摘要：本文論述了軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備溫濕度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括整體方案、硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決傳統(tǒng)對(duì)低壓供電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行人工巡檢測(cè)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題。本系統(tǒng)以STC單片機(jī)為核心，利用DTH11溫濕度傳感器、ESP8266 WIFI模塊、LCD1602液晶顯示屏等元件。整個(gè)系統(tǒng)充分利用了STC單片機(jī)的內(nèi)部資源，最大程度地簡化了硬件電路，使系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比和可靠性。

關(guān)鍵詞：低壓設(shè)備;溫濕度檢測(cè);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP274 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1007-9416（2020）06-0000-00

0 引言

目前，地鐵車站和區(qū)間的低壓供電系統(tǒng)設(shè)備均采用交流380/220V電源供電，電源取自降壓變電所及跟隨式降壓變電所。低壓供電系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行決定了地鐵的安全性、可靠性和舒適度。因此，為之提供電源的低壓供電系統(tǒng)設(shè)備是南京地鐵能否正常運(yùn)營的基礎(chǔ)。

地鐵車站一般分為站廳、站臺(tái)、公共區(qū)、設(shè)備區(qū)，主要低壓供電系統(tǒng)設(shè)備（包括低壓開關(guān)柜、應(yīng)急照明電源裝置、低壓配電箱）多數(shù)集中在設(shè)備區(qū)內(nèi)。目前在建和開通的地鐵項(xiàng)目中暴露出低壓供電系統(tǒng)設(shè)備部分較為嚴(yán)重的安全隱患[1]。

濕度過大會(huì)引發(fā)低壓供電系統(tǒng)設(shè)備故障，溫度過高會(huì)加速低壓供電系統(tǒng)設(shè)備絕緣的破壞和老化，從而造成極為嚴(yán)重的安全隱患，嚴(yán)重影響南京地鐵運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。因此，提前預(yù)防與消除安全隱患，對(duì)保證南京地鐵安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)營有重要的實(shí)際意義。

但目前地鐵對(duì)低壓供電系統(tǒng)設(shè)備排除故障主要以人工手持檢測(cè)儀進(jìn)行巡檢，存在工作量大，不能及時(shí)排查故障等缺點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)的人工巡檢測(cè)試的方法已經(jīng)不太適合低壓供電系統(tǒng)設(shè)備排除故障工作。

針對(duì)上述情況，本文設(shè)計(jì)了一套軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備溫濕度監(jiān)測(cè)控制方案，不用人工干預(yù)或是盡量少用人工干預(yù)下完成以往可能需要消耗大量人力效率極低可靠性又不夠高的工作[2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本著操作簡便、安全可靠、效率高的目標(biāo)，軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備溫濕度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到以下要求：DTH11溫濕度采集電路將溫濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)STC89C51進(jìn)行處理。LCD1602顯示電路用于顯示下位機(jī)處理好的溫濕度。當(dāng)設(shè)備溫濕度超過設(shè)定的報(bào)警闕值時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。ESP8266 WIFI模塊實(shí)現(xiàn)將下位機(jī)向上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸[3]。

軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備溫濕度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要由STC89C51單片機(jī)、最小系統(tǒng)電路、下載電路、按鍵電路、溫濕度傳感器電路、LCD1602顯示電路、報(bào)警指示電路、ESP8266 WIFI模塊組成[4]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器的設(shè)計(jì)

主控制器采用宏晶科技公司推出的新一代STC89C51單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)，具有高速，低功耗，抗干擾超強(qiáng)的功能。STC89C51單片機(jī)有如下特點(diǎn)：工作電壓分為兩種：5V（3.3V-5.5V），3V（2.0V-3.8V）;工作頻率：0～40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)到48MHz; 用戶應(yīng)用程序空間8K;512字節(jié)RAM;通用I/O口（32個(gè)），P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉;具有看門狗功能;有T0、T1、T2共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;工作溫度：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）或0～75℃（商業(yè)級(jí)）。STC89C51引腳接線圖如圖2所示。

2.2 最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及電源電路。時(shí)鐘電路為單片機(jī)工作提供基本時(shí)鐘，復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到初始值。電源電路為單片機(jī)提供工作電源[5]。

2.2.1時(shí)鐘電路

單片機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)下嚴(yán)格地按照時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要地時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路采用2個(gè)30pF的電容和一個(gè)12MHz的晶振組成，如圖3所示。

2.2.2復(fù)位電路

復(fù)位電路有一個(gè)非鎖存按鈕和一個(gè)電解電容，當(dāng)按下按鈕時(shí)，該電容向單片機(jī)的RST發(fā)送一個(gè)高電平，沒有按下時(shí)RST端輸入的是低電平。復(fù)位電路如圖4所示。

