【正文】 17 5 漏電保護器的軟件設(shè)計 圖 軟件整體框圖 漏電保護器的核心控制器是單片機 , 采用 STC 公司的 89LE516AD 單片機 , 采用 keil C51 編程 , 軟件完成整個控制器的功能 , 包括電壓、電流漏電采樣接口、采樣數(shù)據(jù)處理、選項設(shè)置、液晶顯示接口以及對電機正反轉(zhuǎn)的控制功能。 液晶電路顯示三相交流電壓和電流值 , 同時用 7 個發(fā)光二極管表示三相電壓、電流和漏電報警。 (4) 按鍵設(shè)置、液晶顯示和聲音報警電路 按鍵設(shè)置和液晶顯示電路一起設(shè)置電壓的過壓和欠壓值 ,過電流值和漏電電流值。漏電檢測電路由漏電電流互感器 (檢測零線和地線之間的電流 )、分壓電路組成。電流檢測由三相交流互感器、整流濾波電路和分壓電路組成。電壓檢測由三相交流變壓器、整流濾波電路和分壓電路組成。同時檢測位置信號 , 當(dāng)?shù)竭_指定位置是 , 切斷信號 , 使電機停轉(zhuǎn) (如交流電出現(xiàn)故障 ， 電機 轉(zhuǎn)動開關(guān)使電源斷路 , 檢測位置信號 , 到達斷路位置 , 單片機使單片機停轉(zhuǎn) )。交流電機的正反轉(zhuǎn)由三根線 (O,A,B)控制 ， 一根 (O)接零線 ， 其余兩根中的一根 (A)接火線 ， 另一根 (B)懸空時正轉(zhuǎn) , 反之反轉(zhuǎn)。 該單片機是 供電 ， 在電路中采用 5v電壓串聯(lián)兩個二極管 (1N4007)實現(xiàn)。 (2) 單片機電路 單片機是 漏電保護器的核心 , 完成 漏電保護器的控制功能 , 包括交流電壓、電流和漏電電流的采樣、采樣數(shù)據(jù)處理、選項設(shè)置、聲音報警、液晶顯示控制和電機控制等功能。 基于單片機的漏電保護器的研究 13 4 漏電保護器的硬 件設(shè)計 圖 硬件電路主框 漏電保護器的硬件部分主要由供電電源電路、三相交流電電壓電流檢測電路、漏電檢測電路、單片機電路、液晶報警顯示電路、電機控制電路和按鍵設(shè)置電路組成 , 見圖 。 用于防止發(fā)生火災(zāi) 的 漏電保護器的靈敏程度可以適當(dāng)放寬，動作時間在 到 2s 之間 。 因此，對漏 電保護器來說，多大的漏電電流就應(yīng)該引起斷電保護動作以及動作時間是多少，這是兩個重要的技術(shù)指標(biāo) 。這時互感器中火線和零線中電流的大小出現(xiàn)差異，使互感器上的線圈感應(yīng)出電流（以后將會學(xué)到這方面的知識），這個電流使脫扣器動作，把開關(guān)斷開從而切斷了電路，保護了人身安全 。 可以基于單片機的漏電保護器的研究 12 想象：火線中的電流和零線中的電流是大小相等、方向相反的，火線和零線對互感器所產(chǎn)生的效果完全抵消，互感器中沒有電流流過，脫扣器接在互感器上的線圈 “ 感覺 ” 什么事情都沒有發(fā)生，脫扣器不動作，開關(guān)保持接通狀態(tài) 。 圖 漏電保護器主體 框圖 如圖 ，虛線框所包圍的是漏電保護器的主體部分，它包括主開關(guān)、互感器、脫扣器三部分 ?？梢?，與安裝漏電保護器之前的 4Ω或 10Ω相比，保護接地電阻的要求大大降低了。 降低對保護接地電阻的要求 用電設(shè)備的保護接地電阻值按國家標(biāo)準(zhǔn) GBJ65《工業(yè)與民用電力裝置 的接地設(shè)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。此時若遇到易燃易爆品，將導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生。一般錯誤的認為漏電電流不大，因而忽視了發(fā)生火災(zāi)的可能性。 注：漏電保護器只對相與地間的觸電或漏電提供保護，而對人體的相與相間基于單片機的漏電保護器的研究 11 觸電、相與中性線間觸電不 提供保護。德國柯賓（ ）的研究曲線 It=50mA s(30 毫安 而觸電時間越長，所能承受的流過身體的電流越小。結(jié)果是 : 30mA 時，時間達 60秒； 80mA 時，時間達 12 秒； 100mA 時，時間達 6秒，對動物均無死亡危險； 140mA 時，時間達 秒就有心室 纖顫。結(jié)果是 : 秒時，電流達到 220mA 時，動物仍未有死亡危險； 秒時，電流達到 14OmA 時，動物就有心室纖顫和心跳過速； 秒時，電流達到 10OmA 時，就能使心室纖顫； 秒時，電流達到 10OmA 時，使動物心室纖顫，電流達到 16OmA 時即可使動物死亡。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。 （ 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）； （ 9）根據(jù)故障信號的形式是漏電故障電流還是漏電故障電流在接地裝置或檢測元件上產(chǎn)生的電壓降， 可以將漏電保護器分為電壓動作型漏電保護器和電流動作型漏電保護器； 基于單片機的漏電保護器的研究 10 （ 10）根據(jù)剩余電流是否含有直流分量可分為： AC 型漏電保護器（對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 型漏電保護器（對突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流，脈動直流剩余電流和脈動直流剩余電流迭加 平滑直流電流均能可靠脫扣）。它可以同時完成三個功能，即檢測剩余電流、將剩余電流與基準(zhǔn)值相比較、執(zhí)行機構(gòu)斷開被保護電路。 (2) CHMOS(或 HCMOS)工藝 —— 互補的金屬氧化物的 HMOS工藝，是 CMOS與 HMOS的結(jié)合，具有高密度、高速度、低功耗的特點。專用型單片機針對性強且數(shù)量巨大，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考慮，所以專用單片機具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。用戶根據(jù)需要，可設(shè)計一個以通用單片機芯片為核心再配以其他外圍電路的測控系統(tǒng)?？