基于WIFI控制的線路故障模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

黃偉強(qiáng)

摘 要：本文主要介紹了WIFI控制的線路故障模擬系統(tǒng)。在智能手機(jī)上運(yùn)行WIFI控制軟件，通過WIFI連接到故障模擬系統(tǒng)，無線設(shè)置或解除線路模擬故障，為電氣線路檢修等課程教學(xué)提供一種新穎的教學(xué)設(shè)備。

關(guān)鍵詞：WIFI控制電氣線路 故障模擬

電氣線路檢修是訓(xùn)練學(xué)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(xué)設(shè)備或設(shè)置線路故障麻煩等原因，導(dǎo)致實(shí)操教學(xué)效果不佳。因此，筆者研發(fā)了該系統(tǒng)，其可以通過智能手機(jī)或鍵盤對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在待檢修線路上快速設(shè)置或解除線路故障的目的，避免對(duì)線路實(shí)物進(jìn)行反復(fù)拆卸或人工設(shè)置故障，從而使電氣線路檢修課程的實(shí)操教學(xué)變得更加便捷。

一、總體方案

系統(tǒng)由16路故障模擬單元、單片機(jī)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(jī)接收來自WIFI模塊或鍵盤的控制命令，并將故障設(shè)置信息傳送給故障模擬單元；WIFI控制軟件通過手機(jī)與WIFI模塊連接，WIFI模塊與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)WIFI控制軟件設(shè)置故障和顯示故障狀態(tài)的目的。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.故障模擬單元

系統(tǒng)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(dāng)繼電器J1和繼電器J2都處于失電狀態(tài)時(shí)，該單元是處于短路狀態(tài)；當(dāng)繼電器J1或繼電器J2處于失電狀態(tài)時(shí)，該單元是處于斷路狀態(tài)；當(dāng)繼電器J1和繼電器J2都處于得電狀態(tài)時(shí)，該單元是處于接觸電阻過大狀態(tài)。

2.控制單元

系統(tǒng)采用STC15F2K60S2單片機(jī)作為控制單元。單片機(jī)的P3.2和P3.3連接標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，負(fù)責(zé)接收鍵盤輸入的控制命令；單片機(jī)的串口2連接WIFI模塊，負(fù)責(zé)與WIFI建立數(shù)據(jù)通信；單片機(jī)的其余32個(gè)通用IO口經(jīng)光耦隔離后驅(qū)動(dòng)故障模擬單元的繼電器，每2個(gè)IO口負(fù)責(zé)控制一路故障模擬單元。

3.WIFI模塊

該系統(tǒng)采用的是ESP8266串口WIFI 無線模塊，其運(yùn)行在AP模式下，用戶手機(jī)通過WIFI功能連接該無線接入點(diǎn)。該WIFI模塊通過LWIP協(xié)議與手機(jī)上的WIFI控制軟件實(shí)行數(shù)據(jù)傳輸，通過AT指令與單片機(jī)實(shí)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)從手機(jī)的WIFI控制軟件到單片機(jī)的數(shù)據(jù)透明傳輸功能。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件包括初始化、密碼確認(rèn)、建立WIFI通信、鍵盤掃描、更新信息、故障設(shè)置、刷新輸出等內(nèi)容。手機(jī)WIFI控制軟件包括了WIFI初始化、密碼確認(rèn)、建立連接、讀取信息、故障設(shè)置、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)等內(nèi)容。單片機(jī)軟件和手機(jī)軟件流程圖如圖3所示。

四、使用效果

以“啟動(dòng)、停止控制線路”的故障模擬為例，如圖4所示，通過手機(jī)軟件或鍵盤設(shè)置短路故障（BC點(diǎn)）、斷路故障（FG點(diǎn)）、接觸電阻過大故障（ED點(diǎn)）。故障原因及現(xiàn)象如下，BC點(diǎn)短路，按停止按鈕SB2無法讓線路停止工作；FG點(diǎn)斷路，按SB1啟動(dòng)按鈕卻無法讓KM自鎖；ED點(diǎn)接觸電阻過大，會(huì)讓停止指示燈變暗。學(xué)生根據(jù)故障現(xiàn)象和線路工作原理，利用萬用表進(jìn)行檢修。學(xué)生找出一個(gè)故障點(diǎn)，告訴教師，教師即可通過手機(jī)軟件或鍵盤解除該故障點(diǎn)，直到該控制線路恢復(fù)正常的功能為止。該線路故障模擬系統(tǒng)具有故障設(shè)置直觀、操作方便、通用性強(qiáng)、擴(kuò)展性能好等優(yōu)點(diǎn)。在教學(xué)實(shí)踐中表明，該系統(tǒng)可以避免反復(fù)拆裝而導(dǎo)致?lián)p壞設(shè)備、模擬效果好、教學(xué)效果好。

（作者單位：廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院）