【導(dǎo)讀】和HD44780字符液晶顯示模塊及ISD2560語(yǔ)音芯片的家庭安全用電控制裝置。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)家庭用電的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，非安全狀態(tài)下的字符和語(yǔ)音提示。以及嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)提前跳閘的功能。

　　

【正文】 HD44780的接口特性，無(wú)論計(jì)算機(jī)對(duì)其操作為何種總線形式，計(jì)算機(jī)操作的流程都是一致的，即首先判斷標(biāo)志，然后再進(jìn)行寫(xiě)指令或數(shù)據(jù)以及讀數(shù)據(jù)的操作。 液晶顯示模塊的顯示方式有整屏顯示或單獨(dú)顯示兩種，整屏顯示是將所要顯示的數(shù)據(jù)一次性發(fā)送到顯示數(shù)據(jù) RAM中。而單獨(dú)顯示是在屏幕上的指定位置進(jìn)行。兩種方法都是在控制器空閑的條件下才能進(jìn)行操作，并在操作前都要進(jìn)行忙讀取標(biāo)志，以判斷控制器是否處于忙狀態(tài)，然后再進(jìn)行寫(xiě)指令或數(shù)據(jù)以及讀數(shù)據(jù)的操作。該系統(tǒng)采用自定義符號(hào)以及 202自動(dòng)翻屏顯示 方式，如圖 。 20 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U180 51A H12345678910111213141516U2H D 44 780R110 Ω+ 5 VRSR / WERSR / WE 圖 數(shù)據(jù)接口方式 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U18 0 5 1 A H12345678910111213141516U2H D 4 4 7 8 0R11 0 Ω+ 5 VRSR / WERSR / WE 圖 地址接口方式 21 電壓信號(hào)的 PID控制 文中的控制對(duì)象是電壓信號(hào)，對(duì)電壓信號(hào)的每一個(gè)數(shù)據(jù)量都要進(jìn)行一次 PID運(yùn)算。文中定義： tU：表示目標(biāo)電壓； ?：表示當(dāng)前電壓； dU：表示當(dāng)前電壓差 ( dU= tU?)。 PID 運(yùn)算表達(dá)式如下： PWM0UT=POUT+I0UT+DOUT 其中 POUT= PK* dU稱為比例項(xiàng)， PK是比例系數(shù)，比例項(xiàng)輸出等于比例系數(shù)乘當(dāng)前電壓差。 IOUT= IK * dU?稱為積分項(xiàng)， IK是積分系數(shù)，積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 誤差， dU?由當(dāng)前起前面 N 次采樣電壓差的和。 POUT= DK * dU?稱為微分項(xiàng)， DK是微分系數(shù)，微分項(xiàng)用于減小系統(tǒng)超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性， ( dU?=當(dāng)前電壓差一上次電壓差 )。控制程序如下： Void PID（） { mU= t／ 100； IOUT=POUT； POUT= m一 ?／ 100；； U+ =( IK *POUT+ PK *(POUT 一 21OUT+DOUT))／ 100； If(U0)U=0： If(U255)U=255； PWMOUT=U； } 4 軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)總述 本系統(tǒng)主要由中央處理器、 信號(hào)采集系統(tǒng)和液晶顯示及語(yǔ)音提示系統(tǒng)組成，各部分之間的相互關(guān)系如圖 所示。本系統(tǒng)不同于其它保護(hù)系統(tǒng)的地方就是增加液晶顯示和語(yǔ)音提示系統(tǒng)。它在檢測(cè)到過(guò)壓信號(hào)時(shí)及時(shí)給予字符提示和語(yǔ)音提示，以保證用戶處于非常安全的狀態(tài)。另外本系統(tǒng)還裝有自動(dòng)控制裝置，當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重故障時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)提前跳閘且此時(shí)不再受人為控制。 22 N Y N Y 圖 系統(tǒng)總流程圖 從上圖我們可以直觀的看出各系統(tǒng)之間的關(guān)系如下：傳 感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳給 8051控制器，當(dāng)處理器檢測(cè)到信號(hào)并判定信號(hào)為正常的信號(hào)后便會(huì)發(fā)出命令給液晶顯示和語(yǔ)音提示系統(tǒng)，液晶顯示和語(yǔ)音提示系統(tǒng)收到命令后便送回信號(hào)進(jìn)行下一次電壓比較，同時(shí)，傳感系統(tǒng)將采集到的信息通知給液晶顯示和語(yǔ)音提示系統(tǒng)，系統(tǒng)便會(huì)通過(guò) 8051控制器采取相應(yīng)的措施，如自動(dòng)跳閘。運(yùn)行初始化后，系統(tǒng)將處于不停地接收電壓信號(hào)的狀態(tài)中，同時(shí)系統(tǒng)也在等待檢測(cè)狀態(tài)和接收用戶查詢的消息中斷。一旦有中斷產(chǎn)生，控制器就會(huì)轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷子程序中去處理該程序。若系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)無(wú)效，則控制系統(tǒng)不進(jìn)行上述操作。 