基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器設(shè)計(jì)方案-wenkub
2023-05-18 22:33:21 本頁(yè)面
【正文】 電流200mA，按安全電壓50V計(jì)算，則接地電阻為：50V / = 250Ω。實(shí)際上只要接觸發(fā)熱面積小，即使較小的漏電電流，熱能密度也會(huì)很大，就有發(fā)生火災(zāi)的可能。因此具有30 mAs，即當(dāng)通電電流在50mA以下時(shí)，通電時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)人的安全幾乎沒(méi)有影響。從上面試驗(yàn)結(jié)果分析可以知道:在發(fā)生觸電事故時(shí)，流過(guò)身體的電流越大，人體所能承受的時(shí)間越短。結(jié)果是:，電流達(dá)到220mA時(shí)，動(dòng)物仍未有死亡危險(xiǎn)；，電流達(dá)到14OmA時(shí)，動(dòng)物就有心室纖顫和心跳過(guò)速；，電流達(dá)到10OmA時(shí)，就能使心室纖顫；，電流達(dá)到10OmA時(shí)，使動(dòng)物心室纖顫，電流達(dá)到16OmA時(shí)即可使動(dòng)物死亡。2 漏電保護(hù)器簡(jiǎn)介漏電電流動(dòng)作保護(hù)器，簡(jiǎn)稱(chēng)漏電保護(hù)器，又叫漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，主要是用來(lái)在設(shè)備發(fā)生漏電故障時(shí)以及對(duì)有致命危險(xiǎn)的人身觸電進(jìn)行保護(hù)。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越豐富。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求漏電保護(hù)器在投入運(yùn)行后，使用單位應(yīng)建立運(yùn)行記錄及相應(yīng)的管理制度，每月需在通電狀態(tài)下，按動(dòng)實(shí)驗(yàn)按鈕，檢查漏電保護(hù)器動(dòng)作是否可靠。在1962年美國(guó)研制成功靈敏度為5mA的電流型保護(hù)器，標(biāo)志漏電保護(hù)器開(kāi)始進(jìn)入發(fā)展階段，德、日、法等國(guó)也相繼研制成功靈敏度為30mA的電流型保護(hù)器。1912年德國(guó)正式發(fā)明了電壓型保護(hù)器，保護(hù)電機(jī)外殼漏電。1930年歐洲國(guó)家開(kāi)始采用電壓型保護(hù)器。到二十世紀(jì)七十年代，各國(guó)開(kāi)始制定規(guī)程，強(qiáng)制在一些場(chǎng)所安裝漏電保護(hù)器，標(biāo)志漏電保護(hù)器的發(fā)展進(jìn)入成熟階段。雷雨季節(jié)應(yīng)增加檢查次數(shù)。以單片機(jī)為主體，取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)測(cè)量電子線(xiàn)路，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。 防止人身觸電漏電保護(hù)器對(duì)有致命危險(xiǎn)的人身觸電提供間接接觸保護(hù)；，也可作為直接接觸的補(bǔ)充保護(hù)，但不能作為唯一的直接接觸保護(hù)。2) 固定觸電電流為30mA、80mA、100mA、140mA。而觸電時(shí)間越長(zhǎng)，所能承受的流過(guò)身體的電流越小。在考慮了安全系數(shù)后（）得到曲線(xiàn)23，即It=30mAs的漏電保護(hù)器可以滿(mǎn)足觸電保護(hù)的需要，具有足夠的安全性 注：漏電保護(hù)器只對(duì)相與地間的觸電或漏電提供保護(hù)，而對(duì)人體的相與相間觸電、相與中性線(xiàn)間觸電不提供保護(hù)。此時(shí)若遇到易燃易爆品，將導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生。可見(jiàn)，與安裝漏電保護(hù)器之前的4Ω或10Ω相比，保護(hù)接地電阻的要求大大降低了。（10）根據(jù)剩余電流是否含有直流分量可分為：AC型漏電保護(hù)器（對(duì)突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流能可靠脫扣）、A型漏電保護(hù)器（對(duì)突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流，）。2）中間環(huán)節(jié)采用運(yùn)算放大器和單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行處理（變換、放大和比較）和動(dòng)作控制。圖23電流型漏電保護(hù)器工作原理圖當(dāng)被保護(hù)電路無(wú)觸電、漏電故障時(shí)，通過(guò)漏電電流互感器的一次側(cè)電流的向量和等于零。此時(shí)在電流互感器的環(huán)形鐵心上將有勵(lì)磁磁勢(shì)存在，電流互感器的二次側(cè)線(xiàn)圈在磁通向量和的作用下，有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，此信號(hào)電壓經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)的處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)期時(shí)，使主開(kāi)關(guān)的勵(lì)磁線(xiàn)圈TL通電，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，迅速切斷被保護(hù)電路的供電電源，從而達(dá)到防止觸電事故發(fā)生的目的。上電初始化模塊主要完成上電后的初始化,對(duì)PIC16F877的端口進(jìn)行初始化,還包括根據(jù)外部設(shè)置狀態(tài)確定額定漏電動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間。