PIC16F877智能高壓脈沖電子圍欄系統的原理
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、電力行業等重要部位的防護。該系統具有整體結構簡單、控制靈活、誤報率低、工作穩定等特點。
1.硬件設計
系統硬件結構框圖如圖1所示。
圖1 系統硬件結構框圖
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。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，諸如模數轉換模塊、三個定時器模塊(TMRO，TMRl and TMR2)、通用同步/步收發器(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
高壓脈沖發生器的電路原理圖如圖3 所示。根據國家安全防范報警系統的規范要求，高壓脈沖間隔是每秒1次，脈沖持續時間≤0.1s，脈沖電量≤2.5mC，脈沖電壓≤8000V。系統采用二級升壓的方式來實現。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檢測，可以判斷有誤非法入侵的發生，采樣光電發送接收方式，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，即圍欄布防、觸網、短路、及斷路。當檢測圍欄有非法入侵時，便發出現場報警， 同時將報警信息傳輸到管理中心的電子地圖顯示。
圖4 脈沖檢測電路圖
圖5 通信電路
1.4 系統通信
根據系統要求，本系統采用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，則系統防拆報警。
1.6 光電報警
系統設計有面板發光二極管顯示和報警蜂鳴器及繼電器控制的現場聲光報警器， 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，電源能實現自動切換，由12V備用蓄電池給系統供電，可保證系統工作狀態的連續性和穩定性
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化程序結構設計，其主要的模塊有PWM信號輸出、A/D轉換、數字反饋、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.控制系統的抗干擾
在單片機構成的實際系統中，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干擾的主要來源，因此電源采用隔離變壓器接入電網，可以有效地防止電網的干擾入侵。
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
本系統既有模擬電路又有數字電路， 特別是高壓脈沖對地線干擾非常大，因此系統設計PCB板時，采用數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，提高了系統穩定性。
參考文獻
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