【正文】 2012年3月四路電源避雷器智能脫扣系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Intelligent Disconnecting System of Four Power SPD學(xué)生姓名：Student：指導(dǎo)教師：Advisor：Hu Yongjian Associate Professor 臺(tái)州學(xué)院物理與電子工程學(xué)院School of Physics amp。 Electronic EngineeringTaizhou UniversityTaizhou, Zhejiang, China2012年3月March 2012摘 要避雷器已經(jīng)成為電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，但是避雷器運(yùn)行中通過泄漏電流，以及外部環(huán)境中各種干擾因素的存在,會(huì)引起避雷器的劣化，因此有必要設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的氧化鋅避雷器智能脫扣系統(tǒng)對(duì)氧化鋅避雷器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)脫扣。本文主要介紹了以Atmega16單片機(jī)為核心的氧化鋅避雷器智能脫扣系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了C語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)避雷器的智能脫扣和安全報(bào)警功能。關(guān)鍵詞避雷器；智能脫扣；ATmega16；安全報(bào)警 ；AbstractSurge arrester has bee a indispensable device in the surge protection of electronic equipment , but the leakage current passing through it and the various destruct factors in surrounding environment , the zincoxide surge arresters may be degraded during their service . So it is necessary to design intelligent disconnect system of surge arrester based on MCU which can monitor the working condition and make it be disconnected from the circuit in time . thus to avoid it heating up and even burning out . This design describes the intelligent disconnecting system of surge arrester based on overall project which used to fulfill the basic functions of intelligent disconnecting system is consist of the leakage current detection circuit, data processing circuit, MCU circuit, sound and light alarming circuit and driver circuit. This system uses the C programming language to Realize the control program .The design of each unit circuit principle and general testament and debugging of the system is also presented in this article.Key wordsSurge Arrester 。 ATmega16。 目 錄1．引言 12．系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案思路 13．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 34．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3．漏電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 4．氧化鋅避雷器 5．磁保持繼電器簡(jiǎn)介 5．電流互感器 5．?dāng)?shù)據(jù)處理電路設(shè)計(jì) 6．LM358簡(jiǎn)介 7．LM393簡(jiǎn)介 8．MCU電路 9．Atmega16單片機(jī)簡(jiǎn)介 10．復(fù)位電路 11．濾波電路 12．SPI下載接口 12．聲光報(bào)警電路 12．主要芯片74LS08介紹 13．聲音報(bào)警電路 14．光報(bào)警電路 14．驅(qū)動(dòng)電路 14．ULN2074B簡(jiǎn)介 15．二極管保護(hù)電路 16．穩(wěn)壓電路 165．軟件設(shè)計(jì) 16．程序流程圖 17．程序設(shè)計(jì) 17．配置IO口 17．配置定時(shí)器0 18．配置ADC 19．ADC轉(zhuǎn)換程序 196．制作與調(diào)試 20．硬件電路的布線與焊接 20．調(diào)試 21．硬件部分 21．軟件部分 227．結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 24謝 辭 25附 件 261．引言近年來，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路相繼出現(xiàn),而且廣泛運(yùn)用于通信、計(jì)算機(jī)、測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控中。