一种冲击电压发生器的无线控制系统的制作方法

本发明涉及一种高电压试验领域，尤其是涉及一种冲击电压发生器的无线控制系统。

背景技术：

冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，用于研究电力设备遭受过电压时的绝缘性能。在做冲击试验等各种试验时，常使用plc控制器来实现试验过程的自动控制，而将控制程序和控制终端(上位机)之间进行有效的连接可以提高控制系统的可靠性和工作效率。

现阶段普遍采用的是电缆或光纤作为控制程序和上位机之间的传输介质，其优点是传输信号相对稳定，不容易受外界信号的干扰。但也正因其采用实体介质传输信号，造成了其局限性大，传输距离受线路的长短所影响；扩展性差，布线工作复杂繁琐。且当线路遇到故障时维护维修的难度大，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冲击电压发生器的无线控制系统，能够扩大控制区域和试验区域之间的距离，减少在试验过程中高压和电磁信号对控制区域内电气设备的影响，便于在现场试验中应用，同时降低布线的成本以及后续运维成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种冲击电压发生器的无线控制系统，包括上位机和冲击电压发生器，所述冲击电压发生器连接被试品，还包括控制端无线收发模块和动作端无线收发模块，所述控制端无线收发模块与上位机连接，所述动作端无线收发模块与冲击电压发生器连接，所述上位机依次通过控制端无线收发模块和动作端无线收发模块连接冲击电压发生器。

所述冲击电压发生器包括发生器本体和控制处理单元，所述控制处理单元的一端连接动作端无线收发模块，另一端连接发生器本体。

所述动作端无线收发模块与冲击电压发生器通过串口连接。

无线收发模块包括电源模块、无线收发电路和低功耗微控制器，所述电源模块的输出端分别连接无线收发电路和低功耗微控制器，所述无线收发电路与低功耗微控制器连接。

所述电源模块包括锂电池组和电源检测及保护电路，所述锂电池组通过电源检测及保护电路连接无线收发电路和低功耗微控制器。

所述锂电池组的输出电压为9v。

所述电源检测及保护电路包括电池接口、第一电感、第一二极管、稳压管、气体放电管和第一电阻，

所述第一电感的一端连接电池接口的输出端，另一端分别连接第一二极管的正极、稳压管的负极和第一电阻的一端，所述稳压管的正极接地，所述第一二极管的负极和电池接口的输入端连接锂电池组，所述第一电阻的另一端接地，所述气体放电管的一端连接电池接口的输出端，另一端接地。

所述发生器本体包括球距控制端、开关控制端、充电控制端、充电检测端、放电触发端、保护控制端；

所述控制处理单元包含plc、球距调节模块、投切处理模块、充电处理模块、放电处理模块和保护处理模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：基于无线通信方式控制冲击电压发生器能够尽可能的减少上位机控制端和冲击发生器本体之间的物理连接，能够扩大控制区域和试验区域之间的距离，减少在试验过程中高压和电磁信号对控制区域内电气设备的影响，便于在现场试验中应用，同时降低布线的成本以及后续运维成本。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为电源模块输入电源检测和保护电路示意图；

图3是电源模块电源发生电路图；

图4是无线收发电路图；

图5是低功耗微控制器电路图；

图6是冲击电压发生器操作流程图；

其中：1、上位机，2、控制端无线收发模块，3、动作端无线收发模块，4、控制处理单元，5、发生器本体，6、被试品，21、控制端无线收发模块的无线收发电路，22、控制端无线收发模块的低功耗微控制器，23、控制端无线收发模块的电源模块，31、动作端无线收发模块的无线收发电路，32、动作端无线收发模块的低功耗微控制器，33、动作端无线收发模块的电源模块，41、球距调节模块，42、投切处理模块，43、充电处理模块，44、放电处理模块，45、保护处理模块，51、球距控制端，52、开关控制端，53、充电控制端，54、充电检测端，55、放电触发端，56、保护控制端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种冲击电压发生器的无线控制系统，其通过无线传输的方式实现控制终端与控制处理单元之间的通信，如图1所示，包括上位机1和冲击电压发生器，冲击电压发生器连接被试品6，还包括控制端无线收发模块2和动作端无线收发模块3，控制端无线收发模块2与上位机1连接，动作端无线收发模块3与冲击电压发生器连接，上位机1依次通过控制端无线收发模块2和动作端无线收发模块3连接冲击电压发生器。

