CN109087547A - 一种基于单片机的线路故障设置系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单片机的线路故障设置系统，包括主控模块、液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块和继电器驱动模块，主控模块与液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块电连接，继电器驱动模块与位移缓存模块电连接；用户通过操作按键模块输入对应的考核电路的故障点编号，主控模块输出控制位移缓存模块和继电器驱动模块动作，从而将考核电路对应的断路故障点断开，或短路故障点短接，模拟出考核电路某种故障状态，由考生通过工具排查确认，再通过键盘模块输入判断结果，主控模块最后根据故障的设置信息和判断结果，在液晶屏驱动模块给出相应的比对结果；具有开发成本低，简单实用，易操作等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种线路故障设置系统，用于维修电工故障排查考核实训，特别是一种基于单片机的线路故障设置系统。
背景技术
在高校中，故障排查的考核向来是维修电工工种技能鉴定的重点项目，它反映了维修电工一定的综合技能，因此，教师们常常将这个项目设为“否定项”，即如果本项考核不合格的话，则视整个考核不合格，因此，无论是综合实训、还是技能考核方面考虑，故障排查乃是维修电工工种的核心技能，是教师在实践教学和技能考核培训的重点项目。
目前在高校中，故障排查项目的考核实训装置线路故障设置系统有两种类型，一种是采用船型开关对线路进行简单通断控制，另一种是采用可编程器+人机交互界面的大型设计；前者设计过于简陋，使用不方便且耗时；后者功能虽多，但结构较为复杂，导致设计成本高，且不便于维护。因此，有必要开发设计一种价格低廉，简单实用，便于高校师生自行开发改造的线路故障设置系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种开发成本低，简单实用，易操作的线路故障设置系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于单片机的线路故障设置系统，包括主控模块、液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块和继电器驱动模块，所述主控模块分别与所述液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块电连接，所述继电器驱动模块与所述位移缓存模块电连接。
所述主控模块包括处理器U1、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、上拉电阻R0、电阻R1、电阻R3、重启按钮S1和插接器P1，所述上拉电阻R0设置有9个引脚，所述上拉电阻R0的2-9引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接，所述上拉电阻R0的1引脚与所述处理器U1的VCC引脚相连接，所述插接器P1的1引脚与所述上拉电阻R0的1引脚和所述处理器U1的VCC引脚之间的节点相连接；所述插接器P1的2引脚和3引脚相连接后与所述处理器U1的VSS引脚连接；所述晶振Y1的一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL1引脚，另一路通过所述电容C1接地，所述晶振Y1的另一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL2引脚，另一路通过所述电容C2后与所述电容C1共接地；所述处理器U1的RST引脚分两路，一路先后通过所述电阻R1和重启按钮S1接VCC电源，另一路通过所述电阻R3接地；所述电容C3的一端接所述重启按钮S1与VCC电源之间的节点，另一端接所述电阻R3与所述处理器U1的RST引脚之间的节点；所述处理器U1的EA/VPP引脚接VCC电源；所述处理器U1的PSEN引脚和ALE/PROG引脚悬空。
所述位移缓存模块包括位移缓存器U2和位移缓存器U3，所述位移缓存器U2和U3的8引脚和13引脚均接地；所述位移缓存器U2和U3的10引脚和16引脚接VCC电源；所述位移缓存器U2和U3的12引脚接所述处理器U1的P35引脚；所述位移缓存器U2和U3的11引脚接所述处理器U1的P36引脚；所述位移缓存器U2的14引脚接所述处理器U1的P34引脚；所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚与所述继电器驱动模块连接；所述位移缓存器U2的9引脚接所述位移缓存器U3的14引脚；所述位移缓存器U3的9引脚悬空。
所述继电器驱动模块包括若干个继电器驱动电路，各个继电器驱动电路的输入端分别与所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚相连接，各个继电器驱动电路的输出端与插接器P2和/或插接器P3相连接。
所述液晶屏驱动模块包括液晶显示屏LCD1和可调电阻R2，所述液晶显示屏LCD1的1引脚和16引脚接地；所述液晶显示屏LCD1的2引脚和15引脚接VCC电源；所述液晶显示屏LCD1的3引脚接所述可调电阻R2后分两路，一路接地，另一路接悬空；所述液晶显示屏LCD1的4-6引脚分别与所述处理器U1的P27、P26和P25引脚连接，所述液晶显示屏LCD1的7-14引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接。
