一種便攜式帶電線路探測儀的設計

摘 要：本文設計了一種便攜式帶電線路探測儀，以STC12C5A60S2芯片為核心，利用傳感器檢測帶電線纜周圍的電場信號，在探測到照明線纜時以蜂鳴提示，在整個探測結束后顯示探測線纜所在路徑。經測試該系統采集的各項技術指標均達到設計要求。

關鍵詞：STC12C5A60S2單片機；12864顯示屏；帶電線路探測儀

1 引言

電力工人在線纜施工和日常巡檢中，經常會遇到帶電線纜所在路徑不明，為消除隱患需要對帶電線纜尋蹤定位，或者將某一特定線纜從一束線纜中識別出來。針對以上需要，本題設計一種便攜式帶電線路探測儀，可對墻體、天棚、地板及地下線纜進行尋蹤，并能根據帶電線纜的信號強弱來區分不同的線路，避免了誤斷運行線纜事故的發生，提高了施工維修效率，保障了操作人員的人身安全。

2 項目原理

STC12C5A60S2單片機是1T高速超強抗干擾的系統級芯片，具有與AT89C52兼容的微控制器的內核，與MCS-51指令集完全兼容，真正10位、250ksps的8通道模擬多路開關的ADC。具有可編程數據更新方式。64K字節編程的FLASH存儲器，1K字節的片內RAM。可尋址64k字節地址空間的外部數據存儲器接口，硬件實現的SPI和兩個UART。STC12C5A60S2單片機具有標準AT80S52的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其他數字外設及功能部件，性能遠優越于AT89C52。該設計利用STC12C5A60S2內置的10位A/D高速采樣，實現信號的區分。以高精度的SD2405API時鐘芯片進行精確的時間計時，其總線模式符合I2C總線模式。其次采用路徑傳感器與時間提示相結合的方法進行定位識別，確保較為精確的路徑識別。

3 硬件電路設計

3.1 系統總體框圖

如圖1所示，該設計采用單片機作為檢測和控制核心，在進行檢測時不需要與線纜直接接觸，檢測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時間。

3.2 檢測電路

線纜信號檢測電路中的傳感器采用銅片電容設計。利用銅片檢測所處位置交流電場，在檢測電路中產生感應電流信號，對該信號進行整形放大。傳感器用于讀取電場信號，是整個設備的信號源。傳感器可在距離被測線纜線3-5cm處，感應出信號的存在，但此時的信號相對較弱，隨著檢測距離縮短，信號將越來越強。如圖2所示。

3.3 顯示屏電路

利用單片機編程實現帶電線纜的檢測后，在屏上依次顯示本次檢測到的線纜路徑，即線纜所經過的大致方位，以及本次檢測時間。具體電路見圖3。

3.4 蜂鳴器電路

即檢測提示電路，當檢測到線纜信號時，單片機P2.3口送一信號驅動三極管8050驅動蜂鳴器鳴響。具體電路如圖4。

3.5 時鐘電路

從檢測開始到結束，以高精度的SD2405API時鐘芯片進行精確的時間計時，計算整個過程所使用的時間并顯示。具體電路如圖5所示。

3.7 電路原理圖

最小系統板框圖如圖6所示，最小系統板采用1T高速STC12C5A60S2工業低價芯片，符合AD采樣高速需求，模擬I2C總線檢測時鐘，控制蜂鳴器鳴響，12864顯示屏顯示，檢測路徑傳感器。

4 程序設計

本設計軟件采用C語言編寫，其編譯調試采用Keil Vision3開發環境。系統上電后，主程序先對單片機中各I/O口，定時器/計數器，以及顯示屏進行初始化。對帶電線纜開始定位。當檢測到帶電線纜后開始計時，并根據采樣數據判別線纜的位置，記錄線纜及其位置序號。檢測過程中，每隔一定時間記錄一次線纜位置，直到檢測不到數據為止。結束計時以后，在顯示屏上顯示出線纜所在位置及檢測時長。系統軟件設計如圖7所示。

5 項目測試及分析

測試條件：在厚度為5mm五合板正反面畫上7×7方格，兩面精準對應，方格線條的寬度不大于2cm，且為實線條；每個方格的大小為15cm×15cm，并標上方格序號，在五合板背面布設兩根材質完全相同線纜，兩根線纜相距一定間距，并可在7×7方格組成的區域內根據需要任意調整布線，線纜1接11W節能燈，線纜2接60W白熾燈，由各自開關控制亮滅。模型如下圖8所示。

1）線纜1帶電，線纜2不帶電時，線纜探測儀進行探測，記錄兩組數據，可單獨測試出線纜1所在位置。

2）線纜1帶電，線纜2不帶電時，并且二者最近距離小于1格時，線纜探測儀進行探測，記錄兩組數據，可分辨出線纜1所在方格。

3）線纜1、2均帶電時，且最小距離大于1格時，能判別出信號較強的線纜2。

6 結束語

綜上所述，本文設計的簡易照明線路測試儀采用單片機作為檢測和控制核心，在進行檢測時不需要與電線直接接觸，檢測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時間，該系統信號穩定，使用安全方便，可靠性高，基本滿足測試要求。

[參考文獻]

[1]曾慶沛.淺談電力電纜故障探測技術.科技資訊，2010.07.

[2]王朝旭.電纜探測儀與故障定位系統.電氣時代，2005.03.

[3]胡延如.低頻電子技術.高等教育出版社，2008年，第二版.