摘要:本文介紹了一種使用單片機(jī)和 485通信電路制作接地電纜防盜報(bào)警器的方法。通過 485通信電路和單片機(jī)配合，主機(jī)端能根據(jù)不同的 485地址，可以比較精確地判斷出具體的報(bào)警位置，為電力運(yùn)營提供了一種性價(jià)比較高的電纜防盜報(bào)警裝置。

0引言
    隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力作為國民與經(jīng)濟(jì)的必需能源，愈來愈呈供不應(yīng)求之勢，電力電網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)亦愈來愈如同人類之血脈；而與此同時(shí)，除自然因素給電力造成給電網(wǎng)造成一定的損失外，不法分子為牟暴利對電力電網(wǎng)及通信網(wǎng)等設(shè)施有恃無恐地破壞，且作案手段愈來愈高明，給供電部門造成了很大困擾，直接或間接國家造成了重大經(jīng)濟(jì)損失；如何利用高科技手段有效防止、制止此類案件發(fā)生，已成為電力部門之當(dāng)務(wù)之急；為適應(yīng)這一需要，我們根據(jù)客戶需求，經(jīng)多年潛心研發(fā)、不懈努力、不斷完善，終于成功開發(fā)出國內(nèi)功能最為先進(jìn)的智能化接地電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)，該產(chǎn)品已申請發(fā)明專利。

1控制方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)功能框圖如圖 1

    本系統(tǒng)以單片機(jī)作為控制核心，通過磁環(huán)線圈上檢測信號。具體方案為：硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)地線電纜防盜器通過單片機(jī) PWM產(chǎn)生一個(gè)單頻（450 ±30HZ）的方波信號，通過驅(qū)動電路加到MOS管的控制端，控制 MOS對管使變壓器耦合出交流信號輸出，通過功率電阻接到地線上，輸出低電壓幅值交流監(jiān)測信號。在接地線上加一弱信號檢測線圈（半圓，方便現(xiàn)場安裝），采用弱信號放大和鎖相環(huán)檢測原理，可以有效檢測出這一監(jiān)測信號（能檢測出大于等于 35mV的信號）。地線電纜被盜時(shí)信號回路被斷開，檢測不到加載的監(jiān)測信號。單片機(jī)根據(jù)檢測到的信號有無，就可判斷電纜是否被盜。并通過 485發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)到上位機(jī)，有效的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端報(bào)警。主機(jī)端能根據(jù)不同的 485地址得知具體的報(bào)警位置，能第一時(shí)間趕到報(bào)警點(diǎn)處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用ATMEGA8單片機(jī)作為控制核心，控制系統(tǒng)主要包括包括磁環(huán)線圈上檢測到的信號、信號檢測處理電路、MOS管和變壓器輸出電路、485通信接口、電源等部件。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)見圖 2

[nextpage]

    ATMEGA8的單片微機(jī)是一款高性能、低功耗、非易失性存儲器和數(shù)字集成電路芯片。其最引人注目的是他的 EEPROM電可檫除技術(shù)，閃速存儲器技術(shù)和高質(zhì)量、高可靠性。該類單片機(jī)在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動化工業(yè)控制設(shè)備、宇宙設(shè)備、儀器儀表和各種消費(fèi)類產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要產(chǎn)品特性： 32個(gè) 8 位通用工作寄存器， 2K 字節(jié)在線編程 Flash程序存儲器， 512字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM ，23個(gè)可編程的I/O口，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的 SPI串行接口等，使 ATMEGA8成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為接地電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)提供了靈活而低成本的解決方案。

磁環(huán)耦合線圈結(jié)構(gòu)見圖 3：

    磁環(huán)耦合線圈采用硅剛片（輸出波形頻率可達(dá)幾百赫茲，能滿足要求）材料作骨架，利用線徑 0.3mm的漆包線繞制 200匝以上而成， PWMOUT端子接接地電纜離地較高端，磁環(huán)由 2個(gè)半圓組成，裝在 PWMOUT接到地線的稍微下一點(diǎn)，磁環(huán)上繞有線圈， 2個(gè)引出頭分別為 CY1和 CY2，CY1接到 CY1端子， CY2接到-24V負(fù)電源。裝置采用負(fù)電源供電，能有效避免接地線被腐蝕。