所述按键模块为一矩阵键盘，所述矩阵键盘包括按键S2-S17，所述按键S14的一端接所述处理器U1的P13引脚，另一端接所述处理器U1的P14引脚；所述按键S10的一端接所述处理器U1的P12引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S6的一端接所述处理器U1的P11引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S2的一端接所述处理器U1的P10引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S17的一端接所述按键S14与所述处理器U1的P13引脚之间的节点，另一端接所述处理器U1的P17引脚；所述按键S13的一端接所述按键S10与所述处理器U1的P12引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S9的一端接所述按键S6与所述处理器U1的P11引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S5的一端接所述按键S2与所述处理器U1的P10引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S15的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P15引脚；所述按键S11的一端接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S7的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S3的一端接所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S16的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P16引脚；所述按键S12接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S8的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S4的一端所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点。
本发明的有益效果是：本发明的用户通过操作按键模块输入对应的考核电路的故障点编号，主控模块输出控制位移缓存模块和继电器驱动模块动作，从而将考核电路对应的断路故障点断开，或短路故障点短接，模拟出考核电路某种故障状态，由考生通过工具排查确认，再通过键盘模块输入判断结果，主控模块最后根据故障的设置信息和判断结果，在液晶屏驱动模块给出相应的比对结果；具有开发成本低，简单实用，易操作等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图之一；
图2是本发明的结构示意图之二；
图3是本发明的电路原理图的第一部分；
图4是本发明的电路原理图的第二部分；
图5是本发明的电路原理图的第三部分；
图6是本发明的电路原理图的第四部分。
具体实施方式
参照图1至图6，一种基于单片机的线路故障设置系统，包括主控模块、液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块和继电器驱动模块，所述主控模块分别与所述液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块电连接，所述继电器驱动模块与所述位移缓存模块电连接；用户通过操作按键模块输入对应的考核电路的故障点编号，主控模块输出控制位移缓存模块和继电器驱动模块动作，从而将考核电路对应的断路故障点断开，或短路故障点短接，模拟出考核电路某种故障状态，由考生通过工具排查确认，再通过键盘模块输入判断结果，主控模块最后根据故障的设置信息和判断结果，在液晶屏驱动模块给出相应的比对结果，具有开发成本低，简单实用，易操作等优点。
本实施例中，所述主控模块包括处理器U1(为51系列单片机)、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、上拉电阻R0、电阻R1、电阻R3、重启按钮S1和插接器P1，本实施例中，所述上拉电阻为排阻，所述上拉电阻R0设置有9个引脚，所述上拉电阻R0的2-9引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接，所述上拉电阻R0的1引脚与所述处理器U1的VCC引脚相连接，所述插接器P1的1引脚与所述上拉电阻R0的1引脚和所述处理器U1的VCC引脚之间的节点相连接；所述插接器P1的2引脚和3引脚相连接后与所述处理器U1的VSS引脚连接；所述晶振Y1的一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL1引脚，另一路通过所述电容C1接地，所述晶振Y1的另一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL2引脚，另一路通过所述电容C2后与所述电容C1共接地；所述处理器U1的RST引脚分两路，一路先后通过所述电阻R1和重启按钮S1接VCC电源，另一路通过所述电阻R3接地；所述电容C3的一端接所述重启按钮S1与VCC电源之间的节点，另一端接所述电阻R3与所述处理器U1的RST引脚之间的节点；所述处理器U1的EA/VPP引脚接VCC电源；所述处理器U1的PSEN引脚和ALE/PROG引脚悬空。
所述位移缓存模块包括位移缓存器U2和位移缓存器U3，所述位移缓存器U2和U3的8引脚和13引脚均接地；所述位移缓存器U2和U3的10引脚和16引脚接VCC电源；所述位移缓存器U2和U3的12引脚接所述处理器U1的P35引脚；所述位移缓存器U2和U3的11引脚接所述处理器U1的P36引脚；所述位移缓存器U2的14引脚接所述处理器U1的P34引脚；所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚与所述继电器驱动模块连接；所述位移缓存器U2的9引脚接所述位移缓存器U3的14引脚；所述位移缓存器U3的9引脚悬空；本实施例中，所述位移缓存器U2和U3的型号为74HC595，所述位移缓存器U2的9引脚与所述位移缓存器U3的14引脚连接，实现两个位移缓存器的级联，由于一个74HC595位移缓存器有8位并行数据输出口(即位移缓存器的1-7引脚和15引脚)，级联后，可实现16个故障点的设置；本实施例中，处理器U1的P34引脚作串行数据输出接口，与所述位移缓存器U2的串行数据输入口(即位移缓存器U2的14引脚)连接，相应的bit位对应相应的故障号(如bit0位为1，则表示第1号故障点被设置)；所述处理器U1的P36引脚作为移位时钟输出，通过P36引脚的时钟完成P34引脚输出的串行数据在位移缓存器U2和U3内部寄存器的移位；所述处理器U1的P35引脚作为位移缓存器U2和U3的数据输出更新控制，当位移缓存器U2和U3内部寄存器的数据移位完成后，处理器U1通过P35引脚输出一个低电平，完成位移缓存器U2和U3内部移位寄存器到D型锁存器的数据输出，而完成故障设置信息的更新；通过位移缓存器U2和U3进行串行数据转并行输出(基于SPI同步通信协议)，能够有效节省单片机U1的IO口的使用，方便教师和学生后期对系统进行改造设计，有效提高系统后续的扩展性。
