基于51单片机的漏电检测保护装置.doc

基于51单片机的电源漏电检测保护装置硬件设计摘要：本设计采用的是ATEML公司生产的AT89C51单片机为核心来设计智能电源漏电检测保护装置。本文在分析了漏电检测模块工作原理的基础上，设计出一种基于单片机实时采样漏电信号并可接收上一级控制系统的参数要求，自动检测漏电参数，一旦检测到漏电就能达到实时断电的功能。在软件方面，采用的是C语言编程，具有良好的可移植性。关键词：AT89C51单片机；漏电检测；保护；硬件Based On 51 Single-chip Power Leakage Detection and Protection Device Hardware DesignAbstract: This design uses the AT89C51 microcontroller as the core the ATEML company to design intelligent power leakage detection protection device. In this paper, analyzed on the basis of the principle of the leakage detection module, design a microcontroller-based real-time sampling leakage signal can be received on the parameters of a control system requirements, automatic detection of leakage parameters, upon detection of leakage can achieve real-time power function. On the software side, using the C programming language, has good portability.Key words: AT89C51 single-chip；Leakage detection；Protection；Hardware目 录1绪论11.1背景、目的及意义11.1.1接地电阻值应符合设计要求11.1.2保护措施21.1.3安装漏电保护器21.1.4安装漏电报警系统21.1.5实施等电位联结21.3研究思路和设计方案52 系统设计62.1系统设计要求62.2系统研究思路62.3系统设计图63系统硬件设计83.1过零比较器83.2漏电信号检测93.3断电保护93.4报警电路104元器件功能介绍114.1 AT89C51单片机114.1.1功能特性描述114.1.2管脚描述124.1.3引脚功能144.2过零比较器154.3继电器154.3.1继电器的工作原理和特性154.3.2继电器主要产品技术参数164.4 稳压电源165程序设计17总结和展望20参考文献21致 谢221绪论 漏电保护在电气安全领域属还未完全成熟的技术。最近的几十年来，随着电子技术的发展，快速动作、高灵敏度型漏电保护装置取得了令人满意的进步。美国、日本、德国、法国、英国等国乃至国际电工委员会都先后关于漏电建立和修订了关于漏电保护装置中不同产品的标准及其关联标准和法规。由于我国的漏电保护装置生产厂家和产品的数量很多，所以说国家因此制订了国家标准漏电电流动作保护器（GB6829-86），这个标准对漏电保护器的特性、分类、结构与性能要求、试验方法、检验规则、工作条件和安装条件等方面作出了明确的规定。因此，我们为了提高其性能的稳定性，就需要对漏电的检测级报警保护进行相关的研究。1.1背景、目的及意义 产生漏电的原因有很多，但主要原因可以归为以下几种：配电系统的安装人员不专业，素质高地不齐，所以很难保证质量，表现在：当在酸碱腐蚀性或潮湿的环境中，电线直接外露，且未做直接保护的设备进行安装；设备或电气线路长时间未检修，使用年限较长或者因超负荷等原因绝缘劣化；选用不合格的伪劣或者假冒电气商品；当人员进行安装布线时，锤、钳、刀等的绝缘层损坏后没有处理；安装不规范，绝缘层的质量有问题和导线的包扎有漏洞；外部因素：腐蚀、潮湿、水份浸人、挤压等。漏电的防范措施：按照规章制度办事，非电气专业人员不准从事其工作，平时要多注意检查漏洞。 严格执行相关的规定，尽量不用易燃易爆的材料，当电气线路不可避免的经过可燃物的时候，一定要阻燃硬塑料管或者穿金属管对其进行相关的保护，为防止漏电；采用相关金属管布线的时候，一定不能把绝缘层刮伤。配电装置如配电箱、开关、插座等装置和易燃物与用电设备要保持较远的的安全距离，但当确实不可分开或者远离的时候，我们就应具体问题具体分析，做好相关的隔热保护措施，防止意外发生。1.1.1接地电阻值应符合设计要求所用设备的相关的接地电阻尽量不应超过4Q这个值，但是为了解决某些电设备的熔体的熔断电流较大、容量也较大的这个问题，我们应并联接地体以充分减小接地电阻值或者增加接地线截面这两种类似的方法解决，增大漏电短路电流，这样就对于保护装置的动作产生有利作用。 1.1.2保护措施必须通过相关的计算后才能确定保护所接地及保护接零的有效截面积，并用用相关的方法对其校正。保证其接线所有相关的端子具有可靠性，保证它们不会轻易松动，最后我们要经常对其进行检查，及时的发现问题。1.1.3安装漏电保护器现在我国的的配电系统中设置的过流和过零相关的保护装置等措施不能保证完全的有效性以防止事故的发生，因此，我们应该设置专用的漏电保护器在建筑物电源的总进线处。但是又为防止一旦一家漏电就导致大面积的停电，所以我们必须在各个用户分别设置自己的漏电保护器，要求相关的动作额定电流和额定动作时间应合理配合，让他们具有分级保护的能力。 1.1.4安装漏电报警系统在低压电气线路上安装漏电报警就就是一种很好的保护方法。可以通过漏电报警系统，准确地监控电气线路的故障和异常状态，还可以提早预警发现漏电的隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患，避免漏电给国家经济和人民生命财产造成巨大损失，消灭其安全隐患。1.1.5实施等电位联结考虑到漏电保护器对于单相的220V线路只提供相关接触保护，所以还有很多其他方面的隐患会导致漏电保护装置的失灵，如因接触不良，质量不稳定、机件磨损、寿命较短等相关的原因，所以说不能让它成为一种单独的、可靠的保护方式，我们必须实施等电位联结，这样才能才能保证可靠地消除漏电的设备或者电气线路与金属的器件之间产生电火花和电弧，消除因为各种漏电电压而引起可能发生的事故。