近期，在上海慕尼黑電子展上，一項源自"兆易創(chuàng)新"杯全國研究生電子設(shè)計競賽的創(chuàng)新成果——《高可靠鐵路電網(wǎng)故障檢測系統(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，吸引了大量專業(yè)人士駐足交流。該方案在設(shè)計中深度融合了兆易創(chuàng)新Flash、MCU、Analog等多條產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢，為方案的技術(shù)實現(xiàn)與產(chǎn)品可靠應(yīng)用提供了有力支撐。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口流動性的增加，不斷發(fā)展的高鐵已成為城市間重要的交通方式，這也對高鐵線路中電力供應(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，加速了輸電線路的老化，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

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

檢測痛點：

傳統(tǒng)的人工巡檢和手持紅外熱成像設(shè)備效率較低，無法實時連接點狀態(tài)

高鐵線路分布廣泛，部分連接點偏遠(yuǎn)，檢測難度大，運(yùn)維成本高

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

為此，2024年中國研究生電子設(shè)計競賽參賽隊伍——西安電子科技大學(xué)的溫差能源創(chuàng)新小隊針對上述難題，開發(fā)了一套高可靠性鐵路電網(wǎng)故障檢測系統(tǒng)，能夠在連接點尚未完全松動時發(fā)出警報，有效解決高鐵、發(fā)電廠、化工廠電網(wǎng)中的高壓輸電連接點松動檢測不便的痛點。

“自發(fā)電”黑科技解決檢測難題

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

設(shè)備僅在發(fā)熱時激活溫差供電，非工作時段全芯片斷電休眠，延長產(chǎn)品使用壽命。報警頻率與發(fā)熱程度相關(guān)，支持監(jiān)測設(shè)備短時間內(nèi)運(yùn)行，進(jìn)行無線信號報警；

通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點進(jìn)行遠(yuǎn)距離組網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，網(wǎng)關(guān)節(jié)點采用低功耗和FreeRTOS設(shè)計，提高任務(wù)實時性，休眠電流僅40uAh；

無線組網(wǎng)傳輸系統(tǒng)采用低功耗無線射頻芯片實現(xiàn)鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)，解決了山區(qū)、隧道和無人區(qū)等移動網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理；

云服務(wù)器對報警結(jié)果進(jìn)行匯總處理，開發(fā)基于Qt框架的PC端軟件，實現(xiàn)監(jiān)測數(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線節(jié)點均基于GD32L233系列MCU的低功耗特性進(jìn)行模塊化設(shè)計，最大程度降低工作功耗；

地面無線節(jié)點外部Flash使用GD25Q128E，通過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；

方案使用2顆GD30DC110X系列DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器芯片和1顆GD30LD2000 LDO芯片分別為地面無線節(jié)點、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對電池提供全面保護(hù)。

研電賽點亮未來廣闊應(yīng)用

截至2024年底，全國鐵路營業(yè)里程已達(dá)16.2萬公里，含4.8萬公里高鐵，根據(jù)《新時代交通強(qiáng)國鐵路先行規(guī)劃綱要》，2035年鐵路網(wǎng)將擴(kuò)展至20萬公里以上，其中高鐵7萬公里。當(dāng)前高可靠性鐵路電網(wǎng)故障檢測系統(tǒng)已在多地高鐵線路開展批量測試，并通過多場景模擬驗證。該系統(tǒng)不僅適用于高鐵電網(wǎng)運(yùn)維，其應(yīng)用場景還可延伸至發(fā)電廠、化工廠等工業(yè)電網(wǎng)的故障檢測領(lǐng)域，展現(xiàn)出跨行業(yè)應(yīng)用的巨大潛力。

未來，兆易創(chuàng)新將持續(xù)通過中國研究生電子設(shè)計競賽這一競賽平臺，將公司全產(chǎn)品線的先進(jìn)技術(shù)賦能至競賽支持，通過協(xié)同創(chuàng)新孵化前瞻性技術(shù)成果。為參賽隊伍提供從原型驗證到產(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)化潛力的高價值創(chuàng)新方案。