過(guò)載保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中過(guò)載保護(hù)電壓比較工作流程如圖 所示： 系統(tǒng)上電 初始化 電壓比較 是否過(guò)壓？ 需斷電保護(hù) ？ 切斷電源 液晶顯示、語(yǔ)音提示 結(jié)束 液晶顯示、語(yǔ)音提示 23 圖 過(guò)載保護(hù)電壓比較流程圖 采用升壓變壓器把信號(hào)電壓升高的方法進(jìn)行電壓提升，設(shè)升壓變壓器 T1 的變比為 10/1，當(dāng)用電過(guò)載時(shí)，流過(guò)進(jìn)戶火線的電流大大增加，由電磁感應(yīng)定律得，感應(yīng)線圈兩端的感應(yīng)電壓大大增加，通過(guò)對(duì)這個(gè)感應(yīng)電壓的檢測(cè)就能判斷出當(dāng)前是否出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，設(shè)這個(gè)信號(hào)電壓達(dá)到 V(升壓變壓器的次級(jí)輸出為 )時(shí)開(kāi)始報(bào)警提示，當(dāng)信號(hào)電壓超過(guò) 0． 159V(升壓變壓器的次級(jí) 輸出為 )時(shí)立即跳閘并報(bào)警提示。 超壓保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中過(guò)載保護(hù)電壓比較工作流程如圖 所示： 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 電壓比較 是否＞＝ ? Y 液晶顯示、語(yǔ)音提示 是否＞＝ ? 跳閘 電壓比較 液晶顯示、語(yǔ)音提示 N 結(jié)束 24 圖 超壓保護(hù)電壓比較流程圖 采用降壓變壓器把信號(hào)電壓降低的方法進(jìn)行電壓降低，設(shè)降壓變壓器 T2 的變比為 1/50，降壓變壓器 T2 的次級(jí)繞組兩端電壓設(shè)定安全值為 ，因此輸入用戶的相電壓也就最高不能大于 265V，當(dāng)干線電壓過(guò)高時(shí)，獲取的信號(hào)電壓超過(guò) ，這樣單片機(jī)用電故障語(yǔ)音提示器就不僅僅提示，而且會(huì)使電路跳閘切斷電源。 開(kāi)始安全提示的最低電壓為 250V，超電壓分為四個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)差相差 5V，最高為 265V。電壓在 265V 以下都只是進(jìn)行安全提示，沒(méi)有跳閘斷電。只有在大于或等于 265V 時(shí)才立即跳閘斷電并安全提示。 N Y Y 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 電壓比較 是否＞＝ 5V? 液晶顯示、語(yǔ)音提示 電壓比較 是否＞＝ ? 跳閘 液晶顯示、語(yǔ)音提示 結(jié)束 25 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)是利用 8051 單片機(jī)芯片技術(shù)，結(jié)合 HD44780 字符液晶顯示模塊和ISD2560 語(yǔ)音芯片的家庭安全用電控制裝置。通過(guò)感應(yīng)線圈與變壓器輸出電壓來(lái)獲取超壓、過(guò)載和短路故障的檢測(cè)電壓。由 TA7666 電壓比較集成電路把信號(hào)電壓分為 5 個(gè)級(jí)別，運(yùn)用 8051 單片機(jī)芯片進(jìn)行電壓 PID 控制，使用 HD44780 字符液晶顯示模塊和 ISD2560 語(yǔ)音芯片進(jìn)行文字與語(yǔ)音提示用電故障，并且能適時(shí)自動(dòng)跳閘。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)家庭用電的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，非安全狀態(tài)下的字符和語(yǔ)音提示，以及嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)提前跳閘，而且具有用電故障提示和嚴(yán)重故障時(shí)跳閘準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)，為家庭用電提供了一種新的途徑與思路。 本系統(tǒng)是用 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多功能用電故障控制器，具有字符提示和語(yǔ)音提示功能，改變了目前漏電保護(hù)器和過(guò)載保護(hù)器功能單一，故障出現(xiàn)時(shí)沒(méi)有任何提示等缺點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到了很多想到和想不到困難，在老師和同學(xué)的幫助下都一個(gè)個(gè)得到了 圓滿的解決，但由于本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)較大，個(gè)別部分實(shí)現(xiàn)難度較高，時(shí)間緊迫等原因，系統(tǒng)的部分流程，如檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)情況跟預(yù)期效果還有一定的差距，起火情況還無(wú)法達(dá)到有效控制的效果，以后本人還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)正是適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要應(yīng)運(yùn)而生的，充分利用了現(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化，對(duì)家庭用電安全問(wèn)題的提高具有重大的意義。 26 參考文獻(xiàn) [1]王季梅 . 短路電流限流開(kāi)斷器研制成功 [J].電網(wǎng)技術(shù)， 2021， (10). 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