【正文】 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口； 此外全部引腳都有第 2 功能 RE0RE2 810 I/O RE 端 口是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口；此外全部引腳都有第 2 第 3 功能 VSS 12， 31 P 接地端 VDD 11， 32 P 正電源端 哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 13 硬件電路設(shè)計(jì) 接口按鍵電路設(shè)計(jì) 按鍵部分包括設(shè)置、數(shù)字加、數(shù)字減、確定四個功能鍵，用于設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，及試驗(yàn)開始按鍵。這樣，設(shè)計(jì)工程師就可以在最初定方案時挑選一款功能最恰當(dāng)?shù)男酒S著開發(fā)的深入，能夠隨時方便的將整個設(shè)計(jì)移植到其他型號的單片機(jī)上，保證最終產(chǎn) 品中使用的單片機(jī)不會有太多的資源浪費(fèi)，提高了產(chǎn)品的性價(jià)比。 PIC 單片機(jī)不搞簡單的功能堆積。 對于 PIC 系列中的任一款單片機(jī)的來說，任何一套免費(fèi)軟件綜合開發(fā)環(huán)境，都能實(shí)現(xiàn)程序編寫和模擬仿真。 可以最大程度地減少或免用外接器件，常用的電復(fù)位電路、 I/O引角上拉電路、看門狗定時器等上面都有集成。 。 。 1K 字節(jié)的存儲器空間， PIC 系列的單片機(jī)能夠存放的指令數(shù)可達(dá) 1024條，而 MCS51 這樣的單片機(jī)，大約只能存放 600 條指令。片內(nèi)有上電復(fù)位電路、跟蹤顯示電路、 RC 振蕩器電路選擇等，不必再增設(shè)外圍電路，節(jié)約經(jīng)濟(jì)，損耗小。 ，驅(qū)動能力強(qiáng)。它具有以 下優(yōu)點(diǎn)： 。 相對于初學(xué)者來說它是最方便入門學(xué)習(xí)的 ， 同時它也是使 用 最廣泛 的單片機(jī)品種之一 [11]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 11 單片機(jī)的選擇 PIC 系列 單片機(jī) 由美國 Micrchip 科技公司 生產(chǎn)的， 公司主要從事和生產(chǎn)各類型，功能的單片機(jī)，性價(jià)比高 ，在單片機(jī)領(lǐng)域影響巨大。 通常的零序電流互感器的原方零序電流小于 2～ 5A 時有較大的變化和相位差別，滿足不了微處理器檢測裝置的要求， LWJZ3 型的零序電流互感器的精準(zhǔn)度比較高，即使原方零序電流在 ～ 時，也能保證所需要的精度，電流超過 時更為精準(zhǔn)，變比誤差小于 1%，角誤差在 1 度以下。 電路基本原理圖如 32 所示： V D D47K47KR S E T10K10K 10K 10KS1S2S4S3V D D4. 7K0. 5K20KD31 2H E A D E R 2N12N 2222AP C 817 12V+ 12VV S S1V D D2V E E3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714L C DC O N 145VR3R7R1R2R5C1C2C3R6+ 5VVV+互感器二次側(cè)0. 4uF470P F4uFD1L M 339AL M 33924K5K M5K M5K M5V1234i ( t )R A 5M C L R / V P P1R A 0/ A N 02R A 1/ A N 13R A 2/ A N 2/ V R E F 4R A 3/ A N 3/ V R E F +5R A 4/ T 06R A 5/ A N 4/ S S7R E 0/ R D / A N 58R E 1/ W R / A N 69R E 2/ C S / A N 710V D D11V S S12O S C 1/ C L K I N13O S C 2/ C L K O U T14R C 0/ T 1O S O15R C 1/ T 1O S I16R C 2/ C C P 117R C 3/ S C K18R D 0/ P S P 019R D 1/ P S P 120R C 4/ S D I / S D A21R C 5/ S D O22R C 6/ T X / C K23R C 7/ R X / D T24R D 2/ P S P 225R D 3/ P S P 326R D 4/ P S P 427R D 5/ P S P 528R D 6/ P S P 629R D 7/ P S P 730V S S31V D D32R B 0/ I N T33R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 6/ P G C39R B 7/ P C G40U1P I C 16F 877Y112M H ZC130uFC230uF 圖 32 硬件電路基本原理圖 零序電流 互感器的選擇 零序電流為整個系統(tǒng)的最原始信號，它直接決定了系統(tǒng)的精確與否，是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。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。上電初始化模塊主 要完成上電后的初始化 ,對PIC16F877 的端口進(jìn)行初始化 ,還包括根據(jù)外部設(shè)置狀態(tài)確定額定漏電動作哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 10 電流和動作時間。 