2023电赛J题【线路故障自动检测系统】等长差分队

一，介绍

2023电赛J题【线路故障自动检测系统】国赛作品

本作品进入了国赛复测，但因为程序BUG，止步国二

此BUG现在已经修复。

 

本作品使用常用元件，完成赛题要求的全部要求，供电仅需要type-c USB供电，自制成本低，适合仿制、复现

 

二，题目要求

1. 基本要求

图1中开关S为闭合状态。线路网络中只存在一个电感元件或电容元件故障。

按下启动键后，系统自动检测并显示故障元件编号及故障类型（断路或短路）。

1. 发挥部分

开关S为断开状态

1. 线路网络中有一个二极管存在断路故障。同时，还存在一个电感或电 容元件故障。按下启动键后，系统自动检测并显示故障元件编号及故障类型。
2. 线路网络或无故障，或只存在一个电感或电容元件故障，或二极管中有一个存在断路故障的同时还存在一个电感或电容元件故障。

按下启动键后，系统自动检测并显示系统状态（是否有故障），以及在有故障时故障元件编号及故 障类型。

1. 其他。

三，设计摘要

整体结构简单，使用常见元件，低成本完成题目要求。

本系统以STM32F103为整个设计的控制核心。整个系统由主控芯片系统电路部分、信号缓冲电路、ADC采样电路、继电器控制多路复用电路、电容测量电路、电阻测量电路、按键电路及显示电路组成。

设计中结合了两种测量方法。一是谐振法，由单片机定时器生成720KHz的方波信号，送入待测电路，在出端进行ADC采样，即采样电路输出电压的数字值。反复多次检测，建立样本模型，在实际检测中对比判定。

二是测量法，即将对应被测电路代入电容测量电路和电感测量电路对部分故障点进行数值对比，判断并显示了被测电路的故障位置和类型。

结合以上两种检测方式，精确判定并显示了被测电路的故障位置和类型。经多次调试，实现测量系统预期功能。

 

建议使用贴片电容（精度：±10%）工字电感（精度：±10%）通过串并联完成题目要求。

 

由于电容电感生产均有误差，注入的方波信号频率需要根据自己板子来调节，大概是600Khz~900Khz，不同频率下输出的信号不一样，也可以使用多个频率，多次测量，增加准确性。

 

电容和电感的测量并不需要反推准确值，只需要对比出各种情况大概值即可推断故障位置和类型。

 

四，测量流程图

先通过A+注入720KHZ方波，B+输出，B-接地，信号缓冲后ADC采样，通过比较信号峰峰值对比，可以确定电感短路和电容开路。

 

 

如果ADC反馈为4096，说明B+端无信号，进入测电容环节：关闭信号产生，测量B+至B-电容总量，反推出电感开路位置。

 

 

 

如果ADC反馈为0，说明B+接地，进入测电感环节：关闭信号产生，A+接入3.3V，B-接入测电感电路，通过比较电感量，反推出电容断路位置。

 

 

测二极管：关闭信号产生、A-拉到高电平，测量B-电平推断D1是否故障；再B-拉到高电平，测量A-电平推断D2是否故障。

 

 

 

 

五，题目分析

题目为信号传输线路等效网络线路故障自动检测系统，一定和信号有关。根据等效模型，大概率和阻抗等参数有关。

通过观察题目电路图，可以使用多次测量不同参数来推断出故障位置和类型。

还有种方法测量电压差和电流相位，应该是可行的，但我并未验证。

六，硬件电路组成

信号传输线路等效网络由题目要求规定，用跳线帽模拟故障

立创打板，使用了电赛12小时加急券

 

 

 

测量系统的电路主要由单片机最小系统，多路复用电路、电容测量电路、电容测量电路组成。

 

 

单片机最小系统为BluePill小蓝板

 

 

通过继电器来实现多路复用

 

 

 

多谐振荡器NE555，通过输出方波的频率反推线路电容大小。

 

 

 

通过三点谐振，NE555做施密特触发器，输出频率反推电感大小。

 

 

 

七，程序流程图

 

程序内写有大量注释，可供参考

八，实物展示

九，附件内容

附件一：程序源码（keil配合STM32CubeMX）
附件二：演示视频