基于WIFI控制的线路故障模拟系统的设计方案
2022-06-08
文/黄伟强
摘 要：本文主要介绍了WIFI控制的线路故障模拟系统。在智能手机上运行WIFI控制软件，通过WIFI连接到故障模拟系统，无线设置或解除线路模拟故障，为电气线路检修等课程教学提供一种新颖的教学设备。
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关键词 ：WIFI控制电气线路 故障模拟
电气线路检修是训练学生分析线路原理、查找线路故障、解决线路问题的一门课程。由于缺乏教学设备或设置线路故障麻烦等原因，导致实操教学效果不佳。因此，笔者研发了该系统，其可以通过智能手机或键盘对系统进行控制，模拟线路的短路、断路和接触电阻过大的故障。该系统可以实现在待检修线路上快速设置或解除线路故障的目的，避免对线路实物进行反复拆卸或人工设置故障，从而使电气线路检修课程的实操教学变得更加便捷。
一、总体方案
系统由16路故障模拟单元、单片机控制单元、键盘、WIFI无线传输模块以及WIFI控制软件组成如图1所示，单片机接收来自WIFI模块或键盘的控制命令，并将故障设置信息传送给故障模拟单元；WIFI控制软件通过手机与WIFI模块连接，WIFI模块与单片机连接，实现WIFI控制软件设置故障和显示故障状态的目的。
二、系统硬件设计
1.故障模拟单元
系统的每路故障模拟单元都由继电器J1、继电器J2、电阻R1等元件组成，如图2所示。故障模拟接线端子连接待检修的电气线路，当继电器J1和继电器J2都处于失电状态时，该单元是处于短路状态；当继电器J1或继电器J2处于失电状态时，该单元是处于断路状态；当继电器J1和继电器J2都处于得电状态时，该单元是处于接触电阻过大状态。
2.控制单元
系统采用STC15F2K60S2单片机作为控制单元。单片机的P3.2和P3.3连接标准键盘，负责接收键盘输入的控制命令；单片机的串口2连接WIFI模块，负责与WIFI建立数据通信；单片机的其余32个通用IO口经光耦隔离后驱动故障模拟单元的继电器，每2个IO口负责控制一路故障模拟单元。
3.WIFI模块
该系统采用的是ESP8266串口WIFI 无线模块，其运行在AP模式下，用户手机通过WIFI功能连接该无线接入点。该WIFI模块通过LWIP协议与手机上的WIFI控制软件实行数据传输，通过AT指令与单片机实行数据传输，从而实现从手机的WIFI控制软件到单片机的数据透明传输功能。
三、系统软件设计
单片机软件包括初始化、密码确认、建立WIFI通信、键盘扫描、更新信息、故障设置、刷新输出等内容。手机WIFI控制软件包括了WIFI初始化、密码确认、建立连接、读取信息、故障设置、接收和发送数据等内容。单片机软件和手机软件流程图如图3所示。
四、使用效果
以“启动、停止控制线路”的故障模拟为例，如图4所示，通过手机软件或键盘设置短路故障（BC点）、断路故障（FG点）、接触电阻过大故障（ED点）。故障原因及现象如下，BC点短路，按停止按钮SB2无法让线路停止工作；FG点断路，按SB1启动按钮却无法让KM自锁；ED点接触电阻过大，会让停止指示灯变暗。学生根据故障现象和线路工作原理，利用万用表进行检修。学生找出一个故障点，告诉教师，教师即可通过手机软件或键盘解除该故障点，直到该控制线路恢复正常的功能为止。该线路故障模拟系统具有故障设置直观、操作方便、通用性强、扩展性能好等优点。在教学实践中表明，该系统可以避免反复拆装而导致损坏设备、模拟效果好、教学效果好。
（作者单位：广州市公用事业技师学院）