本文采用 PIC16F877 系列單片機(jī) ， 在智能型漏電保護(hù)器中起著“大腦”的作用。漏電數(shù)字顯示單元主要呈現(xiàn)發(fā)生故障時線路中的漏電電流的大小以及執(zhí)行操作的原因，通常由單片機(jī)控制。 相位同步電路負(fù)責(zé)將電網(wǎng)的電壓信號與漏電信號的相位進(jìn)行比較 ,單片機(jī)根據(jù)它們的相位差來判斷各相漏電電 流 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 9 第 3 章 漏電保護(hù)器的硬件設(shè) 計(jì) 硬件設(shè)計(jì)整體思路 零 零 零零 零 零 零 零 零零 零 零零 零 零 零零 零 零 零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零零 零 圖 31 智能漏電保護(hù)器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 智能型漏電保護(hù)器的硬件主要由漏電檢測電路、相位同步電路、漏電動作電流 和延時 設(shè)定電路、 液晶 顯示電路、單片機(jī)控制單元和動作執(zhí)行單元等部分組成。 智能型漏電保護(hù)器除了具備傳統(tǒng)保護(hù)裝置的各種用途外，而且還可以顯示各種電路指標(biāo)，各種指標(biāo)也可以顯示，設(shè)置和修改。 圖 22 表示 智能型漏電保護(hù)器的 動作 原理： 零 零 零 零 零零 零零 零 零 零 零 零 零零 零零 零零 零零 零 圖 22 智能型漏電保護(hù)器的原理 展示 圖 本章小結(jié) 當(dāng)線路 發(fā)生漏電 情況 以及人身觸電 時，漏電保護(hù)器能夠斷閘 保護(hù)， 當(dāng)發(fā)生短路和電流過載時也可以派上用場，另外 在 一般 情況下 亦可以當(dāng)做 線路的轉(zhuǎn)換 開關(guān)使用，其在許多場合中有著廣泛應(yīng)用。 執(zhí)行單元通常由 脫扣器的保護(hù)器或交流接觸器 的器件組成 。 中間環(huán)節(jié)采用運(yùn)算放大器和單片機(jī)控制系統(tǒng)，對漏電信號進(jìn)行處理 (變換、放大和比較 )和動作控制。 漏電保護(hù)器主要由檢測 單元 、中間環(huán)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 三個部 分組成 。前者較后者來說，它擁有許多領(lǐng)先的地方： ，靈敏度好 ，適應(yīng)性高 ，更適合現(xiàn)代復(fù)雜配電電網(wǎng)的要求。漏電保護(hù)器主要由放大器、零序電流互感器和漏電動作脫扣器等部分組成，其可靠性良好，性能相對穩(wěn)定。一般在被保護(hù)電路中，如果被保護(hù)的電路中電流相量和不為零，那么磁通就會在其鐵心中產(chǎn)生，公式如下 L N n? ? ???? (14) 此時漏電脫扣器會收到其二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢信號，當(dāng)這信號達(dá)到一定值時，電子控制的漏電脫扣器動將會發(fā)出相應(yīng)操作，此操作會使漏電保護(hù)器主開關(guān)斷開，從而在極短的時間內(nèi)主動切開電源，避免事故的發(fā)生 [8]。 圖 21 分立電子式漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 7 當(dāng)電流不發(fā)生人身觸電或其他漏電事故時，由克希荷夫電流定律可知，正常情況下通過零序電流互器 TAN 的一次側(cè)電流的相量和等于零，公式如下 0LNII?? (11) 這樣， 各相線工作電流在零序電流互感器環(huán)形鐵心中所產(chǎn)生的磁通量和也為零，公式為 0LN???? (12) 因此，這時零序電流互感器的二次線圈沒有感應(yīng)電壓輸出，漏電斷路器不動作，對被保護(hù)電路保持正常供電。 其具體結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，其中 TAN 代表零序電流互感器 ， YA 表示電動執(zhí)行單元，主要組成部分是電子控制漏電脫扣器。由于一次線圈中沒有剩余電流，所以不會感應(yīng)二次線圈，漏電保 護(hù)器的開關(guān)裝置處于閉合狀態(tài)。 漏 電保護(hù)器工作原理將漏電保護(hù)器安裝在線路中，一次線圈與電網(wǎng)的線路相連接，二次線圈與漏電保護(hù)器中的脫扣器連接。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電時，會出現(xiàn)兩種異?，F(xiàn)象，一是，三相電流的平衡遭到破壞，出現(xiàn)零序電流；二是，正常時不帶電的金屬外殼出現(xiàn)對地電壓。 ： 額定剩余動作電流不可調(diào)的漏電保護(hù)器、額定剩余動作電流可調(diào)的漏電保護(hù)器； ，可以將漏電保護(hù)器分為電壓動作型和電流動作型漏電保護(hù)器 [7]。以下 將 依據(jù) 不同的 標(biāo)準(zhǔn)展開 分類。 漏電保護(hù)器主要由放大器、零序電流互感器和漏電脫扣器等部分組成，特點(diǎn)為動作反應(yīng)性較高、性能相對穩(wěn)定 [6]。 論文所研究的智能型漏電保護(hù)器，能有效地減少觸電傷亡和漏電引起的火災(zāi)事故，對以后漏電保護(hù)器智能化的發(fā)展具有一定的指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。 