然而，這些微電子設(shè)備普遍存在著絕緣程度低、過電壓電流耐受能力差的致命弱點(diǎn)[1]。為了避免這些災(zāi)害的發(fā)生，國(guó)際上和國(guó)內(nèi)相繼開發(fā)和研究出各種避雷器(SPD)用來保護(hù)微電子設(shè)備免遭過電壓的侵害。因此設(shè)計(jì)脫扣器對(duì)SPD加以保護(hù)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的脫扣器一般有熱脫扣和電磁脫扣[3]。智能脫扣器是以微處理器或單片機(jī)為核心，對(duì)SPD脫扣器進(jìn)行智能化控制的設(shè)備[4]。由于智能化脫扣器充分應(yīng)用了微電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)等新技術(shù)，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，是未來防雷研究的方向。該系統(tǒng)主要通過以下幾種方案來實(shí)現(xiàn)：方案1：采用低熔點(diǎn)合金材料作為脫扣裝置，由于SPD的劣化特征為漏電流增大，造成SPD發(fā)熱加劇，使得發(fā)熱量與散熱量失去平衡，SPD內(nèi)部溫度升高，而SPD外層為絕緣封裝層，絕緣封裝層的熱導(dǎo)率比SPD金屬電極的熱導(dǎo)率小得多，根據(jù)熱學(xué)中熱傳導(dǎo)原理，可以近似認(rèn)為SPD的熱量主要是通過金屬電極向外散熱，金屬電極處的溫度能準(zhǔn)確反應(yīng)SPD內(nèi)部的溫度[2]。方案2：用AT89C51單片機(jī)作為智能脫扣器的核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，AT89C51是一種帶8K字節(jié)閃爍可程序設(shè)計(jì)可反復(fù)擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器[5]。由于將多功能8位CPU和閃爍內(nèi)存組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[6]。方案3：用Atmel公司的AVR中高檔系列單片機(jī)ATmega16作為智能脫扣器的核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案比較：方案1采用的是非智能脫扣裝置，在對(duì)低熔點(diǎn)合金材料選取上存在一定的難度，也很難做到精確脫扣。因此在采用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，限制了智能脫扣器的性能。并通過漏電流檢測(cè)電路，數(shù)據(jù)處理電路，MCU電路，驅(qū)動(dòng)電路，報(bào)警電路等五塊主要電路來實(shí)現(xiàn)四路電源避雷器智能脫扣器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理電路的前端是由兩個(gè)LM358芯片組成電壓跟隨器，用來隔離漏電流檢測(cè)電路對(duì)其后電路的影響，后端是由于一個(gè)LM393芯片構(gòu)成的電壓比較器，用來比較前端LM358輸出的電壓值，再將其送至MCU電路進(jìn)行處理。這樣就既可以做到杜絕因避雷器劣化而發(fā)生火災(zāi)或爆炸的悲劇事情發(fā)生，又可以做到避雷器全天候防雷，以保護(hù)電路中的設(shè)備免受雷擊。并采用C語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)漏電流檢測(cè)，脫扣和安全報(bào)警功能。電源ATMEGA16單片機(jī)最小系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路數(shù)據(jù)處理電路發(fā)光二極管漏電流檢測(cè)電路蜂鳴器ISP下載接口 圖3　四路電源避雷器智能脫扣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖4．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)雷電防護(hù)體系中的避雷器是最為主要的保護(hù)器件，而氧化鋅壓敏電阻是世界公認(rèn)的當(dāng)代最先進(jìn)的防雷器件，也是最常用的防雷器件[10]。但是氧化鋅避雷器存在著劣化現(xiàn)象，如不采取防護(hù)措施，將會(huì)帶來火災(zāi)或爆炸等災(zāi)難性的后果[11]。硬件設(shè)計(jì)就是圍繞著一款基于ATmega16單片機(jī)的智能脫扣器展開。四路電源避雷器智能脫扣系統(tǒng)組成框圖如圖4所示：圖4　四路電源避雷器智能脫扣系統(tǒng)組成框圖．漏電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 本部分設(shè)計(jì)電路用于檢測(cè)氧化鋅壓敏電阻所產(chǎn)生的漏電流值，主要是先利用電流互感器把氧化鋅壓敏電阻前端與后端的大電流轉(zhuǎn)換為小電流，再用變壓器將小電流轉(zhuǎn)換為電壓。利用氧化鋅良好的非線性伏安特性，使在正常工作電壓時(shí)流過避雷器的電流極小（微安或毫安級(jí)）；當(dāng)過電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果[12]。．磁保持繼電器簡(jiǎn)介磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起來的一種新型繼電器，也是一種自動(dòng)開關(guān)。所不同的是，磁保持繼電器的常閉或常開狀態(tài)完全是依賴永久磁鋼的作用，其開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定寬度的脈沖電信號(hào)觸發(fā)而