将保护接零的总线与各个用户里其他管道的线连接的措施称其电位联结。如总煤气管、总水管、暖通管等一些容易产生电火花的金属管道或设备，这样我们就能使各个用户的点位均衡，对易燃易爆场所更为重要。 伴随着我国经济建设规模的不断扩大，我国的电量也迅速增长起来，电力事业也就迅速发展了，所以说安全用电问题也就越来越突出了。日常生活中，经常会发生因各种原因而产生的漏电情况，比如说用电设备的漏电、过载或者短路、低压配置系统线路的漏电甚至接地电流所流过的金属焊缝引而起发热都可能导致火灾的发生。所以说防止漏电而引起的人身触电，或者因接地故障使供电线路损毁甚至引起火灾的发生，十分的重要。根据不完全统计的显示，我国每年因触电而死亡的人数有千人之多，而因漏电引起火灾造成的经济损失更为严重后果，达到了数亿元人民币。因此，我们要把可以防止漏电火灾及人身触电的漏电保护器进行广泛的应用。由于漏电保护器主要由电子元件(或电磁器件)构成,材料、电子元件、电磁器件、环境、温度、生产工艺、技术要求等都可以影响其特性。我们为了保证漏电保护器在漏电保护反应和触电方面具高灵敏性和有动作快速性，这是其他自动开关、熔断器等无法吵赶的。因为熔断器和自动开关正常时要通过一定量的电流，所以说它们的动作保护值要考虑到正常时候的电流量，因此它们的主要作用是一旦发现漏电可以及时的切断系统电流。而漏电保护器是利用系统的剩余电流反应和动作，正常运行的时候的电流很微小，故它的动作整定值可以整定得很小，当系统发生漏电时，比如设备外壳带电或人身触电时，出就会出现较大电流，漏电保护器则通过检测和处理这个较大电流后可靠地动作，就可以马上切断电源。现国内的漏电保护器型号如表1.1所示。 表1.1 漏电保护器型号型号名称原理极数额定电压（V）额定电流（A）额定漏电动作电流（mA）漏电动作时间（S）保护功能VigiC45漏电保护器电子式电磁式1234240/415140301003000.1milti9系列断路器附件VigiC63漏电保护器电子式电磁式1234240/415163301003000.1DZL18-20漏电自动开关电流动作型（集成电路）2220201015300.1漏电或兼有漏电与过载保护两种，选用时注意YLC-1移动式 漏 电保护插 座电流动作型单相2极3极10漏电保护专用CBQ-A触电保安器电磁式216300.1LDB-1漏电自动开关电流动作型351030（漏电不动作电流15mA）0时，Uo为低电平Ui0时，Uo为低电平Ui0时，Uo为高电平集成运放输出的高低电平值一般为最大输出正负电压值Uom。 4.3继电器4.3.1继电器的工作原理和特性电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。4.3.2继电器主要产品技术参数1、 额定工作电压：继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 2、 直流电阻：继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 3、 吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 4、 释放电流：继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5、触点切换电压和电流：继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 4.4 稳压电源工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。图中其余部分是起电压调节，实现稳压作。用的控制部分。电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到和基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。CW7805是单电压+5V稳压集成块。5程序设计开始有无漏电？继续检测是否有漏电？继续检测是否有漏电？输出高电平结束输出低电平图8 漏电处理程序流程图本程序采用C语言编写，而C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用C语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。流程图如图8所示。图8 流程图具体程序如下所示：#includesbit P10=P10;sbit P00=P00;sbit P01=P01;void delay(unsigned char u)unsigned char i,j;for(i=0;i0;j+);void main()while(1)if(P10=1)delay(200);if(P10=1)P00=1;P01=1;if(P10=0)delay(200);if(P10=0)P00=0;P01=0;第 23 页总结和展望家用电器和仪器设备的漏电指标是一项非常重要的安全性能指标。在家用电器和仪器设备出厂时，如果不检测这项指标会是有很大危险的。为了保护使用者的人身安全，电器一定要安装具有漏电保护功能的装置。基于漏电检测模块工作原理的基础上，本文在软件部分设计出一种基于单片机实时采样漏电信号并可接收上一级控制系统的参数要求且自动检测漏电参数，当检测到漏电就可以达到实时断电的功能。基于单片机的漏电保护系统采用合理的软件设计方案，当发生设备漏电或人身触电时能迅速进行跳闸断电的操作，避免事故的发生。该系统功耗小、运行稳定，具有系能好、操作简便和可靠性高的特点，在环境比较恶劣的场合也适合运行。经过多次实验测试，本系统达到了预期的目的，通过合理设置欠压、过压、过流及漏电的参数，可以随时检测出用电设备和供电系统的运行环境及状态，充分的保障设备、供电系统及人身的安全。 参考文献1 薛继昌.略论学生公寓配电系统漏电的危害性及防范措施J.黑龙江科技信息，2010，19期：4850.2王丽.基于单片机的漏电保护器动作特性检测技术的研究：D.河北工业大学：王丽，2006.3 赵国庆.基于GSM-R/GPRS的远程列车用电监测系统：D.太原理工大学：赵国庆，2009.4 杨波.基于W7100A芯片的以太网控制系统设计及应用：D.天津工业大学：杨波，2011.5 赵建飞.基于simulink与AVR单片机的多接口音频系统的仿真与构建：D.青海师范大学：赵健飞，2010.6魏东平.C程序设计语言M.北京：电子工业出版社，2009.