    IRF530MOS管和變壓器輸出，IRF530是 IR公司生產(chǎn) MEX-FET具有放大電流倍數(shù)大、電流大的突出特點(diǎn)。漏極電流在直流時(shí)為 14A，脈沖狀態(tài)時(shí)為 58A，完全能滿足設(shè)計(jì)的輸出功率要求。為了能有效檢測 IRF530MOS管和變壓器輸出的監(jiān)測信號，本設(shè)計(jì)使用鎖相環(huán)同步電路，使得輸入信號與內(nèi)部的振蕩信號同步，當(dāng)監(jiān)測的脈沖信號，由負(fù)到正經(jīng)過的正過零點(diǎn)(或由正到負(fù)經(jīng)過的負(fù)過零點(diǎn))時(shí)，向 CPU傳送電壓過零點(diǎn)檢測的信號，即分別為電壓正半周期和負(fù)半周期產(chǎn)生的 2個(gè)正方波以及正過零點(diǎn)與負(fù)過零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的 2個(gè)正脈沖指令信號，提供給 CPU計(jì)算。

485通信系統(tǒng)
    485通信系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：用于點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)通訊、工業(yè)控制自動化、道路交通控制自動化、智能卡、考勤、門禁、售飯系統(tǒng)、工業(yè)集散分布系統(tǒng)、閉路監(jiān)控、安防系統(tǒng)、 POS系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、自助銀行系統(tǒng)。系統(tǒng)中由于 485總線距離可能比較長，而且處于復(fù)雜的外部環(huán)境，從而容易受到外部環(huán)境的電磁感應(yīng)等外部干擾，為保證通信的可靠。本設(shè)計(jì)采用中繼模式。485通信中繼控制器電路采用單片機(jī) ATMEGA8作為中心控制芯片，用于選擇數(shù)據(jù)通信方向、模式以及數(shù)據(jù)的接收、統(tǒng)計(jì)、分析、處理和發(fā)送等功能。

系統(tǒng)示意圖見圖 4

[nextpage]
    中繼器中的高效的防雷管可以有效地抑制閃電(Lightning)和 ESD，并且提供每線 600W的雷擊浪涌保護(hù)功率?？梢晕胀獠凯h(huán)境的電磁感應(yīng)等外部干擾。從而保護(hù) 485總線的穩(wěn)定性。 485中繼器是光隔離。在現(xiàn)場施工當(dāng)中，由于 485總線的距離比較遠(yuǎn)，在其中形成了電位差，從而產(chǎn)生了共模干擾，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。485總線中繼器的光電隔離器能夠提供 3000V的隔離電壓，可以有效的將 485總線相互隔離，防止共地干擾。其中的 DC/DC模塊，可以將兩端的電源完全隔離。從而實(shí)現(xiàn)完全隔離。

3． 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
軟件流程見圖 5

    本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計(jì)方法，便于功能擴(kuò)展，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 C語言編寫。系統(tǒng)上電以后，初始化 I/O口，開啟看門狗。再開啟 PWM輸出，然后通過撲獲腳不斷撲獲采樣回來的信號，和發(fā)送的 PWM信號頻率進(jìn)行比較。如果一樣或者相差 30HZ以內(nèi)則說明是正常的，電纜沒斷。反之，則表明電纜斷。

    再通過 485實(shí)時(shí)發(fā)送電纜通斷的情況到上位機(jī)程序，讓上位機(jī)程序去判斷電纜通斷，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在軟件應(yīng)用中，適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施是必要的。如在電源、地線、去耦電路、硬件設(shè)計(jì)上采用了單片機(jī)上電復(fù)位電路，而在軟件設(shè)計(jì)中則加入了看門狗和軟件陷阱等抗干擾措施。

上位機(jī)流程圖見圖 6

4 結(jié)束語
    利用單片機(jī)和 485通信電路制作設(shè)計(jì)的電纜防盜報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是可靠性高、準(zhǔn)確度高、造價(jià)低、安裝調(diào)試簡單。通過此方法，筆者開發(fā)出了不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端報(bào)警，同時(shí)主機(jī)端能根據(jù)不同的 485地址得知具體的報(bào)警位置，能第一時(shí)間趕到報(bào)警點(diǎn)處理的電纜防盜報(bào)警器，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，得到了電力部門的一致好評，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文的創(chuàng)新點(diǎn)：運(yùn)用現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動、遠(yuǎn)程監(jiān)測將是電力系統(tǒng)測量技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。本文設(shè)計(jì)的接地電纜防盜報(bào)警器系統(tǒng)正是將自動化控制技術(shù)引入接地電纜測量領(lǐng)域以達(dá)到遠(yuǎn)程自動監(jiān)測的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。