PIC16F877智能高壓脈沖電子圍欄系統(tǒng)的原理
智能高壓脈沖電子圍欄把阻擋和報警兩大功能有機的結合起來，是目前國內主流的周界安防設備，特別適合政府、廣電行業(yè)、電力行業(yè)等重要部位的防護。該系統(tǒng)具有整體結構簡單、控制靈活、誤報率低、工作穩(wěn)定等特點。
1.硬件設計
系統(tǒng)硬件結構框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結構框圖
圖2 PIC16F877各引腳在體系功能中的使用狀
1.1 PIC16 F877A單片機
圖2為PIC16F877各引腳在體系功能中的使用狀態(tài)。Microchip公司生產的MCU PIC16F877[1-4]是一款較新的中檔產品，它具有高速（Harvard結構）、低功耗、較大的拉電流和灌電流(拉電流/灌電流為25mA)、高代碼壓縮率、抗*力強、流水線取指令、FLASH存儲器、E2PROM以及性價比高等特點．除此之外，MCU PIC16F877 還有許多功能模塊，諸如模數(shù)轉換模塊、三個定時器模塊(TMRO，TMRl and TMR2)、通用同步/步收發(fā)器(USART)模塊、主控同步串行接口(MSSP)模塊以及兩個捕捉/比較/PWM 等等。
1.2 高壓驅動
高壓脈沖發(fā)生器的電路原理圖如圖3 所示。根據(jù)國家安全防范報警系統(tǒng)的規(guī)范要求，高壓脈沖間隔是每秒1次，脈沖持續(xù)時間≤0.1s，脈沖電量≤2.5mC，脈沖電壓≤8000V。系統(tǒng)采用二級升壓的方式來實現(xiàn)。由單片機輸出口OUT1作為功率傳輸與控制，采用PWM方式，脈寬采用固定周期為50 lLS，占空比為10:1的脈沖序列，通過T2和Q2和C2實現(xiàn)次升壓，達到C2電容上電壓到600V，并通過改變單片機輸出口OUT1的脈沖序列的占空比來達到控制高、低壓和開、關機器的功能。由計算機控制輸出口OUT2給定每秒一次、脈沖寬度為280¨s的脈沖，通過Q1，T1升壓至8000V實現(xiàn)高壓脈沖輸出。
圖3 高壓脈沖驅動電路原理圖
1.3 脈沖檢測
高壓脈沖被傳輸至電子圍欄和脈沖檢測電路。通過脈沖檢測也就是對圍欄的狀態(tài)檢測，可以判斷有誤非法入侵的發(fā)生，采樣光電發(fā)送接收方式，使得有效隔離高壓脈沖與計算機的物流連接，脈沖檢測電路如圖4 所示。對4線制圍欄來說有4個獨立的檢測電路，PIC16F877單片機通過對4個信號之間不同的高低電平組合起來判斷圍欄的工作狀態(tài)，即圍欄布防、觸網(wǎng)、短路、及斷路。當檢測圍欄有非法入侵時，便發(fā)出現(xiàn)場報警， 同時將報警信息傳輸?shù)焦芾碇行牡碾娮拥貓D顯示。
圖4 脈沖檢測電路圖
圖5 通信電路
1.4 系統(tǒng)通信
根據(jù)系統(tǒng)要求，本系統(tǒng)采用RS485芯片作為通信接口，應用PIC16F877單片機標準USART模塊采用半雙工查詢方式與上位機通信，并接收上位機指令。通信電路如圖5所示。
1.5 防拆報警
采用反射型紅外探測的方式，由PIC16 F877單片機輸出20MS周期脈沖，并檢測接收脈沖，如遇機箱打開，接收脈沖消失，則系統(tǒng)防拆報警。
1.6 光電報警
系統(tǒng)設計有面板發(fā)光二極管顯示和報警蜂鳴器及繼電器控制的現(xiàn)場聲光報警器， 并通過RS485通信上傳至管理中心電腦。
1.7 電源
本系統(tǒng)采用外部電源AC220V/DC24V供電。當外部電源出故障或掉電是，電源能實現(xiàn)自動切換，由12V備用蓄電池給系統(tǒng)供電，可保證系統(tǒng)工作狀態(tài)的連續(xù)性和穩(wěn)定性
2.軟件設計
軟件采用模塊化結構，使用C語言編程，并在單片機上實時仿真以優(yōu)化程序結構設計，其主要的模塊有PWM信號輸出、A/D轉換、數(shù)字反饋、通信及顯示報警、電源管理等。主程序流程如圖6所示。
圖6 主程序流程
3.控制系統(tǒng)的抗干擾
在單片機構成的實際系統(tǒng)中，特別是高壓電路情況下，抗干擾是一個十分重要的問題。本系統(tǒng)采用了硬件和軟件的抗干攏措施兩。
3.1 隔離技術
在高、低壓回路之間使用紅外光電隔離和脈沖變壓器隔離，從而提高了控制系統(tǒng)的抗*力和安全性能。
3.2 抗干擾電源
由于供電電源是單片機系統(tǒng)干擾的主要來源，因此電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)，可以有效地防止電網(wǎng)的干擾入侵。
3.3 配置去耦電容
每個集成電路芯片都安裝0.1 lxF的電容，消除了大部分的高頻干擾。
3.4 良好接地
本系統(tǒng)既有模擬電路又有數(shù)字電路， 特別是高壓脈沖對地線干擾非常大，因此系統(tǒng)設計PCB板時，采用數(shù)字地和模擬地分別接地，并通過磁珠在一點連接的接地方法， 有效地減少了相互干擾，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
參考文獻
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