所述继电器驱动模块包括若干个继电器驱动电路，本实施例中，继电器驱动模块由十六个结构相同的继电器驱动电路组成，各个继电器驱动电路的输入端分别与所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚相连接，各个继电器驱动电路的输出端与插接器P2和/或插接器P3相连接，本实施例中，插接器P2和P3各有24个引脚；由于各个继电器驱动电路相同，本实施例中，提供其中一个继电器驱动电路的电路连接图(为了便于区分描述，下面称为继电器驱动电路A)，所述继电器驱动电路A包括三极管Q1、二极管D1、电阻R4、发光二极管DS1和微型继电器j1，所述三极管Q1的e极接VCC电源，所述三极管Q1的b极与所述位移缓存器U2的15引脚相连接，所述三极管Q1的c极分两路，一路接所述微型继电器j1的5引脚，另一路先后通过电阻R4和发光二极管DS1，接所述微型继电器j1的2引脚；所述二极管D1的一端接在所述三极管Q1的c极与所述微型继电器j1的5引脚之间的节点，另一端分两路，一路接地，另一路接所述微型继电器j1的2引脚；所述微型继电器j1的3引脚悬空，微型继电器j1的1、4和6引脚分别接所述插接器P2和/或P3的任意3个引脚；本实施例中，三极管Q1能够增大位移缓存器U2的15引脚的输出电流，由于位移缓存器U2自身的驱动能力不足，通过接入三极管Q1，使位移缓存器U2能够驱动微型继电器j1动作；所述二极管D1起到为微型继电器j1动作续流的作用；所述电阻R4和发光二极管DS1用于故障设置信息的输出提示；本实施例中，其他继电器驱动电路的结构与继电器驱动电路A相同，其他继电器驱动电路的三极管依次与所述位移缓存器U2和U3的其他并行数据输出口(即位移缓存器的1-7引脚和15引脚)连接，用于增大各个引脚的输出电流。
所述液晶屏驱动模块包括液晶显示屏LCD1和可调电阻R2，所述液晶显示屏LCD1的1引脚和16引脚接地；所述液晶显示屏LCD1的2引脚和15引脚接VCC电源；所述液晶显示屏LCD1的3引脚接所述可调电阻R2后分两路，一路接地，另一路接悬空；所述液晶显示屏LCD1的4-6引脚分别与所述处理器U1的P27、P25和P25引脚连接，所述液晶显示屏LCD1的7-14引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接；本实施例中，处理器U1的P00-P07引脚，以及P25、P26和P27引脚配合完成液晶显示屏LCD1的显示驱动，其中，P00-P07引脚作为液晶显示屏LCD1的数据端，P25、P26和P27引脚为液晶显示屏LCD1的控制端，具体地，P25引脚为使能位，P26引脚作为读/写选择，用于选择P00-P07引脚的输入是地址信息还是数据信息；可调电阻R2用于液晶显示屏LCD1的亮度调节。
所述按键模块为一矩阵键盘，所述矩阵键盘包括按键S2-S17，所述按键S14的一端接所述处理器U1的P13引脚，另一端接所述处理器U1的P14引脚；所述按键S10的一端接所述处理器U1的P12引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S6的一端接所述处理器U1的P11引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S2的一端接所述处理器U1的P10引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S17的一端接所述按键S14与所述处理器U1的P13引脚之间的节点，另一端接所述处理器U1的P17引脚；所述按键S13的一端接所述按键S10与所述处理器U1的P12引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S9的一端接所述按键S6与所述处理器U1的P11引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S5的一端接所述按键S2与所述处理器U1的P10引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S15的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P15引脚；所述按键S11的一端接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S7的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S3的一端接所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S16的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P16引脚；所述按键S12接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S8的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S4的一端所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；本实施例中，各个按键逐一置位于处理器U1的P10-P13引脚，处理器U1再通过扫描其P14-P17引脚所接收的值来确定是哪个按键被按下，在处理器U1中，每一个按键都有唯一的键值，在不同的菜单下代表唯一的功能含义，参照图2，处理器U1通过键值来确认用户的输入信息。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (6)
