微機防誤閉鎖系統的電腦鑰匙用于在操作過程中接收五防主機發出的操作票，然后按照操作票內容依次對電編碼鎖和機械編碼鎖進行解鎖操作，即對運行人員的實際操作進行監控。操作過程中，電腦鑰匙給出操作提示，運行人員應按照電腦鑰匙的提示逐步進行正確操作。若運行人員的實際操作與電腦鑰匙的提示不符，則電腦鑰匙將發出報警并強制閉鎖，從而有效避免誤操作事故的發生。

1 電腦鑰匙工作流程

電腦鑰匙的數據傳輸流程如圖l所示。

在工控主機內，預先存儲了所有沒備的操作規則。工控主機通過紅外線通信口將正確的操作內容輸入電腦鑰匙，運行人員用電腦鑰匙就可到現場進行操作。操作時，在電腦鑰匙的顯示屏上將順序顯示正確的操作內容，并通過光電采碼頭檢測操作對象足否正確。若正確，則開放閉鎖電路打開機械編碼鎖，允許對刀閘或斷路器進行操作。當一項操作結束后，電腦鑰匙會自動顯示下一項操作內容;若走錯間隔操作，則不能開鎖，電腦鑰匙發出報警聲以提醒操作人員，并給出操作提示。操作全部結束后。應將電腦鑰匙放回工控主機前的通信充電座，執行回傳操作，實現現場狀態與后臺操作票管理系統開關對位。二者相符，說明操作完成，工控主機記憶現場沒備狀態，完成對位，準備下次操作。

2 電腦鑰匙的工作原理與實現

圖2為電腦鑰匙的硬件系統框圖。

硬件系統電路包含以下幾部分：開關電路、I/O口擴展控制電路、驗電、采碼、電源監視、語音及紅外光電傳感器等電路。

2.1 開關電路的實現

圖3為開關電路。

當開關確認鍵KO未按下時，繼電器TQ2-L2（雙觸點）的7、8端相連，3、4端相連。晶體管V1（PNP）的基極通過R1下拉電阻接地，電阻Rl無電流通過，基極相當于直接接地，為低電位。當開關確認鍵KO按下時，Kon2為高電位，R1兩端具有電位差生成電流，基極變為高電位，晶體管PNP開始工作（相當于IC為IB控制的電流源），E極與C極導通，7、8端接地。線圈6（GND）-10（VIN+）端具有電位差而吸合，7、8跳開，8、9吸合;3、4跳開，2、3吸合。整個過程的目的就是輸出端2與3連接電池正極，從而向低電壓線性穩壓器MAXl818輸出電池正電壓。

線圈5-l的5端R3_SET平時為高電位;置0時，線圈5-l兩端有電位差，使得7、8端相連，3、4端相連，從而達到關機的目的。

2.2 I/O口擴展控制電路的實現

圖4為I/O口擴展控制電路。因為此電路外設電路模塊數量較多，且都是具有新型的串行外圍接口的器件，要求單片機具有相應的串行口實現功能，所以采用模擬傳送技術，用單片機的通用I/O口來模擬串行接口，實現對外圍器件的讀/寫/片選/時序的控制。就能使目前具有串行接口的外圍器件應用在單片機系統中。這種模擬傳送方式消除了串行擴展的局限性，擴大了各類串行擴展接口器件的應用范圍。

單片機經P2.5口與2個具有8位移位寄存器、輸出鎖存的68595和74HC595A芯片構成一個16位的串行輸入并行輸出的移位寄存器，具有高阻關斷狀態的I/O口擴展控制電路。

控制數據從MCU的P2.5口輸出傳入68595的SERIN口，再由SER OUT口把高8位傳入SERIAL口，使得68595內存中有控制數據的低8位，74HC595A內存中有控制數據的高8位。68595由DMOS驅動，74HC595A由CMOS驅動，所以不需要外接驅動即可直接驅動，并且其輸出鎖存、移位時不會影響輸出。

68595驅動能力強，可控制大功率的器件，如開關TQ2-L2等。74HC595A驅動能力弱，可控制功耗小的芯片，如時鐘電路的片選、Flash ROM的片選和硬件寫保護及液晶電路的背光控制。

