
    485通信系统应用领域:用于点对点、点对多点通讯、工业控制自动化、道路交通控制自动化、智能卡、考勤、门禁、售饭系统、工业集散分布系统、闭路监控、安防系统、 POS系统、楼宇自控系统、自助银行系统。系统中由于 485总线距离可能比较长,而且处于复杂的外部环境,从而容易受到外部环境的电磁感应等外部干扰,为保证通信的可靠。本设计采用中继模式。485通信中继控制器电路采用单片机 ATMEGA8作为中心控制芯片,用于选择数据通信方向、模式以及数据的接收、统计、分析、处理和发送等功能。

系统示意图见图 4

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    中继器中的高效的防雷管可以有效地抑制闪电(Lightning)和 ESD,并且提供每线 600W的雷击浪涌保护功率。可以吸收外部环境的电磁感应等外部干扰。从而保护 485总线的稳定性。 485中继器是光隔离。在现场施工当中,由于 485总线的距离比较远,在其中形成了电位差,从而产生了共模干扰,导致稳定性降低。485总线中继器的光电隔离器能够提供 3000V的隔离电压,可以有效的将 485总线相互隔离,防止共地干扰。其中的 DC/DC模块,可以将两端的电源完全隔离。从而实现完全隔离。

3. 软件设计与实现
软件流程见图 5


    本系统软件设计采用结构化和模块化设计方法,便于功能扩展,本系统的软件设计采用 C语言编写。系统上电以后,初始化 I/O口,开启看门狗。再开启 PWM输出,然后通过扑获脚不断扑获采样回来的信号,和发送的 PWM信号频率进行比较。如果一样或者相差 30HZ以内则说明是正常的,电缆没断。反之,则表明电缆断。

    再通过 485实时发送电缆通断的情况到上位机程序,让上位机程序去判断电缆通断,并实现报警。在软件应用中,适当的抗干扰措施是必要的。如在电源、地线、去耦电路、硬件设计上采用了单片机上电复位电路,而在软件设计中则加入了看门狗和软件陷阱等抗干扰措施。

上位机流程图见图 6

4 结束语
    利用单片机和 485通信电路制作设计的电缆防盗报警器的最大特点就是可靠性高、准确度高、造价低、安装调试简单。通过此方法,笔者开发出了不仅能实现远端报警,同时主机端能根据不同的 485地址得知具体的报警位置,能第一时间赶到报警点处理的电缆防盗报警器,在实际应用中效果良好,得到了电力部门的一致好评,创造了较好的经济效益和社会效益。本文的创新点:运用现代电子技术实现电力系统的自动、远程监测将是电力系统测量技术的一个主要发展方向。本文设计的接地电缆防盗报警器系统正是将自动化控制技术引入接地电缆测量领域以达到远程自动监测的一个具体实现。

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