砂匆韵路绞竭M行分類 : 按字長分 NEC 公司的 UPD75XX 系列、 NS 公司的 COP400 系列、夏普公司 的 SMXX 系列；Intel 公司的 MCS48 系列和 MCS51 系列列、 Microchip 公司的 PIC 16CXX 系列PICI7CXX 系列以及 PIC1400 系列、 Motorola 公司的 M68HC05 系列和 M68HC 11 系基于單片機的漏電保護器的研究 8 列、 Zilog 公司的 z8系列； Intel 公司的 MCS96/98 系列、 Motorola 公司的 M68HC 16 系列、 NS 公司的 783XX 系列； Hitachi 公司的 SuperH(簡稱 SH)系列等等。單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則在硬件的基礎(chǔ)上對其資源進行調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的控制任務(wù)，二者缺一不可。 單片機及其應(yīng)用系統(tǒng) 單片機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU (Central Processing Unit )、隨機存取存儲器 RAM ( Random Access Memory ) ,只讀存儲器 ROM (ReadOnlyMemory) 、基本輸入 /輸出(Input/Output)接口電路、定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成 一個完整的微型計算機，從而實現(xiàn)微型計算機 的基本功能。特別是單片機嵌入 (隱藏或埋藏之意 )式系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，標(biāo)志著計算機技術(shù)發(fā)展史上又一個新的里程碑。在智能機器人、數(shù)控車床、工業(yè)控制、智能儀表儀器、信息通信、交通、航運、家電、汽車等諸多領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。 其最基本特征是體積小、功耗低、運行可靠和價格低廉，使其得到了廣闊的應(yīng)用前景及更強的生命力。微型計算機的兩大分支之一，是以發(fā)展面向?qū)ο蟮挠糜趯崟r測控領(lǐng)域的微控器 (Micro Controller Unit)。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 。以單片機為主體，取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)測量電子線路，可以容易地將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新 一代的所謂“智能化測量控制系統(tǒng)”。 目前在研制高精度，高性能，多功能的測量儀表時，大多考慮采用微處理器作為控制單元，而在儀器儀表中使用最多的微處理器就是單片機。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。國家標(biāo)準(zhǔn)要求漏電保護器在投入運行后，使用單位應(yīng)建立運行記錄及相應(yīng)的管理制度，每月需在通電狀態(tài)下，按動實驗按鈕，檢查漏電保護器動作是否可靠。 國內(nèi)外發(fā)展情況 我國研究漏電保護器起步要晚于國外，進入二十世紀(jì)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(dāng)重視。在 1962 年美國研制成功靈敏度為 5mA 的電流型保護器，標(biāo)志漏電保護器開始進入發(fā)展階段，德、日、法等國也相繼研制成功靈敏度為 30mA 的電流型保護器。 1940 年法國人發(fā)明了電流型保護器。1912 年德國正式發(fā)明了電壓型保護器，保護電機外殼漏電。防止漏電引起的人身觸電，以及因接地故障而使供電線路損壞甚至發(fā)生火災(zāi)，己成為當(dāng)務(wù)之急，因此，可以防止漏電火災(zāi)及人身觸電的漏電保護器得到廣泛應(yīng)用。日常生活中，因 電氣設(shè)備使用不當(dāng)或線路漏電造成的電氣事故時有發(fā)生，低壓配電系統(tǒng)線路的漏電、用電設(shè)備的漏電、過載及短路或者接地電流流過金屬焊縫引起發(fā)熱都可能導(dǎo)致 安全隱患 。 本設(shè)計以 PIC16F877 單片機為處理器，并對單片機系統(tǒng)單元、試驗電流的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)單元、電流信號采集單元、人機接口單元等硬件電路進行了研究和分析，并針對特性檢測 的特點提出了模塊化的軟件設(shè)計方案，以實現(xiàn)對漏電時間和漏電電流的精確檢測和顯示。本文對漏電保護器 特性的檢測技術(shù)進行了理論研究和實踐 探索。 低壓電網(wǎng)的觸電、漏電保護已經(jīng)引起我國各用電部門及勞動保護部門的高度重視，建立科學(xué)的完善的觸電、漏電保護體系已迫在眉睫。它廣泛應(yīng)用于建筑、電力、消防、通訊等行業(yè) ,其中在民用住宅和商用住宅中有著廣泛的應(yīng)用 , 其產(chǎn)品應(yīng)用的場合決定了其可靠性尤為重要。 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。 漏電保護器不僅用在工業(yè)生產(chǎn)中，在日常生活中的應(yīng)用也越來越廣泛 。 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 1 緒 論 ........................................................................................................................ 5 漏電保護器的研究背景及意義 ..................................................................... 6 國內(nèi)外發(fā)展情況 ...............