【正文】 32P正電源端 單片機(jī)接口按鍵設(shè)計(jì)按鍵部分用于設(shè)置動作電流和時間參數(shù)，按鍵的硬件接口電路圖如圖44所示。圖44 按鍵電路原理圖 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì) PICl6F87x系列單片機(jī)的復(fù)位功能設(shè)計(jì)得比較完善，導(dǎo)致單片機(jī)內(nèi)部復(fù)位的方式，或者說，引起單片機(jī)內(nèi)部復(fù)位的條件和原因可以大致歸納成以下5種：1） 上電復(fù)位：每次單片機(jī)加電時，上電復(fù)位電路都要對電源電壓VDD的上升過程進(jìn)行檢測，就產(chǎn)生一個有效的復(fù)位信號，需經(jīng)72mS=1024個時鐘周期的延時。2） 人工復(fù)位(單片機(jī)在執(zhí)行程序期間)：無論是單片機(jī)在按頂先設(shè)定的正常順序遠(yuǎn)行程序，還是出現(xiàn)單片機(jī)進(jìn)入不可預(yù)知的某一個死循環(huán)(形成死機(jī)現(xiàn)象)，都得認(rèn)作單片機(jī)在執(zhí)行程序。3） 看門狗復(fù)位：不論何種原因，只要沒有對看門狗定時器WDT進(jìn)行周期性地及時地清0，WDT就會出現(xiàn)超時溢出，也就會引發(fā)單片機(jī)復(fù)位。其實(shí)只有在單片機(jī)執(zhí)行程序期間，看門狗發(fā)出超時溢出，才會引發(fā)單片機(jī)的復(fù)位，而另一種情況對于PIC16F87X單片機(jī)而言則不會引發(fā)單片機(jī)的復(fù)位。為了滿足上述人工復(fù)位的需要，通常單片機(jī)都設(shè)置一個外接復(fù)位引腳，來接收外部輸人的人工復(fù)位信號，在PIC系列單片機(jī)的技術(shù)文檔中稱該腳為“MCLR”，英文原意是人工清除的意思。PIC16F877復(fù)位功能如圖45所示：按下按鍵低電平有效，單片機(jī)人工復(fù)位。當(dāng)外接振蕩器時，外部振蕩信號從OSC1端輸入，OSC2端開路。74HC04反相器用來實(shí)現(xiàn)振蕩器所需的180度相移， 的電阻用來提供負(fù)反饋給反相器，的電位器用來提供偏壓，從而使反相器74HC04工作在線性范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)中液晶顯示屏的主要作用是顯示數(shù)據(jù)，以及配合按鍵進(jìn)行控制參數(shù)的設(shè)置。液晶屏與PIC16F877單片機(jī)硬件接口電路如圖47所示。當(dāng)使能端E由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行寫操作（寫入命令或要顯示的數(shù)據(jù)、地址）；D0～D7為雙向數(shù)據(jù)線。繼電器控制部分作為動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用非常關(guān)鍵，它工作的的可靠性也決定了剩余電流保護(hù)器工作的可靠性。SSR1連接至PIC16F877的一個設(shè)置為輸出的I/O口RC5，后面整個對繼電器的控制，完全由對該I/O口的控制來實(shí)現(xiàn)，因而控制方式非常靈活，也十分可靠。繼電器的輸出回路接于接觸器或斷路器的控制回路中。PC817是常用的線性光電隔離器件，輸入回路與輸出回路之間相隔離，能夠承受5000V的暫態(tài)沖擊電壓，在輸入回路電流為5mA，電流傳輸比CTR大于50％，完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。開關(guān)管N1采用的是三極管2N222A。此時，作為開關(guān)管使用的的三極管N1導(dǎo)通，繼電器的輸入回路接入＋12V、－12V電源，所以繼電器吸合。此時，作為開關(guān)管使用的的三極管N1截止，繼電器的輸入回路脫離＋12V、－12V電源，故繼電器分閘。當(dāng)三極管N1由導(dǎo)通變成截止時，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減少，這時線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢與電源疊加后加在三極管N1的c、e兩極之間，會導(dǎo)致三極管N1被擊穿。并聯(lián)二極管時一定要注意極性不可接反，否則起不到任何保護(hù)作用。信號調(diào)理電路需要中的集成運(yùn)算放大器需要＋5V和－5V電源，LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動器芯片需要＋5V電源，單片機(jī)需要＋5V電源，繼電器控制部分需要＋12V和－12V電源。采用線性穩(wěn)壓器件LM7805和LM7905設(shè)計(jì)的＋5V和5V的電源電路如圖49所示。所以采用LM7805和LM7905的設(shè)計(jì)能夠滿足系統(tǒng)需求，并且在價格上也比較便宜。硬件部分是系統(tǒng)的軀干部分，但是系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和可靠運(yùn)行，還依賴于完整的軟件設(shè)計(jì)，即軟件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵，是系統(tǒng)的靈魂。