2.2.3電源電路

電源電路由三節(jié)干電池和單極/雙擲開關(guān)組成，為單片機(jī)提供4.5V的直流電。電源電路如圖5所示。

2.3 下載電路的設(shè)計(jì)

下載器接口接到單片機(jī)的TXD和RXD接口，實(shí)現(xiàn)電腦和單片機(jī)的通信，并將程序燒寫至單片機(jī)中。下載電路如圖6所示。

2.4 按鍵電路的設(shè)計(jì)

用四個(gè)按鍵來調(diào)節(jié)按鍵電路，其中按鍵一是用來更改模式，模式一為溫度上限的修改，模式二為溫度下限的修改，模式三為濕度上限的修改，模式四為濕度下限的修改。按鍵二是在修改模式是下的累加鍵，修改精度為小數(shù)點(diǎn)后面兩位。按鍵三是在修改模式下的遞減鍵，修改精度精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。按鍵四是確認(rèn)鍵，在修改完成后按下確認(rèn)鍵，則保存修改后的數(shù)值。按鍵一按第五下返回實(shí)時(shí)顯示溫濕度的畫面。按鍵電路如圖7所示[6]。

2.5溫濕度采集電路的設(shè)計(jì)

溫濕度采集電路采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，該傳感器應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。溫濕度傳感器DHT11在使用時(shí)，必須在電源和連接串口之間接上一個(gè)上拉電阻，如圖3所示，1引腳接電源，2引腳接單片機(jī)P3.7串行口，3引腳必須空懸，4引腳用來接地。溫濕度采集電路如圖8所示[7]。

2.6 LCD1602顯示電路的設(shè)計(jì)

LCD1602顯示電路采用LCD1602液晶顯示屏用來進(jìn)行顯示。單片機(jī)將溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，由LCD1602進(jìn)行顯示溫濕度信息。LCD1602顯示電路如圖9所示。

LCD1602顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16引腳接口。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的P0.0～P0.7引腳接LCD1602的7～14引腳，用以LCD1602液晶顯示屏的字幕顯示;單片機(jī)的P2.6引腳來連接LCD1602的4引腳，用P2.5引腳來連接LCD1602的5引腳，用P2.7引腳來連接LCD1602的6引腳，用以向LCD1602液晶顯示屏寫入指令命令;LCD1602的1引腳接電源VCC，2引腳用來接地，3引腳接滑動(dòng)變阻器來改變調(diào)節(jié)電壓，15，16引腳可以用來調(diào)節(jié)顯示屏的背光亮度[8]。

2.7報(bào)警指示電路的設(shè)計(jì)

用四個(gè)發(fā)光二極管來做報(bào)警指示燈，分別是溫度上限報(bào)警指示燈、溫度下限報(bào)警指示燈、濕度上限報(bào)警指示燈、濕度下限報(bào)警指示燈。采用的接線方法是共陰極接線，只有當(dāng)輸入的電壓為高電平的時(shí)候發(fā)光二極管才會(huì)亮，否則發(fā)光二極管就會(huì)滅。蜂鳴器用于在發(fā)生警報(bào)時(shí)發(fā)出警報(bào)聲。報(bào)警指示電路如圖10所示[9]。

2.8 ESP8266 WIFI模塊電路的設(shè)計(jì)

ESP8266 WIFI模塊電路以ESP8266繼電器、WIFI模塊為核心，USB轉(zhuǎn)TTL模塊為橋梁，從而實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)處理后的溫濕度信息傳輸給個(gè)人移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)的目的。ESP8266 WIFI模塊電路如圖11所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在程序運(yùn)行過程之中必須先進(jìn)行初始化操作，包括溫濕度測(cè)量子程序、按鍵子程序、LCD1602顯示子程序、無線傳輸子程序、報(bào)警子程序以及各個(gè)控制端口的初始化操作。

在初始化過后進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)，并判斷實(shí)時(shí)溫濕度是否超出設(shè)定值得上下限。若實(shí)時(shí)溫濕度超出（低于）設(shè)定值得上下限，則調(diào)用報(bào)警子程序。檢測(cè)值在LCD1602上顯示，并利用無線傳輸模塊發(fā)送至個(gè)人移動(dòng)終端進(jìn)行顯示。主程序流程圖如圖所示12所示[10]。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)以STC單片機(jī)為核心，利用DTH11溫濕度傳感器、ESP8266 WIFI模塊、LCD1602液晶顯示屏等元件。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通低壓供電系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決傳統(tǒng)對(duì)低壓供電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行人工巡檢測(cè)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題[11]。整個(gè)系統(tǒng)充分利用了STC單片機(jī)的內(nèi)部資源，最大程度地簡化了硬件電路，使系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比和可靠性。

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收稿日期：2020-05-08

課題：南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目，編號(hào)：JZ1804。

作者簡介：潘彩霞（1982—），女，江蘇江陰人，碩士，講師，研究方向：軌道交通機(jī)電一體化。