1.一种基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于它包括主控模块、液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块和继电器驱动模块，所述主控模块分别与所述液晶屏驱动模块、按键模块、位移缓存模块电连接，所述继电器驱动模块与所述位移缓存模块电连接。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于所述主控模块包括处理器U1、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、上拉电阻R0、电阻R1、电阻R3、重启按钮S1和插接器P1，所述上拉电阻R0设置有9个引脚，所述上拉电阻R0的2-9引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接，所述上拉电阻R0的1引脚与所述处理器U1的VCC引脚相连接，所述插接器P1的1引脚与所述上拉电阻R0的1引脚和所述处理器U1的VCC引脚之间的节点相连接；所述插接器P1的2引脚和3引脚相连接后与所述处理器U1的VSS引脚连接；所述晶振Y1的一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL1引脚，另一路通过所述电容C1接地，所述晶振Y1的另一端分两路，一路接所述处理器U1的XTAL2引脚，另一路通过所述电容C2后与所述电容C1共接地；所述处理器U1的RST引脚分两路，一路先后通过所述电阻R1和重启按钮S1接VCC电源，另一路通过所述电阻R3接地；所述电容C3的一端接所述重启按钮S1与VCC电源之间的节点，另一端接所述电阻R3与所述处理器U1的RST引脚之间的节点；所述处理器U1的EA/VPP引脚接VCC电源；所述处理器U1的PSEN引脚和ALE/PROG引脚悬空。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于所述位移缓存模块包括位移缓存器U2和位移缓存器U3，所述位移缓存器U2 和U3的8引脚和13引脚均接地；所述位移缓存器U2和U3的10引脚和16引脚接VCC电源；所述位移缓存器U2和U3的12引脚接所述处理器U1的P35引脚；所述位移缓存器U2和U3的11引脚接所述处理器U1的P36引脚；所述位移缓存器U2的14引脚接所述处理器U1的P34引脚；所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚与所述继电器驱动模块连接；所述位移缓存器U2的9引脚接所述位移缓存器U3的14引脚；所述位移缓存器U3的9引脚悬空。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于所述继电器驱动模块包括若干个继电器驱动电路，各个继电器驱动电路的输入端分别与所述位移缓存器U2和U3的1-7引脚，以及15引脚相连接，各个继电器驱动电路的输出端与插接器P2和/或插接器P3相连接。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于所述液晶屏驱动模块包括液晶显示屏LCD1和可调电阻R2，所述液晶显示屏LCD1的1引脚和16引脚接地；所述液晶显示屏LCD1的2引脚和15引脚接VCC电源；所述液晶显示屏LCD1的3引脚接所述可调电阻R2后分两路，一路接地，另一路接悬空；所述液晶显示屏LCD1的4-6引脚分别与所述处理器U1的P27、P26和P25引脚连接，所述液晶显示屏LCD1的7-14引脚分别与所述处理器U1的P00-P07引脚相连接。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的线路故障设置系统，其特征在于所述按键模块为一矩阵键盘，所述矩阵键盘包括按键S2-S17，所述按键S14的一端接所述处理器U1的P13引脚，另一端接所述处理器U1的P14引脚；所述按键S10的一端接所述处理器U1的P12引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S6的一端接所述处理器U1的P11引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S2的一端接所述处理器U1的P10引脚，另一端接所述按键S14与所述处理器U1的P14引脚之间的节点；所述按键S17的一端接所述按键S14与所述处理器U1的P13引脚之间的节点，另一端接所述处理器U1的P17引脚；所述按键S13的一端接所述按键S10与所述处理器U1的P12引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S9的一端接所述按键S6与所述处理器U1的P11引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S5的一端接所述按键S2与所述处理器U1的P10引脚之间的节点，另一端接所述按键S17与所述处理器U1的P17引脚之间的节点；所述按键S15的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P15引脚；所述按键S11的一端接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S7的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S3的一端接所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接所述按键S15与所述处理器U1的P15引脚之间的节点；所述按键S16的一端接所述按键S14与所述按键17之间的节点，另一端接所述处理器U1的P16引脚；所述按键S12接所述按键S10与所述按键S13之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S8的一端接所述按键S6与所述按键S9之间的节点，另一端接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点；所述按键S4的一端所述按键S2与所述按键S5之间的节点，另一端接接所述按键S16与所述处理器U1的P16引脚之间的节点。
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