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的時候，常用的設(shè)計(jì)方法有三種：模塊化程序設(shè)計(jì)、自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。對于緩慢變化的剩余電流信號進(jìn)行實(shí)時跟蹤顯示，并據(jù)此切換剩余電流的動作檔位。整個單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能復(fù)雜、信息量大、程序較長，所以選擇切合實(shí)際的程序設(shè)計(jì)方法就顯得相當(dāng)重要。對大型程序設(shè)計(jì)而言，模塊化是一種必然的趨勢。模塊化指的是把一個程序按功能分解成若干彼此具有一定獨(dú)立性同時也具有一定聯(lián)系的組成部分，這些組成部分稱為模塊。模塊的內(nèi)部聯(lián)系應(yīng)該緊密，而各模塊之間的聯(lián)系應(yīng)盡量少，每個模塊通過所提供的接口與外界聯(lián)系，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)調(diào)試，然后拼裝成為一個整體以完成系統(tǒng)所需要的功能。這種程序的可讀性及可理解性比較好。這種程序的可修改性及可維護(hù)性比較好。所以程序的可驗(yàn)證性較好。 主程序的設(shè)計(jì)：1）檢測緩變漏電電流2）檢測突變漏電電流3）漏電電流動作判斷和控制4）動作原因、分合閘次數(shù)記憶，數(shù)據(jù)的顯示本課題的控制軟件由五部分組成，為上電初始化模塊、中斷服務(wù)模塊、漏電信號分析模塊、漏電動作輸出模塊、漏電電流顯示模塊。圖51 主程序流程圖圖52 主程序延時子程序流程圖上電后的初始化模塊上電初始化模塊主要完成上電后的初始化工作。為保證周期的精確度，自動檢測電網(wǎng)頻率，并自動跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，避免因電網(wǎng)頻率改變而使漏電動作特性改變。并在第二個周波期間內(nèi)計(jì)算出供TMR2定時采樣的時間間歇。即將電流周期等分為40份，由TMR2定時產(chǎn)生中斷，在每個TMR2中斷周期內(nèi)進(jìn)行一次采樣并作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)的處理由2個模塊完成，流程圖如圖59和510所示。模塊2實(shí)現(xiàn)的功能為在電流周期的最后兩個采樣周期內(nèi)，加入最后兩個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的平方，計(jì)算均值并開方，得到有效值，進(jìn)入漏電動作控制輸出模塊。介紹了漏電突變電流的計(jì)算方法，我們以A相電壓作為相位參考基準(zhǔn)，檢測出漏電電流滯后相位，由此將漏電信號I復(fù)原為各相不平衡漏電電流，程序計(jì)算流程圖如圖511和512所示：圖511 突變漏電電流計(jì)算模塊1圖512 突變漏電電流計(jì)算模塊2圖513 突變漏電電流計(jì)算模塊3根據(jù)每周期的三相不平衡漏電電流，計(jì)算出相鄰兩周期內(nèi)各相漏電電流的變化值：，求差值可將突變漏電電流換算為兩相漏電電流的變化，判斷突變漏電電流是否在誤差范圍內(nèi)即與突變相的夾角是否小于20度，我們在程序中將這個條件等效為兩個突變相電流的數(shù)值比較。進(jìn)入動作判斷執(zhí)行單元，： （53）突變電流的相位為： （54） 漏電動作記憶和顯示模塊普通的漏電保護(hù)器動作后，用戶無法知道動作時的情況，不利于故障原因分析。將漏電動作的原因記憶下，大大提高用戶故障分析的效率。實(shí)現(xiàn)漏電電流數(shù)字顯示，為用戶提供了一個監(jiān)視電網(wǎng)漏電情況的手段。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。分別顯示出各相漏電電流，更便于用戶故障分析，判斷究竟是哪一相線路發(fā)生了漏電。動作原因與相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下表51所示。在日常生活中，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發(fā)熱都可能導(dǎo)致火災(zāi)。本次設(shè)計(jì)采用PIC16F877單片機(jī)作為整個智能漏電保護(hù)器的核心，PIC16F877單片機(jī)在8位單片機(jī)中脫穎而出，它采用精簡指令集計(jì)算機(jī)RISC、哈佛雙總線、指令流水線結(jié)構(gòu)。作為整個保護(hù)的核心元件，PIC16F877市場供應(yīng)充足，價格便宜，性能優(yōu)良，是作為漏電保護(hù)器單片機(jī)的首選，其他外圍電路的使用元件都十分便宜，市場供應(yīng)充足，完全能夠滿足漏電保護(hù)器的生產(chǎn)需要，智能漏電保護(hù)器便宜的價格，良好的性能，必將在今后的電力網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重