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当前位置:首页 » 检测 » 雷电自动监测系统的研究

雷电自动监测系统的研究

来源:中国防雷 作者:李家雨 更新时间:2010-4-14 10:10:06
摘要:研究了一种雷电自动监测系统,该系统由雷电检测电路、主控MCU、时钟芯片、键盘、液晶显示、串行通讯接口、看门狗及电源监控电路等部分组成的,文中介绍了系统单片机软件设计,给出了程序流程图。
    引言
  
  雷电是自然界中常见的放电现象,当带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,它们之间就会发生激烈的放电。有关研究表明,在地球上任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着,平均每秒有100次闪电,有的闪电的强度可以高达兆伏,具有极大的破坏力。因此,雷电如果击在人或动物身上,由于雷电电流很大、电压很高,能使人或动物的心脏和大脑发生麻痹而造成伤亡[1、2] 。另外,由于各种微电子技术的广泛应用,使微电子设备对电磁脉冲的耐受能力下降,各种微电子设备受雷击危害的情况越来越严重,这种情况主要表现在电力、通讯领域、自动控制领域。据不完全统计,全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失就超过10亿美元。要预防或减轻雷电带来的危害,就必须研究雷电活动的规律和掌握雷电的性质以及各种雷电参数。对于浪涌电压、电流线路的监测可以使用记忆示波器,但其成本高,使用不方便,不可能得到市场的广泛应用,本文介绍了一种雷电自动监测系统,该系统可以记录雷电流大小、雷电产生次数和雷电产生时间的雷电记录仪,具有很强的实用价值,此类智能化雷电检测仪器也是当今雷电检测的发展趋势。
  
  1雷电流强度的分析
  
  雷电对某一导体上产生的浪涌电流是从零到高峰值再衰减为零,如果以时间为横坐标,以电流为纵坐标,这样在该坐标系上描述雷击在某一导体上产生的浪涌电流类似一个正弦波的半周扇形。雷电的破坏力由最大电流与雷击电流的持续时间共同决定的,如果单独以电流的变化时间或是电流的高峰值来确定其破坏力都是不恰当的[3]
  
  如图1所示,这是一次雷击感应在某一导体上产生的浪涌电流的波形。
  如何描述这一浪涌电流的强度:从破坏力分析,我们已经知道,这一浪涌电流的最大值ILM愈大,其破坏力愈大;同时,这一浪涌电流的持续时间△t愈大,其破坏力也必然愈大。显然,我们单独用ILM或者单独用△t来描述雷击浪涌都是不准确的,因为浪涌信号不是方波,所以用ILM△t来表示也不恰当。反映雷击的真实情况,最为准确合理雷击强度的应当是:
  
  这里L既雷击强度,L描述的实质上是雷击波形所包含的面积。由于雷击浪涌的幅度、持续时间都是有很大的随机性,由此导致波形的不同,只有这样才能够最准确地描述雷击包含能量的本质特征[4]
  
  2雷电自动监测系统的硬件组成
  
  本文研究的是一套可以记录雷电流大小、雷电产生次数和雷电产生时间的雷电自动监测系统。此系统以单片机[5]为核心,配以外围相应的功能器件与电路,主要包括:电流检测电路、A/D转换电路、主控MCU、E2PROM、电源监控及看门狗电路、时钟模块、液晶显示模块、键盘控制及用于上位机进行通讯的通讯电路[6]等,设计的总体如下:

  
  图2雷电自动监测系统的结构框图
  ⑴雷电检测电路
  
  如图2,雷电检测电路包括电流互感器、极性变换电路、峰值保持电路、幅值变换电路等几部分。具体实现过程是:雷电信号先通过电流互感器(罗格夫斯基线圈)把雷电感应电流耦合过来,为使测量适应不同极性的输入电压,须加极性变换电路,使后级在同一极性下测量。同时由于从线圈中取出的电流变化很快(μs量级),为测量电流值,采用峰值保持电路来达到保持电流峰值的目的。其次,由于雷电感应电流很大,需要采用一些幅值变换电路把大电流等效为小电流,以便后续电路的处理。
  
  ⑵主控MCU(单片机)
  
  根据检测电路送过来的雷电信号,产生单片机中断,触发A/D转换,记录雷电产生的大小、次数和时间。同时完成对时钟、雷电电流大小的采集和液晶显示的驱动。
本文地址:http://www.jifang360.com/news/2010414/n58325535.html 网友评论: 阅读次数:
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