智能型漏電 保護(hù)器除了具備傳統(tǒng)漏電保護(hù)器的功能外還有如下優(yōu)勢：控制信號更加可靠，可以實(shí)時的檢測線路中各種參數(shù)，參數(shù)的整定和設(shè)置更加方便快捷。從各種原因分析，大都缺乏安全用電知識及用電設(shè)備保護(hù)裝置不完善。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 4 課題研究目的及意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，使電氣設(shè)備和家用電器大量增加，隨之帶來了與安全用電的矛盾。漏電保護(hù)器是低壓電器的一個重要系列產(chǎn)品，但由于漏電保護(hù)的特殊性，目前對漏電保護(hù)的智能化在理論上和技術(shù)上還需要人們進(jìn)行深入研究與探討。本文研究的漏電保護(hù)器主要用在低壓電網(wǎng)中。國家也在許多場合明確要求必須無條件的安裝剩余電流保護(hù)器，即漏電保護(hù)器，以保障人身財(cái)產(chǎn)安全。另外，安裝系統(tǒng)的空間是有限的，要盡可能的實(shí)現(xiàn)量大體積小的要求，為用戶節(jié)約經(jīng)濟(jì) [5]。模塊化設(shè)計(jì)不僅有助于降低復(fù)雜性和產(chǎn)品開發(fā)的成本，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，同時也便于擴(kuò)容和日常維護(hù)功能。可以用詳細(xì)要求可在“四遙”一遙測，遙信，遙控，遙調(diào)來體現(xiàn)溝通，以實(shí)施改造計(jì)算機(jī)集群控制和配電系統(tǒng)自動化項(xiàng)目。 可通信化就是把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢、通訊優(yōu)勢引進(jìn)到低壓保護(hù)器領(lǐng)域中來。低壓智能保護(hù)哈爾濱理工大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 3 也具有豐富的用戶界面，不僅可以通過數(shù)碼管或液晶顯示模塊，可顯示三相電流，電壓，頻率，環(huán)境溫度和時間參數(shù)等，還可以通過鍵盤，手持編程器保護(hù)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整。 通過以上對智能保護(hù)器的了解，通過國內(nèi)外各低壓電器供應(yīng)商的產(chǎn)品現(xiàn)狀以及研究動態(tài)來分析，低壓智能保護(hù)器的發(fā)展趨勢可概括為以下幾個方面： 所謂 智能化就是采用先進(jìn)的微處理器 (MCU/DSP)或其他大規(guī)?？删幊虜?shù)字處理器件為控制核心，從而使低壓智能保護(hù)器實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)的功能。 我們國家 在 1981 年 制定了 《 漏電保護(hù) 工作 的實(shí)施條例 》 ，條例規(guī)定 施工現(xiàn)場的電氣設(shè)備必須 無條件安裝保護(hù)設(shè)施 。美國的《美國國家電氣 條例 》 1971 年版規(guī)定，自 1973年 1 月 1 日起 居民的居住樓 和 施工 工地 這兩種場合 必須設(shè)置漏電保護(hù)器。雖然起步晚但發(fā)展迅速 [3]。 美國在 1967 年開始就使用了以電流為參數(shù)的漏電保護(hù)器，并率先開始發(fā)展，但還需要大小為 5mA 的開始時漏電流。電流型保護(hù)器和電壓型保護(hù)器相比，前者可靠性更高，電流型的保護(hù)器已成為當(dāng)今保護(hù)裝置的主流，后者已經(jīng)被社會摒棄。 1930 年在歐洲發(fā)現(xiàn)了漏電保護(hù)器的工作電壓，這是一歷史性變革，為以后的漏電保護(hù) 器提供了基礎(chǔ)。 前者 與傳統(tǒng)的保護(hù)器相比， 它的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，具體如下所示： ，靈敏度高 ，功能靈活多變 ，能很好地滿足現(xiàn)代復(fù)雜配電電網(wǎng)的要求。運(yùn)用微處理技術(shù)可以把動作保護(hù)參 數(shù)儲存在不易失性儲存單元中 [2]。 當(dāng) 電氣開關(guān) 具有智能特點(diǎn)后 ， 除了有傳統(tǒng)電器的功能特點(diǎn)外 ，還能夠 隨時隨地 顯示電路中的電流、電壓、功率、功率因數(shù) 等 參數(shù)。微處理器的快速進(jìn)步 ， 給智能化保護(hù)器的進(jìn)步提供了前提 。 對于快速發(fā)展的當(dāng) 今社會來說，傳統(tǒng)的漏電保護(hù)器根本滿足不了電力系統(tǒng)自動化的要求，人們希望單臺保護(hù)器就能實(shí)現(xiàn)自動化 、 智能化和模塊化。 微電子技術(shù)的快速發(fā)展，給集成電路也帶來了革命性變化，大大減小了電子電路的尺寸，以集成電路為基礎(chǔ)的多功能保護(hù)器也應(yīng)運(yùn)而生。智能保護(hù)器和傳統(tǒng)保護(hù)器最大區(qū)別是前者具有智能控制處理模塊，所謂的智能模塊就是在 保護(hù)器上運(yùn)用 單片機(jī)、 數(shù)字信號處理 、 微處理單元 等微處理器芯片， 這種技術(shù)能讓保護(hù)器具有快速處理 、 識別故障，還能完成相關(guān)參數(shù)顯示和通信功