4 硬件電路設(shè)計(jì) 零序電流互感器的選擇 零序電流是整個(gè)系統(tǒng)的原始信號(hào)，它的準(zhǔn)確程度決定了整個(gè)系統(tǒng)的精度，所以零序電流互感器的選擇就頗為重要。 低通濾波器設(shè)計(jì)由于電力系統(tǒng)中存在大量的諧波成分，特別是三次和五次諧波的存在將會(huì)給數(shù)字系統(tǒng)帶來(lái)極大的危害，為了避免諧波影響，必須有濾波電路將各次諧波濾除。使用運(yùn)算放大器的濾波電路是有源濾波電路，由于運(yùn)放的存在，高輸入阻抗、低輸出阻抗和一定程度的反饋，消除了因電阻分壓而造成的輸出信號(hào)幅值變小的缺點(diǎn)是一種理想的濾波電路。其通頻帶與帶阻之間的變化曲線(xiàn)比較陡峭，截止特性好。圖41 低通濾波器電路原理圖 相位同步電路的設(shè)計(jì)在三相電網(wǎng)中的漏電保護(hù)器能夠分別顯示三相漏電電流。我們利用A相電壓作為相位參考基準(zhǔn)，檢測(cè)出漏電電流為I,其滯后相位為θ,由此將漏電信號(hào)復(fù)原為各相不平衡漏電電流。74LS74用于超前退后提示。一時(shí)難以律述，這里僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域或場(chǎng)合供讀者參考[15]。4）辦公自動(dòng)化復(fù)印機(jī)、智能打字機(jī)、傳真機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理PDA等。8）儀器儀表用于醫(yī)療、化工、電子、計(jì)量等領(lǐng)域的各種智能儀器儀表。從前，必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)了。PIC系列單片機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精煉。而Microchip公司是一家專(zhuān)門(mén)致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)、研制和生產(chǎn)的制造商，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)起點(diǎn)高，技術(shù)領(lǐng)先，性能優(yōu)越，獨(dú)樹(shù)一幟。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：a. 數(shù)據(jù)總線(xiàn)和指令總線(xiàn)分離的哈佛總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。e. 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。h. 開(kāi)發(fā)方便。我們希望能夠選擇到的芯片具有最少的I/O引腳，外圍，記憶存儲(chǔ)空間和速度。a. 緩變動(dòng)作電流值:300mA、500mA；b. 突變額定動(dòng)作值可設(shè)定為突變電流動(dòng)作和突變電流不動(dòng)作，當(dāng)突變電流動(dòng)作時(shí)，有：30mA、50mA、100mA；c. 額定動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:分非延時(shí)和延時(shí)兩種情況。開(kāi)關(guān)量和額定動(dòng)作值及延時(shí)時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表41，表42所示：所以共需4個(gè)開(kāi)關(guān)輸入端口，由4個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)指示不同的設(shè)定值組合。當(dāng)某個(gè)按鍵電位為低電位時(shí)，表示按鍵按下，此時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作。單片機(jī)在執(zhí)行程序期間，只需在人工復(fù)位端MCLR加入一個(gè)低電平信號(hào)，就會(huì)令其復(fù)位。4） 電源欠壓復(fù)位：在上電延時(shí)之后，該電路再提供1024個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，目的是讓振蕩電路有足夠的時(shí)間產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。圖45 PIC16F877復(fù)位電路原理圖 單片機(jī)振蕩電路設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)晶體振蕩XT、低功耗振蕩LP和高速晶體振蕩HS三種方式中，PIC芯片可以使用已集成在片內(nèi)的振蕩器，亦可使用由其他電路構(gòu)成的振蕩器電路。 液晶顯示部分硬件設(shè)計(jì)圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊簡(jiǎn)稱(chēng)液晶顯示屏，由于具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)而成為單片機(jī)系統(tǒng)中理想的顯示器件，并被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制的智能儀器儀表、工業(yè)控制領(lǐng)域。圖47 PIC16F877液晶顯示電路原理圖表43 LM020L液晶顯示屏引腳功能圖引腳號(hào) 符號(hào) 狀態(tài) 功能1 VSS 電源地2 VDD +5V電源3 VEE 對(duì)比度調(diào)整端4 RS 輸入寄存器選擇端： 1—數(shù)據(jù)寄存器；0—指令寄存器5 R/W 輸入 讀寫(xiě)控制端：1—讀；0—寫(xiě)6 E 輸入 使能端714 D0D7 三態(tài)數(shù)據(jù)總線(xiàn)當(dāng)RS和R／W都為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或顯示的地址；當(dāng)RS為高電平、R／W為低電平時(shí)
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