PIC16F877智能高压脉冲电子围栏系统的原理
智能高压脉冲电子围栏把阻挡和报警两大功能有机的结合起来，是目前国内主流的周界安防设备，特别适合政府、广电行业、电力行业等重要部位的防护。该系统具有整体结构简单、控制灵活、误报率低、工作稳定等特点。
1.硬件设计
系统硬件结构框图如图1所示。
图1 系统硬件结构框图
图2 PIC16F877各引脚在体系功能中的使用状
1.1 PIC16 F877A单片机
图2为PIC16F877各引脚在体系功能中的使用状态。Microchip公司生产的MCU PIC16F877[1-4]是一款较新的中档产品，它具有高速（Harvard结构）、低功耗、较大的拉电流和灌电流(拉电流/灌电流为25mA)、高代码压缩率、抗*力强、流水线取指令、FLASH存储器、E2PROM以及性价比高等特点．除此之外，MCU PIC16F877 还有许多功能模块，诸如模数转换模块、三个定时器模块(TMRO，TMRl and TMR2)、通用同步/步收发器(USART)模块、主控同步串行接口(MSSP)模块以及两个捕捉/比较/PWM 等等。
1.2 高压驱动
高压脉冲发生器的电路原理图如图3 所示。根据国家安全防范报警系统的规范要求，高压脉冲间隔是每秒1次，脉冲持续时间≤0.1s，脉冲电量≤2.5mC，脉冲电压≤8000V。系统采用二级升压的方式来实现。由单片机输出口OUT1作为功率传输与控制，采用PWM方式，脉宽采用固定周期为50 lLS，占空比为10:1的脉冲序列，通过T2和Q2和C2实现次升压，达到C2电容上电压到600V，并通过改变单片机输出口OUT1的脉冲序列的占空比来达到控制高、低压和开、关机器的功能。由计算机控制输出口OUT2给定每秒一次、脉冲宽度为280¨s的脉冲，通过Q1，T1升压至8000V实现高压脉冲输出。
图3 高压脉冲驱动电路原理图
1.3 脉冲检测
高压脉冲被传输至电子围栏和脉冲检测电路。通过脉冲检测也就是对围栏的状态检测，可以判断有误非法入侵的发生，采样光电发送接收方式，使得有效隔离高压脉冲与计算机的物流连接，脉冲检测电路如图4 所示。对4线制围栏来说有4个独立的检测电路，PIC16F877单片机通过对4个信号之间不同的高低电平组合起来判断围栏的工作状态，即围栏布防、触网、短路、及断路。当检测围栏有非法入侵时，便发出现场报警， 同时将报警信息传输到管理中心的电子地图显示。
图4 脉冲检测电路图
图5 通信电路
1.4 系统通信
根据系统要求，本系统采用RS485芯片作为通信接口，应用PIC16F877单片机标准USART模块采用半双工查询方式与上位机通信，并接收上位机指令。通信电路如图5所示。
1.5 防拆报警
采用反射型红外探测的方式，由PIC16 F877单片机输出20MS周期脉冲，并检测接收脉冲，如遇机箱打开，接收脉冲消失，则系统防拆报警。
1.6 光电报警
系统设计有面板发光二极管显示和报警蜂鸣器及继电器控制的现场声光报警器， 并通过RS485通信上传至管理中心电脑。
1.7 电源
本系统采用外部电源AC220V/DC24V供电。当外部电源出故障或掉电是，电源能实现自动切换，由12V备用蓄电池给系统供电，可保证系统工作状态的连续性和稳定性
2.软件设计
软件采用模块化结构，使用C语言编程，并在单片机上实时仿真以优化程序结构设计，其主要的模块有PWM信号输出、A/D转换、数字反馈、通信及显示报警、电源管理等。主程序流程如图6所示。
图6 主程序流程
3.控制系统的抗干扰
在单片机构成的实际系统中，特别是高压电路情况下，抗干扰是一个十分重要的问题。本系统采用了硬件和软件的抗干拢措施两。
3.1 隔离技术
在高、低压回路之间使用红外光电隔离和脉冲变压器隔离，从而提高了控制系统的抗*力和安全性能。
3.2 抗干扰电源
由于供电电源是单片机系统干扰的主要来源，因此电源采用隔离变压器接入电网，可以有效地防止电网的干扰入侵。
3.3 配置去耦电容
每个集成电路芯片都安装0.1 lxF的电容，消除了大部分的高频干扰。
3.4 良好接地
本系统既有模拟电路又有数字电路， 特别是高压脉冲对地线干扰非常大，因此系统设计PCB板时，采用数字地和模拟地分别接地，并通过磁珠在一点连接的接地方法， 有效地减少了相互干扰，提高了系统稳定性。
参考文献
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