近期，在上海慕尼黑電子展上，一項(xiàng)源自"兆易創(chuàng)新"杯全國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的創(chuàng)新成果——《高可靠鐵路電網(wǎng)故障檢測(cè)系統(tǒng)》引發(fā)行業(yè)關(guān)注。該系統(tǒng)憑借顯著的低功耗性能及廣闊的應(yīng)用前景，吸引了大量專(zhuān)業(yè)人士駐足交流。該方案在設(shè)計(jì)中深度融合了兆易創(chuàng)新Flash、MCU、Analog等多條產(chǎn)品線(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為方案的技術(shù)實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品可靠應(yīng)用提供了有力支撐。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口流動(dòng)性的增加，不斷發(fā)展的高鐵已成為城市間重要的交通方式，這也對(duì)高鐵線(xiàn)路中電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高要求。伴隨高鐵網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和使用頻率的增加，用電負(fù)荷也不斷增大，甚至超負(fù)荷運(yùn)行，加速了輸電線(xiàn)路的老化，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在鐵路電力系統(tǒng)中，輸電線(xiàn)路和配電設(shè)備之間的連接點(diǎn)是關(guān)鍵組成部分。隨著時(shí)間推移，線(xiàn)路老化等原因?qū)е逻B接點(diǎn)松動(dòng)的問(wèn)題日益突出，不僅影響列車(chē)正常運(yùn)行，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重安全事故。連接點(diǎn)松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電阻增加，進(jìn)而引發(fā)過(guò)熱和設(shè)備損壞，甚至火災(zāi)。及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)連接點(diǎn)松動(dòng)對(duì)于確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定和鐵路安全運(yùn)行至關(guān)重要。

檢測(cè)痛點(diǎn)：

傳統(tǒng)的人工巡檢和手持紅外熱成像設(shè)備效率較低，無(wú)法實(shí)時(shí)連接點(diǎn)狀態(tài)

高鐵線(xiàn)路分布廣泛，部分連接點(diǎn)偏遠(yuǎn)，檢測(cè)難度大，運(yùn)維成本高

運(yùn)行期間禁止巡檢人員操作無(wú)人機(jī)靠近檢測(cè)，連接點(diǎn)相互遮擋，遠(yuǎn)距離檢測(cè)困難

為此，2024年中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽參賽隊(duì)伍——西安電子科技大學(xué)的溫差能源創(chuàng)新小隊(duì)針對(duì)上述難題，開(kāi)發(fā)了一套高可靠性鐵路電網(wǎng)故障檢測(cè)系統(tǒng)，能夠在連接點(diǎn)尚未完全松動(dòng)時(shí)發(fā)出警報(bào)，有效解決高鐵、發(fā)電廠(chǎng)、化工廠(chǎng)電網(wǎng)中的高壓輸電連接點(diǎn)松動(dòng)檢測(cè)不便的痛點(diǎn)。

“自發(fā)電”黑科技解決檢測(cè)難題

自發(fā)電智能感知終端設(shè)備通過(guò)5℃溫差閾值觸發(fā)能量收集進(jìn)行自發(fā)電，為監(jiān)測(cè)設(shè)備供電；

設(shè)備僅在發(fā)熱時(shí)激活溫差供電，非工作時(shí)段全芯片斷電休眠，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。報(bào)警頻率與發(fā)熱程度相關(guān)，支持監(jiān)測(cè)設(shè)備短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號(hào)報(bào)警；

通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采用低功耗和FreeRTOS設(shè)計(jì)，提高任務(wù)實(shí)時(shí)性，休眠電流僅40uAh；

無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸系統(tǒng)采用低功耗無(wú)線(xiàn)射頻芯片實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)，解決了山區(qū)、隧道和無(wú)人區(qū)等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理；

云服務(wù)器對(duì)報(bào)警結(jié)果進(jìn)行匯總處理，開(kāi)發(fā)基于Qt框架的PC端軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化顯示。

Flash+MCU+Analog高效融合

保證功耗與性能要求

智能感知終端與地面無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)均基于GD32L233系列MCU的低功耗特性進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，最大程度降低工作功耗；

地面無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)外部Flash使用GD25Q128E，通過(guò)SPI通信接口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

手持設(shè)備選用GD32F303系列MCU作為主控，兼顧性能與成本優(yōu)勢(shì)；

方案使用2顆GD30DC110X系列DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器芯片和1顆GD30LD2000 LDO芯片分別為地面無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)、手持設(shè)備和智能感知終端進(jìn)行更為精細(xì)的電壓調(diào)節(jié)；

手持設(shè)備充電采用GD30BC2416電池管理芯片，保證充電效率的同時(shí)對(duì)電池提供全面保護(hù)。

研電賽點(diǎn)亮未來(lái)廣闊應(yīng)用

截至2024年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程已達(dá)16.2萬(wàn)公里，含4.8萬(wàn)公里高鐵，根據(jù)《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，2035年鐵路網(wǎng)將擴(kuò)展至20萬(wàn)公里以上，其中高鐵7萬(wàn)公里。當(dāng)前高可靠性鐵路電網(wǎng)故障檢測(cè)系統(tǒng)已在多地高鐵線(xiàn)路開(kāi)展批量測(cè)試，并通過(guò)多場(chǎng)景模擬驗(yàn)證。該系統(tǒng)不僅適用于高鐵電網(wǎng)運(yùn)維，其應(yīng)用場(chǎng)景還可延伸至發(fā)電廠(chǎng)、化工廠(chǎng)等工業(yè)電網(wǎng)的故障檢測(cè)領(lǐng)域，展現(xiàn)出跨行業(yè)應(yīng)用的巨大潛力。

未來(lái)，兆易創(chuàng)新將持續(xù)通過(guò)中國(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽這一競(jìng)賽平臺(tái)，將公司全產(chǎn)品線(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)賦能至競(jìng)賽支持，通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新孵化前瞻性技術(shù)成果。為參賽隊(duì)伍提供從原型驗(yàn)證到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的全流程技術(shù)支撐，一同為行業(yè)挖掘具備商業(yè)化潛力的高價(jià)值創(chuàng)新方案。