一种便携式带电线路探测仪的设计

　　摘要：本文设计了一种便携式带电线路探测仪，以STC12C5A60S2芯片为核心，利用传感器检测带电线缆周围的电场信号，在探测到照明线缆时以蜂鸣提示，在整个探测结束后显示探测线缆所在路径。经测试该系统采集的各项技术指标均达到设计要求。
　　关键词：STC12C5A60S2单片机；12864显示屏；带电线路探测仪
　　1引言
　　电力工人在线缆施工和日常巡检中，经常会遇到带电线缆所在路径不明，为消除隐患需要对带电线缆寻踪定位，或者将某一特定线缆从一束线缆中识别出来。针对以上需要，本题设计一种便携式带电线路探测仪，可对墙体、天棚、地板及地下线缆进行寻踪，并能根据带电线缆的信号强弱来区分不同的线路，避免了误断运行线缆事故的发生，提高了施工维修效率，保障了操作人员的人身安全。
　　2项目原理
　　STC12C5A60S2单片机是1T高速超强抗干扰的系统级芯片，具有与AT89C52兼容的微控制器的内核，与MCS-51指令集完全兼容，真正10位、250ksps的8通道模拟多路开关的ADC。具有可编程数据更新方式。64K字节编程的FLASH存储器，1K字节的片内RAM。可寻址64k字节地址空间的外部数据存储器接口，硬件实现的SPI和两个UART。STC12C5A60S2单片机具有标准AT80S52的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，性能远优越于AT89C52。该设计利用STC12C5A60S2内置的10位A/D高速采样，实现信号的区分。以高精度的SD2405API时钟芯片进行精确的时间计时，其总线模式符合I2C总线模式。其次采用路径传感器与时间提示相结合的方法进行定位识别，确保较为精确的路径识别。
　　3硬件电路设计
　　3.1系统总体框图
　　如图1所示，该设计采用单片机作为检测和控制核心，在进行检测时不需要与线缆直接接触，检测到带电线缆后有蜂鸣提示，并显示带电电路所在路径及检测时间。
　　3.2检测电路
　　线缆信号检测电路中的传感器采用铜片电容设计。利用铜片检测所处位置交流电场，在检测电路中产生感应电流信号，对该信号进行整形放大。传感器用于读取电场信号，是整个设备的信号源。传感器可在距离被测线缆线3-5cm处，感应出信号的存在，但此时的信号相对较弱，随着检测距离缩短，信号将越来越强。如图2所示。
　　3.3显示屏电路
　　利用单片机编程实现带电线缆的检测后，在屏上依次显示本次检测到的线缆路径，即线缆所经过的大致方位，以及本次检测时间。具体电路见图3。
　　3.4蜂鸣器电路
　　即检测提示电路，当检测到线缆信号时，单片机P2.3口送一信号驱动三极管8050驱动蜂鸣器鸣响。具体电路如图4。
　　3.5时钟电路
　　从检测开始到结束，以高精度的SD2405API时钟芯片进行精确的时间计时，计算整个过程所使用的时间并显示。具体电路如图5所示。
　　3.7电路原理图
　　最小系统板框图如图6所示，最小系统板采用1T高速STC12C5A60S2工业低价芯片，符合AD采样高速需求，模拟I2C总线检测时钟，控制蜂鸣器鸣响，12864显示屏显示，检测路径传感器。
　　4程序设计
　　本设计软件采用C语言编写，其编译调试采用KeilVision3开发环境。系统上电后，主程序先对单片机中各I/O口，定时器/计数器，以及显示屏进行初始化。对带电线缆开始定位。当检测到带电线缆后开始计时，并根据采样数据判别线缆的位置，记录线缆及其位置序号。检测过程中，每隔一定时间记录一次线缆位置，直到检测不到数据为止。结束计时以后，在显示屏上显示出线缆所在位置及检测时长。系统软件设计如图7所示。
　　5项目测试及分析
　　测试条件：在厚度为5mm五合板正反面画上7×7方格，两面精准对应，方格线条的宽度不大于2cm，且为实线条；每个方格的大小为15cm×15cm，并标上方格序号，在五合板背面布设两根材质完全相同线缆，两根线缆相距一定间距，并可在7×7方格组成的区域内根据需要任意调整布线，线缆1接11W节能灯，线缆2接60W白炽灯，由各自开关控制亮灭。模型如下图8所示。
　　1）线缆1带电，线缆2不带电时，线缆探测仪进行探测，记录两组数据，可单独测试出线缆1所在位置。
　　2）线缆1带电，线缆2不带电时，并且二者最近距离小于1格时，线缆探测仪进行探测，记录两组数据，可分辨出线缆1所在方格。
　　3）线缆1、2均带电时，且最小距离大于1格时，能判别出信号较强的线缆2。
　　6结束语
　　综上所述，本文设计的简易照明线路测试仪采用单片机作为检测和控制核心，在进行检测时不需要与电线直接接触，检测到带电线缆后有蜂鸣提示，并显示带电线路所在路径及检测时间，该系统信号稳定，使用安全方便，可靠性高，基本满足测试要求。
　　[参考文献]
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　　[2]王朝旭.电缆探测仪与故障定位系统.电气时代，2005.03.
　　[3]胡延如.低频电子技术.高等教育出版社，2008年，第二版.