毕业设计（论文）-基于单片机的家用漏电保护器设计

基于单片机的家用漏电保护器设计 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 设 计题目： 基于单片机的家用漏电保护器设计 学 院： 工学院 姓 名： 曾丽丽 学 号： 20061147 专 业： 电子信息工程 年 级： 信工062 指导教师： 龚水泉 职 称：副教授 二O一一 年四月II 摘 要日常生活中，因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生，低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝发热都可能导致火灾。漏电保护器作为一种低压保护电器，可以用于防止漏电火灾造成的经济损失及人身触电造成的伤亡，因此得到广泛应用。由于漏电保护器主要由电子元件（或电磁器件）构成，其质量和性能的稳定性容易受材料、电子元件、电磁器件、环境、温度、生产工艺、技术要求等因素变化的影响。因此,为了提高其性能的稳定性，需要对漏电动作特性及其检测技术进行深入的研究。首先对漏电动作特性检测技术的发展状况进行了分析，还对国家标准中的相关规定进行简要的分析;在此基础上,对漏电保护器的硬件和软件进行了设计。本设计以 STC89C52 单片机为处理器，并对单片机系统单元、试验电流的产生和调节单元、电流信号采集单元,人机接口单元等硬件电路进行了设计和分析，并针对特性检测的特点提出了模块化的软件设计方案，以实现对漏电动作时间和漏电动作电流的精确检测和显示。关键词：漏电保护器；漏电动作特性；单片机ABSTRACTBecause of improper use of electrical equipment or electrical circuits leakage, electric accidents occurred from time to time. Fire may be caused by leakage circuit of the low-voltage distribution system or electrical equipment, overload, short circuit, or current flow through metal weld. Being a type of low-voltage safe apparatus, the residual current device (RCD) is used to avoid the electric shock and the fire accident. So they are widely used in daily life. Because RCD is composed of the electronic components (or electromagnetic devices), its quality and performance is easily affected by materials, electronic components, electromagnetic devices, environment, temperature, production process, and technology requirement. Thus, to enhance the stability of its performance, we conduct thorough study on residual operating characteristics of RCD. In this paper, we conduct deep theoretical study and practical exploration of test technology on the operation characters. The latest development of the same field and the relevant stipulation of national standards are well expatiated at the beginning of the dissertation. Based on these theoretic, the hardware and software of operation characters test are carried out.Using SCM (Single Chip Microcomputer), STC89C52 as digital control system, study and analysis in SCM system, current generation and regulation unit, current acquisition unit, and