【正文】 護器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個品種非常齊全、非常龐大的產(chǎn)品系列，下面將根據(jù)不同的方法將其進行分類。一般來說，作為防止漏電引起火災事故的漏電保護器的額定動作電流的選擇應不小于 100mA。 防止漏電引起的火災 低壓配電系統(tǒng)線路的漏電、用電設備的漏電或者接地電流流過金屬焊縫發(fā)熱，都可能導致火災。 s。那么人體到底能承受多大的電流和作用時間呢 ?經(jīng)過反復試驗，國際電工委員會 (IEC)明確規(guī)定 :人體能夠承受的最大電流時間是 (30 毫安 .秒 )。 結(jié)果是 : 30mA 時，時間達 60秒； 80mA 時，時間達 12 秒； 100mA 時，時間達六秒，對動物均無死亡危險。在發(fā)生觸電事故時，流過身體的電流越大，人體所能承受的時間越短；而觸電時間越長，所能承受的流過身體的電流越小。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用單片機技 術(shù)，能夠解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的問題。但是該試驗只能用來檢查漏電保護器的脫扣功能，不能用來校核額定漏電動作電流和分斷時間的數(shù)值。 我國研究漏電保護器起步要晚于國外，進入二十世紀七十年代以來，我國 用電量逐年增加，觸電事故也逐年增加，因此引起各部門的相當重視。 1940 年法國人發(fā)明了電流型保護器。 3) 對 PIC16877 芯片編程，實現(xiàn)軟件控制。漏電保護器是低壓電器的一個重要系列產(chǎn)品，但由于漏電保護的特殊性，日前對漏電保護的智能化在理論上和技術(shù)上還需要人們進行深入研究與探討。電壓型保護器接于變壓器中性點和大地間，當發(fā)生觸電時中性點偏移對地產(chǎn)生電壓，以此來使保護動作切斷電源，但由于它是對整個配變低壓網(wǎng)進行保護，不能分級保護，因此停電范圍大，動作頻繁，所以已被淘汰。 發(fā)生觸電主要有兩種形式：一是由于人體直接觸及帶電的裸露導體，既所謂的直接接觸；二是人體觸及劣化、破損或浸沾導電液體而使外殼帶電的設備，既所謂的間接接觸。 其主要對PIC16F877 型單片機 在漏電保護器的應用 進行了設計 。 關(guān)鍵詞： 漏電保護器；電流型；單片機 基于單片機的漏電保護器的研究 3 目 錄 內(nèi)容摘要 2 引 言 4 緒 言 5 1 漏電保護 器發(fā)展現(xiàn)狀及前景 6 2 漏電保護器簡介 7 漏電保護器的主要功能 8 防止人身 觸電 8 防止漏電引起的火災 9 防止漏電造成的設備損壞 9 降低對保護接地 電阻的要求 9 漏電保護器的分類 10 漏電保護器的工作原理 11 3 總設計方案 13 4 硬件電路設計 14 零序電流互感器的選擇 14 低通濾波器設計 14 相位同步電路的設計 15 單片機接口電路設計 16 PIC 單片機原理 16 PIC16F877 單片機 I/O 腳分配 18 單片機接口接鍵設計 20 單片機復位電路設計 20 單片機震蕩電路設計 21 液晶顯示部分硬件設計 22 控制執(zhí)行部分硬件設計 24 電源部分設計 25 26 軟件設計總體思想 26 主程序的設計 27 基于單片機的漏電保護器的研究 4 中斷服務模塊 30 INT 上升沿中斷 30 TMR2 定時器中斷 31 漏電信號分模塊 33 緩變電流計算模塊 33 漏電突變電流計算模塊 34 漏電動作記憶和顯示模塊 37 6 結(jié)論與展望 38 7 參考文獻 39 基于單片機的漏電保護器的研究 5 引 言 電，是現(xiàn)代經(jīng)濟的命脈，它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、國防建設，以及人們?nèi)粘Ｉ钚萜菹嚓P(guān)。 漏電保護器，用以對低壓電網(wǎng)直接觸電和間接觸電進行有 效保護，也可以作為三相電動機的缺相保護。脈沖型電流保護器是當發(fā)生觸電時使三相不平衡漏電流的相位、幅值產(chǎn)生的突然變化，以此為動作信號，但也有死區(qū)。本項目在以下幾個方面開展研究工作。 基于單片機的漏電保護器的研究 7 1 漏電保護器發(fā)展現(xiàn)狀及前景 漏電保護器的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個階段，即初 始階段、發(fā)展階段和成熟階段。 1956 年，德國開始生產(chǎn)電流型保護器。