2.3 驗電功能的實現

圖5所示為驗電檢測電路。

當電腦鑰匙嵌入到工作回路現場時，現場的回路有正反兩種可能，所以在AA端并入兩條各由3個大小相同、方向相反的整流二極管支路。每個二極管的壓降為O.7 V，3個形成2.1 V的壓降。電流整流后變為直流。PS2505_1為光電耦合器，無電流時，3-4端斷路，4端通過上拉電阻R1與圖7中VTEST相連，為高電位。當有電流時，發光二極管發光，受光管（光敏三極管）受光導通，由4端檢測得到電信號而變為低電平，然后由連接電路傳送信號到單片機檢測端口上。

利用光電耦合器的開關特性可實現具有共模抑制的串行接口功能，達到隔離輸入數據和系統電平的目的。利用光電耦合器的線性組合，可直接對模擬信號進行抗共模傳送。由于光電耦合器的線性耦合區一般只能在某一個特定的范圍內，因此應保證被測信號的變化范圍始終在此線性區域內。不過，光電耦合器“線性區”實際上仍有非線性失真，故應適當采取非線性校正措施，否則將產生較大的誤差。

2.4 采碼功能的實現

圖6所示為采碼電路。

DS9092R信息鈕扣iButton（information Button）進行現場數據采集，然后由DS9503采碼隔離處理信號，經INDATA信號線傳入單片機可編程I/O口P1.0。

在采碼電路中，靜電容易在測試設備上積累高達4000V的電壓且放電不宜察覺，但當芯片受到商能靜電放電時可能會導致永久性破壞。因此，采用適當的ESI（靜電放電靈敏器件）保護電路，以防止芯片性能降低和功能損失。這里選用DS9503，以保護DS9092R采集數據進行采碼隔離。

2.5 電源監視功能的實現

圖7所示為電源監視電路。

MAX708是一種用于電源故障或低電池告警的電壓監視器。電源故障輸入端PFI接電池的正極，串R1與R2接地的支路的中間，取其電位差值;電源故障輸出端PFO接單片機的P3.4（TO）口。當PFI端低于1.25V時，電源故障輸出端PFO輸出下降，不用時，連接PFI到地或VCC;當PFI端高于1.25V時，電源故障輸出端PFO降低并吸收電流，否則PFO端保持高電位。

其芯片有兩個高低復位輸出端——RESET低電平有效復位輸出和RESET高電平有效復位輸出，分別連接單片機（MCU）與外部存儲器（Flash RAM）的高低復位端。當電源故障或低電池告警時，可以分別同時重啟這兩個芯片。

2.6 語音功能的實現

語音芯片（ISD4002）的片選、時鐘和數據傳輸都由單片機控制。單片機控制要播放內容的每一段地址來實現語音播放。語音芯片每播出一段音樂，其中斷INT端口便會給單片機傳送信息，單片機會根據相應的程序來確定現時的語音內容地址。閑時INT端通過上拉電阻與電源相連為高電平、高阻態，其工作時有電流通過，為低電平。其語音輸出由AUDIO OUT端輸出到功放LM4862。

2.7 紅外光電傳感器功能的實現

圖8為紅外光電傳感電路。

紅外光電傳感電路由發光二極管、接收三極管、電源、限流電阻和上拉電阻組成。

無線紅外信號輸入時，發光二極管斷開，接收三極管的RXD端為高電平;當發光二極管接收到紅外信號時，發光二極管發光，接收三極管的RXD端由高電平變為低電平，實現信號檢測。

平時電腦鑰匙放在充電座（充電座通過數據線與工控主機相連）上，通過充電座上相應的一對紅外光電隔離，接收工控主機傳送的操作票信息;工作時取出電腦鑰匙到現場鎖具開鎖，解除機械鎖與電編碼鎖。最后放回充電座通過紅外光電傳感器與工控主機反饋現場信息。

充電通信板實現給電池充電和通信信號的光電轉換功能。

結語

該電腦鑰匙外圍電路設計上采用了單片機作為主機，使該設備所需片外模塊較少，減小了體積，降低了成本，增強了系統抗干擾能力，可靠性高，滿足了電力系統運行對防誤閉鎖裝置中電腦鑰匙安全性要求。已經在實際的系統中投入運行，效果良好。

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