interface unit. Modular software design is advanced for the test of Operation Characters, so that the operating current and break-time can be accurately test and displayed.KEY WORDS:RCD; operation characters; SCM (single chip microcompute)目 录1 绪论11.1 引言11.2 漏电保护器简介21.2.1 漏电保护器的主要功能21.2.2 漏电保护器的分类31.2.3 漏电保护器的工作原理42 家用漏电保护器的硬件系统设计62.1 单片机系统电路设计62.1.1 微处理芯片的选择62.2 电流检测电路72.3电源电路92.4人机接口单元电路92.4.1 按键部分硬件设计92.4.2 液晶显示部分硬件设计102.5 数据采据电路及报警电路102.6 家用漏电保护器系统设计原理112.7 系统总体电路原理设计133 系统的软件设计143.1 软件设计的总体思想143.1.1 设计方法和编程语言的选择：143.1.2 设计要求检测装置的主要功能包括143.2 主程序设计163.3 上电初始化模块173.4 人机接口模块173.4.1 参数设置模块程序设计173.4.2 按键检测子程序设计183.4.3 液晶显示模块子程序设计194 结论21参考文献22附录一 系统与原理23附录二 系统与原理PCB图24致 谢2526 1 绪论1.1 引言随着我国经济建设规模的不断扩大，用电量迅速增长，电力事业迅速发展，安全用电这一问题显得 越来越重要。日常生活中，因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生，低压配电系统线 路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝引起发热都可能导致火灾。据不完全统计，我国每年有数千人死于触电事故，因漏电引起火灾造成的经济损失达数亿元。防止漏电引起的人身触电，以及因接地故障而使供电线路损坏甚至发生火灾，己成为当务之急，因此，可以防止漏电火灾及人身触电的漏电保护器得到广泛应用。漏电保护器的发展大约经历了三个阶段，即初始阶段、发展阶段和成熟阶段。1912 年德国正式发 明了电压型保护器，保护电机外壳漏电。1930 年欧洲国家开始采用电压型保护器。1940 年法国人发明了电流型保护器。1956 年，德国开始生产电流型保护器。在 1962 年美国研制成功灵敏度为 5mA 的电 流型保护器，标志漏电保护器开始进入发展阶段，德、日、法等国也相继研制成功灵敏度为 30mA 的电流型保护器。到二十世纪七十年代，各国开始制定规程，强制在一些场所安装漏电保护器，标志漏电保 护器的发展进入成熟阶段。国研究漏电保护器起步要晚于国外，进入二十世纪七十年代以来，我国用电量逐年增加，触电事故也逐年增加，因此引起各部门的相当重视。近年来，我国在漏电保护器方面的科研、生产、应用有了较大的发展，国家标准主管部门先后组织编制了保护器产品标准、使用标准；此外，原国家机械委还制订了相关的产品行业标准；此外，国家建设部在GB50054低压配电设计规范和 GB50096住宅设计规范等国家标准中，对低压配电系统和住宅中漏电保护器的应用均作了规定。国家标准要求漏电保护器在投入运行后，使用单位应建立运行记录及相应的管理制度，每月需在通电状态下，按动实验按钮，检查漏电保护器动作是否可靠。雷雨季节应增加检查次数。但是该试验只能 用来检查漏电保护器的脱扣功能，不能用来校核额定漏电动作电流和分断时间的数值。所以国家标准还规定应定期进行漏电保护器的动作特性试验，测试漏电动作电流值、漏电不动作电流值和分断时间，而且对上述试验中采用的检测仪表的精度等级做出了明确的规定。目前在研制高精度，高性能，多功能的测量仪表时，大多考虑采用微处理器作为控制单元，而在仪器仪表中使用最多的微处理器就是单片机。随着微电子技术的不断发展，单片机的集成度越来越高，功能越来越丰富。以单片机为主体，取代传统仪器仪表的常规测量电子线路，可以容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制系统”。在数据采集系统中采用单片机技术，能够解决许多传统仪表不能或不易解决的问题。这种新型的智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能多样化方面，都取得了巨大的进展。1.2 漏电保护器简介 漏电保护器，又称剩余电流动作保护器，是指在规定条件下，当剩余电流达到或超过给定值时能自动断开电路的机械开关电器或组合电器。它可以同时完成三个功能，即检测剩余电流、将剩余电流与基准值相比较、执行机构断开被保护电路。