近年來，我國在漏電保護器方面的科研、生產(chǎn)、應用有了較大的發(fā)展，國家標準主管部門先后組織編制了保護器產(chǎn)品標準、使用標準；此外，原國家機械委還制訂了相關(guān)的產(chǎn)品行業(yè)標準；此外，國家建設部在GB50054《低壓配電設計規(guī)范》和 GB50096《住宅設計規(guī)范》等國家標準中，對低壓配電系統(tǒng)和住宅中漏電保護器的應用均作了規(guī)定。所以國家標準還規(guī)定應定期進行漏電保護器的動作特性試驗，測試漏電動作電流值、漏電不動作電流值和分斷時間，而且，對上述試驗中采用的檢測儀表的精度等級做出了明確的規(guī)定。這種新型的智能儀表在測量過程自動化，測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能多樣化方面，都取得了巨大的進展。為了分析觸電電流和觸電動作時間的規(guī)律，有人作了以下試驗 (用狗作為觸電對象 ): 1） 固定觸電時間為 秒、 秒、 秒、 秒，改變電流大小，電流從 10mA起每次增加 10mA 試驗。 140mA 時，時間達 秒就有心室纖顫。 基于單片機的漏電保護器的研究 9 圖 21 心室顫動電流和通電時間的關(guān)系 德國柯賓（ ）的研究曲線 It=50mA在曲線的左方及左下方區(qū)域為安全區(qū)域，在發(fā)生觸電事故時無感覺反應和生理效應。一般錯誤的認為漏電電流不大，因 而忽視了發(fā)生火災的可能性。 防止漏電造成的設備損壞 降低對保護接地電阻的要求 基于單片機的漏電保護器的研究 10 用電設備的保護接地電阻值按國家標準 GBJ65《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范》規(guī)定為 4Ω和 10Ω，這一要求在高土壤電阻率的地區(qū)是很難達到的。 （ 1） 根據(jù)運行方式可分為： 不用輔助電源的漏電保護器、用輔助電源的漏電保護器； （ 2） 根據(jù)安裝型式可分 為： 固定安裝和固定接線的漏電保護器、帶有電纜的可移動使用的漏電保護器（通過可移動的電纜接到電源上）； （ 3） 根據(jù)極數(shù)和電流回路數(shù)可分為： 單極兩線、兩極、兩極三線、三級、三極四線、四極漏電保護器（其中單極兩線、二極三線和三級四線漏電保護器均有一根直接穿過檢測元件而不能斷開的中性線）； （ 4） 根據(jù)保護功能分為： 只有漏電保護功能的漏電保護器、帶過載保護的漏電保護器、帶短路保護的漏電保護器、帶過載和短路保護的漏電保護器、帶過電壓保護的漏電保護器及多功能保護（例如欠電壓、斷相、過電流、過電壓等）的漏電保護器 ； （ 5） 根據(jù)額定剩余動作電流可調(diào)性分為： 額定剩余動作電流不可調(diào)的漏電保護器、額定剩余動作電流可調(diào)的漏電保護器； （ 6） 根據(jù)接線方式分為： 用螺釘或螺栓接線的漏電保護器、插入式漏電保護器； （ 7） 根據(jù)脈沖電壓作用下防止誤動作的性能分為：在脈沖電壓作用下能動作的漏電保護器、在脈沖電壓作用下不動作的漏電保護器 (簡稱脈沖電壓不動作型漏電保護器 )； （ 8） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分為：組合電器（如漏電繼電器與低壓斷路器或低壓接觸器組成的組合裝置）和機械開關(guān)電器（如漏電斷路器）。漏電保護器主要由三個基本環(huán)節(jié)組成，即檢測元件、中間環(huán)節(jié) 和執(zhí)行機構(gòu)，其組成方框圖如圖 22所示。 3）執(zhí)行機構(gòu)一般為觸點系統(tǒng)，采用低壓斷路器或交流接觸器 ，根據(jù)中間環(huán)節(jié)發(fā)出的指令，來切斷保護電路的電源。因此電流互感器的二次側(cè)線圈沒有感應電動勢產(chǎn)生，漏電保護器不動作，系統(tǒng)正常供電。 漏電檢測電路由零序電流互感器和信號處理單元組成 ,這部分電路將檢測出漏電信號送到單片機的 A/D 輸入通道 ,轉(zhuǎn)換為單片機可以處理的數(shù)字信號，相位同步電路負責將電網(wǎng)的電壓信號與漏電信號的相位進行比較 ,單片機根據(jù)它們的相位差來判斷各相漏電電流，漏電動作電流和時間設定電路是來設定額定漏電動作電流及動作時間 ,根據(jù)需要也可以設定為單片機自 動選擇額定漏電動作電流， 漏電數(shù)字顯示電路是由單片機控制 ,顯示電網(wǎng)的漏電電流動 值和動作原因，動 作執(zhí)行單元直接由單片機控制 ，完成漏電保護功能。