近期，在上海慕尼黑电子展上，一项源自"兆易创新"杯全国研究生电子设计竞赛的创新成果——《高可靠铁路电网故障检测系统》引发行业关注。该系统凭借显著的低功耗性能及广阔的应用前景，吸引了大量专业人士驻足交流。该方案在设计中深度融合了兆易创新Flash、MCU、Analog等多条产品线的技术优势，为方案的技术实现与产品可靠应用提供了有力支撑。
随着社会经济的迅速发展和人口流动性的增加，不断发展的高铁已成为城市间重要的交通方式，这也对高铁线路中电力供应的稳定性和安全性提出了更高要求。伴随高铁网络的扩展和使用频率的增加，用电负荷也不断增大，甚至超负荷运行，加速了输电线路的老化，对电力系统的稳定性带来了严峻挑战。
在铁路电力系统中，输电线路和配电设备之间的连接点是关键组成部分。随着时间推移，线路老化等原因导致连接点松动的问题日益突出，不仅影响列车正常运行，造成经济损失，还可能导致严重安全事故。连接点松动会导致电阻增加，进而引发过热和设备损坏，甚至火灾。及时发现和修复连接点松动对于确保电力系统稳定和铁路安全运行至关重要。
检测痛点：
➤ 传统的人工巡检和手持红外热成像设备效率较低，无法实时连接点状态
➤ 高铁线路分布广泛，部分连接点偏远，检测难度大，运维成本高
➤ 运行期间禁止巡检人员操作无人机靠近检测，连接点相互遮挡，远距离检测困难
为此，2024年中国研究生电子设计竞赛参赛队伍——西安电子科技大学的温差能源创新小队针对上述难题，开发了一套高可靠性铁路电网故障检测系统，能够在连接点尚未完全松动时发出警报，有效解决高铁、发电厂、化工厂电网中的高压输电连接点松动检测不便的痛点。
“自发电”黑科技解决检测难题
➤ 自发电智能感知终端设备通过5℃温差阈值触发能量收集进行自发电，为监测设备供电；
➤ 设备仅在发热时激活温差供电，非工作时段全芯片断电休眠，延长产品使用寿命。报警频率与发热程度相关，支持监测设备短时间内运行，进行无线信号报警；
➤ 通过网关节点进行远距离组网，实现监测数据的远程传输，网关节点采用低功耗和FreeRTOS设计，提高任务实时性，休眠电流仅40uAh；
➤ 无线组网传输系统采用低功耗无线射频芯片实现链式组网，解决了山区、隧道和无人区等移动网络无法覆盖的问题，实现系统的远程监控和管理；
➤ 云服务器对报警结果进行汇总处理，开发基于Qt框架的PC端软件，实现监测数据的可视化显示。
Flash+MCU+Analog高效融合，保证功耗与性能要求
➤ 智能感知终端与地面无线节点均基于GD32L233系列MCU的低功耗特性进行模块化设计，最大程度降低工作功耗；
➤ 地面无线节点外部Flash使用GD25Q128E，通过SPI通信接口与MCU进行数据交互；
➤ 手持设备选用GD32F303系列MCU作为主控，兼顾性能与成本优势；
➤ 方案使用2颗GD30DC110X系列DC-DC降压转换器芯片和1颗GD30LD2000 LDO芯片分别为地面无线节点、手持设备和智能感知终端进行更为精细的电压调节；
➤ 手持设备充电采用GD30BC2416电池管理芯片，保证充电效率的同时对电池提供全面保护。
研电赛点亮未来广阔应用
截至2024年底，全国铁路营业里程已达16.2万公里，含4.8万公里高铁，根据《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，2035年铁路网将扩展至20万公里以上，其中高铁7万公里。当前高可靠性铁路电网故障检测系统已在多地高铁线路开展批量测试，并通过多场景模拟验证。该系统不仅适用于高铁电网运维，其应用场景还可延伸至发电厂、化工厂等工业电网的故障检测领域，展现出跨行业应用的巨大潜力。
未来，兆易创新将持续通过中国研究生电子设计竞赛这一竞赛平台，将公司全产品线的先进技术赋能至竞赛支持，通过协同创新孵化前瞻性技术成果。为参赛队伍提供从原型验证到产业转化的全流程技术支撑，一同为行业挖掘具备商业化潜力的高价值创新方案。
来源：兆易创新
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