冲击电压发生器包括发生器本体5和控制处理单元4，控制处理单元4的一端连接动作端无线收发模块3，另一端连接发生器本体5。上位机1和控制处理单元4的通信数据通过控制端无线收发模2块和动作端无线收发模块3传递。

发生器本体5包括球距控制端51、开关控制端52、充电控制端53、充电检测端54、放电触发端55、保护控制端56；控制处理单元4包含plc、球距调节模块41、投切处理模块42、充电处理模块43、放电处理模块44和保护处理模块45。

动作端无线收发模块3与冲击电压发生器5通过串口连接。

本实施例中的控制终端(即上位机)运用专业软件vb编程设计成便于操作的控制工作界面，系统的运行参数及测量结果以数字量的形式在操作界面上实时显示，在操作界面上可以完成冲击电压系统所有的设定，即充电电压、充电时间、触发方式等，并监控和测量其运行状态等功能，各功能相对独立，互为补充。

无线收发模块采用射频(“radiofrequency”简称“rf”)技术，无线收发模块包括电源模块、无线收发电路和低功耗微控制器，电源模块的输出端分别连接无线收发电路和低功耗微控制器，无线收发电路与低功耗微控制器连接。

电源模块包括锂电池组和电源检测及保护电路，锂电池组通过电源检测及保护电路连接无线收发电路和低功耗微控制器，锂电池组的输出电压为9v，电源检测及保护电路包括电池接口、第一电感、第一二极管、稳压管、气体放电管和第一电阻，第一电感的一端连接电池接口的输出端，另一端分别连接第一二极管的正极、稳压管的负极和第一电阻的一端，稳压管的正极接地，第一二极管的负极和电池接口的输入端连接锂电池组，第一电阻的另一端接地，气体放电管的一端连接电池接口的输出端，另一端接地。

具体的，电源检测及保护电路可以有效防止因意外出现的瞬态高电压对电路、芯片产生损坏。输入电源检测和保护电路如图2所示。电路中p5为电池接口，其中p5中的1脚连接第一电感l3的1脚、连接气体放电管gdt1中的1脚；第一电感l3中的2脚连接电阻r34中的2脚、连接第一二极管d4中的1脚、连接稳压管d6中的1脚；第一二极管d4中的2脚为输出3.3v；稳压管d6中的2脚连接地。后续电压发生电路如图3所示。其中u5为电源芯片(mf2374)。u5中的2脚连接电感l1中的2脚、连接电阻r36中的1脚；u5中的7脚连接电阻r36中的2脚、连接电阻r37中的2脚、连接电容c18中的2脚；电容c18中的1脚连接电阻r37中的1脚，再连接到地。电感l1中的2脚连接电容c11中的2脚、连接电容c12中的1脚；u5中1脚连接电容c14中的1脚；u5中3脚连接电容c14中的2脚、连接二极管d7中的1脚、连接电感l2中的1脚；u5中的5脚连接电阻r46中的1脚、连接电阻r47中的1脚；电感l2中的2脚连接二极管d5中的1脚、连接电容c19中的1脚、连接电阻r46中的2脚、连接r130中的1脚；三极管q7中的1脚连接电阻r67中的1脚、连接电阻r99中的1脚、连接二极管d5中的2脚；q7中的3脚连接电阻r99中的2脚；q7中2脚连接电阻r66中的1脚、连接电阻r67中的2脚；芯片vr1中的1脚连接电容c35中1脚、连接电容c36中的1脚；芯片vr1中的3脚连接电容c37中的1脚、连接电阻r89中的1脚。

无线收发电路采用基于430mhz～510mhz频段的无线收发芯片cc1101。在进行数据发送时，对于来自于串行接口的外部数据，cc1101在收到数据后将数据存放到缓存器中，然后再将数据送到处理器进行处理，处理后的数据被送入调制器中，进过调制器后的信号再通过混频器，将频率调节到合适的信道上，最后通过功率放大器将信号输送到差分引脚上进行数据的传输。当cc1101接收数据时，外部的数据首先从差分信号引脚输入，再经过低噪音放大器处理，然后送到混频器中，混频器产生的信号经过ad转换、增益自动控制和滤波后，再有送到解调器进行纠错和交织编码，最终将接收到无线信号转换成数值数据存放到缓存器中，再通过信号引脚送到微控制器。其电路图如图4所示。cc1101通过4线spi兼容接口(si，so，sclk和csn)配置。这个接口同时用作写和读缓存数据。spi接口上所有的处理都同一个包含一个读/写位，一个突发访问位和一个6位地址的头字节一起作用。在地址和数据转换期间，csn脚(芯片选择，低电平有效)必须保持为低电平。如果在过程中csn变为高电平，则转换取消。当csn变低，在开始转换头字节之前，mcu必须等待，直到so脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在运作中。除非芯片处在sleep或xoff状态，so脚在csn变低之后总会立即变低。