漏電電流顯示模塊采用動態(tài)掃描輸出方式 ， 交 替顯示總漏電電流、 A相漏電電流、 B相漏電電流、 C 相漏電電流。所以選擇高精度零序電流互 感器采用 LJWZ3 型，它的優(yōu)點是即使原方電流很小 ()時也能保證足夠的準確度。按照所用元件的不同，濾波器分為有源濾波器和無源論波器兩大類。常用的濾波器有巴特沃斯型、切比雪夫型。本文的目的在于濾除工頻電流中的諧波，一般諧波的次數(shù)為三次、五次、七次，設計了四階切比雪夫模擬濾波器用以消除三次以上諧波對系統(tǒng)造成的影響。分別顯示出各相漏電電流，更便于用戶故障分析，判斷究竟是哪一相 線路發(fā)生了漏電。比較器 LM339 做過零檢測器，其靈敏度為 10mv。 單片機接口電路設計 PIC 單片機介紹 提到單片機的應用，有人這樣說，“凡是能想到的地方，單片機都可以用得上”，這并不是個夸張。 2） 家用電器 遙控電視機、錄像機、攝像機、 VCD、 CD、衛(wèi)星電視接收機、音響音調(diào)控制器、卡拉 OK 點唱機、數(shù)字照相機、全自動洗衣機、冰箱、空調(diào)、洗碗機、微波爐、熱水器、萬年歷、智能充電器、各種報警器、電卡電度表等。 6） 商用電子 自動售貨機、自動柜員機、電子收款機、電子砰、智能卡、 IC卡讀寫器。 10） 軍用電子 各種導彈和魚雷的精確制導控制、智能武器、雷達系統(tǒng)、電子戰(zhàn) 飛機 等。微控制技術(shù)標志著一種全新概念，隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展和日趨完善，而單片機的應用則必將更加深人、更加 廣 泛。對于單片機的初學者來說，若選擇 PIC 單片機作為攻入單片機王國的“突破口”，將是一條最輕松的捷徑，定會取得事半功倍的功效。例如，美同 SCENIX 公司的 5X系列、臺灣 EMC 公司的 EM78P 系列、臺灣 MDT 公司的 MDT系列等。 c. PIC 系列單片機只有 4 種尋址方式，而 MCS51 單片機則為 7種尋址方 68HC05 單片機為 6種。 f. PIC 系列單片機的程序、堆棧、數(shù)據(jù)三者各自采用互相獨立的尋址（或地址編碼）空間，尋址空間設計簡潔。 PIC16F877 單片機 I/O 腳分配 選擇 PIC 微控制器芯片型號時要考慮到各個方面的因素，這些因素包括所需的 I/O 引腳的數(shù)目，所需的外圍設備 (例如 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 CCP模塊， USART 等 ) ， 記憶存儲空間的大小，控制器速度，芯片的實際尺寸 (封裝形式等 )[17]。 2) 相位同步電路 1個方波輸入端口為漏電電流采集和檢測提供周期。 我們將上述四項分別由開關(guān) S1 和開關(guān) S S S2 的狀態(tài)控制。 5) 動作執(zhí)行單元 動作執(zhí)行單元 需設 1個 I/O 輸出控制端口 本次設計選擇 PIC16F877 單片機，引腳圖見圖 43： 1234567891011121314151617181920 2122232425262827293031323334353637383940M C L R / V P P / T H VR A 0 / A N 0R A 1 / A N 1R A 2 / A N 2 / V R E F R A 3 / A N 3 / V R E F +R A 4 T 0 C K IR A 5 / A N 4 / S SR E 0 / R D / A N 5R E 1 / W R / A N 6R E 2 / C S / A N 7V S SVDDR D 0 / P S P 0R D 1 / P S P 1 R D 2 / P S P 2R D 3 / P S P 3R C 5 / S D 0R C 4 / S D I/ S D AR C 6 / T X / C KR C 7 / R X / T XR D 5 / P S P 5R D 4 / P S P 4R D 6 / P S P 6R D 7 / P S P 7V S SVDDO S C 2 / C L K O U TR C 0 / T IO S 0 / T I C K 1R C 1 / T IO S 1 / C C P 2R C 2 / C C P 1R C 3 / S C K / S C LR B 0 / IN TRB1RB2R B 3 / P G MRB4RB5R B 6 / P G CR B 7 / P G DO S C 1 / C L K I NPIC16F877 圖 43 PIC16F877 的引腳圖 表 43 PIC16F877 引腳功能圖 引腳名稱