微機防誤閉鎖系統(tǒng)的電腦鑰匙用于在操作過程中接收五防主機發(fā)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(jiān)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(fā)出報警并強制閉鎖，從而有效避免誤操作事故的發(fā)生。

1 電腦鑰匙工作流程
    電腦鑰匙的數(shù)據(jù)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(guī)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(xiàn)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(fā)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(zhí)行回傳操作，實現(xiàn)現(xiàn)場狀態(tài)與后臺操作票管理系統(tǒng)開關對位。二者相符，說明操作完成，工控主機記憶現(xiàn)場沒備狀態(tài)，完成對位，準備下次操作。

2 電腦鑰匙的工作原理與實現(xiàn)
    圖2為電腦鑰匙的硬件系統(tǒng)框圖。

    硬件系統(tǒng)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(jiān)視、語音及紅外光電傳感器等電路。
2.1 開關電路的實現(xiàn)
    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?yōu)楦唠娢唬w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(wěn)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(xiàn)
    圖4為I／O口擴展控制電路。因為此電路外設電路模塊數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(jīng)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(tài)的I／O口擴展控制電路。
    控制數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的低8位，74HC595A內存中有控制數(shù)據(jù)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(xiàn)
    圖5所示為驗電檢測電路。

    當電腦鑰匙嵌入到工作回路現(xiàn)場時，現(xiàn)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?yōu)橹绷?。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(fā)光二極管發(fā)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?yōu)榈碗娖?，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(xiàn)具有共模抑制的串行接口功能，達到隔離輸入數(shù)據(jù)和系統(tǒng)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(qū)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(qū)域內。不過，光電耦合器“線性區(qū)”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(chǎn)生較大的誤差。
2.4 采碼功能的實現(xiàn)
    圖6所示為采碼電路。

    DS9092R信息鈕扣iButton(information Button)進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，然后由DS9503采碼隔離處理信號，經(jīng)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?shù)腅SI(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(shù)據(jù)進行采碼隔離。
2．5 電源監(jiān)視功能的實現(xiàn)
    圖7所示為電源監(jiān)視電路。

    MAX708是一種用于電源故障或低電池告警的電壓監(jiān)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(xiàn)
    語音芯片(ISD4002)的片選、時鐘和數(shù)據(jù)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(xiàn)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(jù)相應的程序來確定現(xiàn)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(tài)，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(xiàn)
    圖8為紅外光電傳感電路。

    紅外光電傳感電路由發(fā)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(fā)光二極管斷開，接收三極管的RXD端為高電平；當發(fā)光二極管接收到紅外信號時，發(fā)光二極管發(fā)光，接收三極管的RXD端由高電平變?yōu)榈碗娖?，實現(xiàn)信號檢測。
    平時電腦鑰匙放在充電座(充電座通過數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)場信息。
    充電通信板實現(xiàn)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(tǒng)抗干擾能力，可靠性高，滿足了電力系統(tǒng)運行對防誤閉鎖裝置中電腦鑰匙安全性要求。已經(jīng)在實際的系統(tǒng)中投入運行，效果良好。