基于LPC1763的二次電纜對芯器的研制

魯統(tǒng)賀 王沖

摘要：針對變電站新建或設(shè)備檢修過程中二次電纜對芯時間過長、對芯過程繁瑣、甚至接錯等問題，研制專用的便攜式智能對芯器。對芯器由遠端機器和本端機器兩部分組成，兩部分均內(nèi)置35.5WH鋰電池和配套專用充放電保護電路為對芯器提供工作電源，核心處理器均為LPC1763。

關(guān)鍵詞：二次電纜；對芯器；LPC1763；線芯；電網(wǎng)檢修

中圖分類號： TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

隨著用戶負荷的增長和堅強智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，對停電時間及電網(wǎng)可靠性要求也來越高。目前，變電站設(shè)備改造或新建工程越來越多，這些工程往往需要停電施工，其中二次電纜敷設(shè)對芯工作在改造過程中占用很大一部分工期。傳統(tǒng)的二次電纜對芯步驟比較繁瑣、費時、易出錯，這也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了隱患。

1 對芯功能理論分析

單片機實現(xiàn)的對芯功能需要將端口設(shè)置為GPIO模式。因此需要考慮到線芯的電阻損耗以及單片機接口數(shù)量的問題。常用二次電纜線芯最多19芯，市場上常見的單片機的通用輸入輸出口在24～48個之間，LPC1763接口滿足對芯數(shù)量要求。單片機端口輸出高電平的時候，輸出電流I0=1mA；二次電纜線芯材料為純銅，其電阻率為0.0175Ω.mm2/m.根據(jù)電阻計算公式，取二次電纜長度為最大值200m，截面積取最小值1.5mm2，計算得到最大電阻值Rmin為2.3Ω。單片機端口接二次電纜電阻最大時消耗的電壓值最大值U=Rmin I0=2.3×10-3V。單片機端口設(shè)置為輸入口時允許的電壓范圍為2.9～3.3V。也就是說數(shù)字高電平經(jīng)過二次電纜時所消耗的電壓完全可以忽略，接口滿足對芯功能要求。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

為了實現(xiàn)對芯功能，需要在電纜兩端分別連接對芯裝置實現(xiàn)線芯的識別功能。定義電纜近端的機器為本方機，電纜的遠方的機器為遠方機。為了降低研發(fā)成本，本方機與遠方機均采用LPC1763。LPC1763是一個通用的32位微處理器，具有高性能和低功耗的特性。封裝形式為LFP100，其工作速度最高可達100MHZ，具有70個通用IO管腳，帶可配置的上拉/下拉電阻，能夠滿足所有二次電纜型號的對芯要求。

電源系統(tǒng)：電纜對芯工作往往是在無電源的情況下使用的。因此對芯器需要自帶電池系統(tǒng)及充放電電路。為了使用方便，將電源設(shè)計成+5V接口，并提供可移動式電池供電。用1117芯片得到3.3V電源為單片機正常工作提供電源。

液晶顯示電路：選用帶字庫型LCD12864，根據(jù)使用手冊可知要想實現(xiàn)液晶顯示LCD12864的正常工作，需要為其接口提供電源及電源地、對比度調(diào)整電壓、背光電源及電源地、讀/寫、使能、數(shù)據(jù)/指令、八位數(shù)據(jù)線共20個引腳。

接口電路：P0.3、P0.4、P0.6、P0.7、P0.8以及P1.10- P1.18、P2.5- P2.9口設(shè)置為GPIO口引出接到接線端子上面，由接線端子連接到線夾上面，兩端機器的接線端子均從1-20進行編號，其中第20根線接二次電纜的屏蔽線或屏蔽層上作為參考地電平，使用時將線夾接到二次電纜線芯上實現(xiàn)對芯功能。

3 對芯算法設(shè)計

假設(shè)有m根線芯需要對芯，開機前需要兩步準備工作：首先將m轉(zhuǎn)換為8421碼并設(shè)置撥碼開關(guān)狀態(tài)，再將兩端機器的接口分別順序編號，并從1口到m口順序?qū)⒕€芯固定好。對芯工作開始前首先要實現(xiàn)握手功能，以確定對芯器兩端機器均已連接。握手功能：開機后遠方機器先根據(jù)八位撥片開關(guān)狀態(tài)識別線芯數(shù)量為m，在1至m個端口上發(fā)送低電平并保持1s等本端機器接收并等待遠方機器發(fā)送結(jié)束后，輸入口設(shè)置為輸出口在1至m個端口上發(fā)送低電平保持30ms，遠方機器接收到本端的低電平并維持30ms后，認為握手成功可以工作。

對芯算法：遠方機器從1號端口到m號端口按序發(fā)送信號每個端口高電平持續(xù)1s，低電平持續(xù)1s，本端機器根據(jù)接收到的順序經(jīng)過延時（防止變電站高頻環(huán)境下的干擾造成錯誤）以后與本端機器端口號對應(yīng)，并在LCD12864上面顯示，遠方機器每次對應(yīng)以后都要判斷目前發(fā)送的第n個信號是否大于線芯數(shù)m，如果大于則認為對芯結(jié)束，跳出程序。

4 對芯器試驗驗證

4.1 試驗方法

便攜式智能二次電纜對芯器功能測試主要是在35kV馬頭變電站智能化改造施工過程中進行的，實驗環(huán)境為真實變電站環(huán)境。實驗分為兩個階段：第一階段開機檢測對芯器電源輸出正常，液晶顯示邏輯正確，撥碼開關(guān)編碼數(shù)值正確并能夠顯示；第二階段采用對芯器試驗。主要試驗方法描述如下：

第一階段：測試對芯器輸出電源，如果輸出為5V再將電源加到電路板上，開機測試開機界面和工作界面正確，改變撥碼開關(guān)的值能夠在界面上正確顯示。第二階段：選擇1.5*10的二次電纜，長度為100米，將其敷設(shè)在電纜溝內(nèi)。將其一端用專用線夾連接在便攜式智能對芯器遠方機的接口上，另一端連接在對芯器本方機器的端口上。遠方機一直處于開機狀態(tài)，本方機在選擇好所需對芯的線芯以后開機測試，并將測試結(jié)果記錄下來。

根據(jù)二次電纜線芯數(shù)量的不同選擇不同的撥碼開關(guān)狀態(tài)。在該實驗中，撥碼開關(guān)狀態(tài)由4依次調(diào)整到10。

實驗過程中，需要按下翻頁鍵，對芯器開始工作，每屏顯示8個結(jié)果，共分三屏顯示，可由上下翻頁鍵查看。

4.2 試驗結(jié)果

第一階段試驗測試工作電壓平均值為5.1V。顯然對芯器的工作電壓能夠滿足單片機運行需要，可以實現(xiàn)長時間的對芯工作，在變電站環(huán)境中能夠正常工作。

將第二階段試驗測試結(jié)果與傳統(tǒng)對芯結(jié)果一致，而且使用智能二次電纜對芯器以后的對芯工作時間將會大大減少，并且一次性對芯的線芯數(shù)量越多，對芯器的優(yōu)勢越明顯。

綜上可知，便攜式智能對芯器具有成本低廉、安全、快捷、靈活的優(yōu)點，而且縮短的停電檢修時間形成的經(jīng)濟效益和社會效益也很可觀，真正提高了工作效率，提高了供電可靠性。

參考文獻

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