cc1101主要引脚功能如下:1脚为vcc引脚，需要连接外部电源，连接jp1中1脚；16和19脚为gnd脚，连接jp1中8脚；2脚为gdo1脚，连接jp16脚；3脚为gdo2脚连接jp1中7脚；4脚为vcc脚；5脚连接电容c51中1脚；6脚为gdio0脚；7脚为csn脚连接jp1总3脚；8脚连接晶振x1中1脚和电容c151脚；9脚连接vcc；10脚连接晶振x1中3脚和电容c151脚；电容c15中2脚、电容c16中2脚和电容c51中2脚连接地；晶振x1中4脚和2脚连接地。芯片cc1101中11脚连接vcc；12脚连接电感l5中1脚和电容c11中1脚；13脚连接电容c6中1脚和电感l2中1脚；14脚和15脚连接vcc；17脚连接电容r12中1脚；20脚连接ji1中5脚；电容r12中2脚连接地；电感l5中2脚连接电容c14中1脚，c14中2脚连接地；电容c11中2脚、电感l2中2脚连接电感l3中1脚；l3中2脚连接电容c13中1脚和电感l4中1脚；电容c13中2脚连接地；电感l4中2脚连接电容c12中1脚和电容c10中1脚；电容c12中2脚连接地；电容c10中2脚连接天线。

低功耗微控制器采用at89s51。该控制器具有高速、低功耗、超强抗干扰的特点，并且具有丰富的片内资源，其电路如图5所示。mcu控制器中2脚连接mosi；3脚连接电阻r2中的2脚；5脚连接电容c1中的2脚；6脚连接miso；7脚连接电阻r1中的1脚、电容c3中的1脚、电容c2中的1脚、电容c4中的1脚；8脚连接电阻r1中的2脚；11脚连接sck；12脚连接电阻r4脚；13脚连接电阻r3脚；14脚连接csn；电阻r2中的2脚连接电容c1中1脚；电容c4中的2脚连接电容c2中2脚、电容c3中2脚。电阻r4中2脚连接d2中1脚；电阻r3中的2脚连接d1中的1脚；d1中的2脚连接d2中的2脚；电阻r2中的1脚连接电源。

控制处理单元(即下位机)和冲击电压发生器本体：

本实施例中球距调节模块与球距控制端相连，用于调节球距。投切处理模块与开关控制器相连，用于电源的投切。充电处理模块与充电控制端和充电检测端相连，充电处理模块向充电控制端发送充电命令，充电检测端实时检测电压并返回给充电处理模块，当充电电压达到预设值时，充电处理模块停止为冲击电压发生器本体充电。放电处理模块与放电触发端相连，用于触发点火球隙，使冲击电压发生器动作。保护处理模块与保护控制端相连，用于控制系统接地和急停等。

本实施实例中冲击电压发生器的控制流程为：操作人员通过上位机控制端输入试验所需试验电压幅值、波形极性、稳压时间等参数，上位机程序自动计算充电速度、所需球隙距离等参数，并将计算所得参数通过无线传输模块传输到控制处理单元中的plc。随后球距调节模块动作控制球隙距离，投切处理模块动作合上电源，充电处理模块动作使冲击电压发生器开始充电，冲击电压发生器的充电检测端实时返回当前电压值给充电处理模块，当电压达到预设电压值时停止充电，并进行一定时间的稳压。充电完成后，放电处理模块发送触发信号到放电触发端，引起点火球隙放电。放电完成后，保护控制模块发送接地信号使冲击电压发生器接地等。其流程图如图6所示。

本实施例按本发明方法实现了基于无线通信的冲击电压发生器的控制，上位机控制端和冲击发生器本体之间通过射频的方式传递信号，从而控制冲击电压发生器的动作。