1.2.1 漏电保护器的主要功能(1) 防止人身触电漏电保护器对有致命危险的人身触电提供间接接触保护；额定剩余动作电流不超过 0.03A 的漏电保护器在其它保护措施失效时，也可作为直接接触的补充保护，但不能作为唯一的直接接触保护。在发生触电事故时，流过身体的电流越大，人体所能承受的时间越短；而触电时间越长，所能承受的流过身体的电流越小。图1 中是德国柯宾（S.Keppen）的研究曲线 It=50mAs，即当通电电流在 50mA.以下时，通电时间的长短对人的安全几乎没有影响。在考虑了安全系数后（取安全系数为 1.67）得到曲线，即 IT=30mAs。在曲线的左及左下方区域为安全区域，在发生触电事故时无感觉反应和生理效应。因此具有 30 mAs 的漏电保护器可以满足触电保护的需要，具有足够的安全性。图1 心室颤动电流和通电时间的关系需要特别指出的是：漏电保护器只对相与地间的触电或漏电提供保护，而对人体的相与相间触电、相与中性线间触电不提供保护。(2) 防止漏电引起的火灾低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电或者接地电流流过金属焊缝发热，都可能导致火灾。一般错误的认为漏电电流不大，因而忽视了发生火灾的可能性。实际上只要接触发热面积小，即使较小的漏电电流，热能密度也会很大，就有发生火灾的可能。此时若遇到易燃易爆品，将导致火灾或爆炸事故的发生。一般来说，作为防止漏电引起火灾事故的漏电保护器的额定动作电流的选择应不小于 100mA。(3) 防止漏电造成的设备损坏(4) 降低对保护接地电阻的要求用电设备的保护接地电阻值按国家标准 GBJ65工业与民用电力装置的接地设计规范规定为 4 和 10，这一要求在高土壤电阻率的地区是很难达到的。而安装了漏电保护器之后，保护接地电阻的 最大允许值变为： 保护接地电阻()安全电压(V)额定漏电动作电流(A)例如，选定漏电保护器的额定动作电流 200mA，按安全电压 50V计算，则接地电阻为：50V / 0.2A= 250。可见，与安装漏电保护器之前的 4或 10相比，保护接地电阻的要求大大降低了。1.2.2 漏电保护器的分类 为适应不同电网和不同保护目的的需要，漏电保护器有多种分类方法：（1）根据运行方式可分为：不用辅助电源的漏电保护器、用辅助电源的漏电保护器；（2）根据安装型式可分为：固定安装和固定接线的漏电保护器、带有电缆的可移动使用的漏电保护 器（通过可移动的电缆接到电源上）；（3）根据极数和电流回路数可分为：单极两线、两极、两极三线、三级、三极四线、四极漏电保护器（其中单极两线、二极三线和三级四线漏电保护器均有一根直接穿过检测元件而不能断开的中性线）；（4）据保护功能分为：只有漏电保护功能的漏电保护器、带过载保护的漏电保护器、带短路保护的漏电保护器、带过载和短路保护的漏电保护器、带过电压保护的漏电保护器及多功能保护（例如欠电压、断相、过电流、过电压等）的漏电保护器；（5）根据额定剩余动作电流可调性分为：额定剩余动作电流不可调的漏电保护器、额定剩余动作电 流可调的漏电保护器；（6）根据接线方式分为：用螺钉或螺栓接线的漏电保护器、插入式漏电保护器；（7）根据脉冲电压作用下防止误动作的性能分为：在脉冲电压作用下能动作的漏电保护器、在脉冲 电压作用下不动作的漏电保护器(简称脉冲电压不动作型漏电保护器)；（8）根据结构分为：组合电器（如漏电继电器与低压断路器或低压接触器组成的组合装置）和机械开关电器（如漏电断路器）。（9）根据故障信号的形式是漏电故障电流还是漏电故障电流在接地装置或检测元件上产生的电压降，可以将漏电保护器分为电压动作型漏电保护器和电流动作型漏电保护器。（10）根据剩余电流是否含有直流分量可分为：AC 型漏电保护器（对突然施加或缓慢上升的交流正 弦波剩余电流能可靠脱扣）、A 型漏电保护器（对突然施加或缓慢上升的交流正弦波剩余电流，脉动直流剩余电流和脉动直流剩余电流迭加 0.006A 平滑直流电流均能可靠脱扣）。1.2.3 漏电保护器的工作原理 漏电保护器的种类繁多，形式各异，但基本结构和工作原理相同。漏电保护器主要由三个基本环节组成，即检测元件、中间环节和执行机构，其组成方框图如图2所示:试验装置执行机构检测元件放大元件比较元件辅助电源 漏电电流 图2 漏电保护器组成框图检测元件为漏电电流互感器，它由封闭的环形铁心和一次、二次绕组构成，一次绕组有被保护电路 的相、线电流流过，互感器的作用是把检测到的漏电号变换为中间环节可以接收的电压或功率信号。中间环节的功能主要是对漏电信号进行处理，包括变换、放大和比较，因此通常包括放大器、比较器和脱扣器等。执行机构为一触点系统，例如带有分励脱扣器的低压断路器和交流接触器，其功能是受中间 环节的指令控制，用以切断被保护电路的电源。漏电保护器的基本工作原理如图3 所示 图 3漏电保护器的工作原理图当被保护电路无触电、漏电故障时，通过漏电电流互感器TA的一次侧电流的向量和等于零。这样，各相工作电流在此电流互感器中所产生的磁通向量和也为零。因此电流互感器的二次侧线圈没有感应电 动势产生，漏电保护器不动作，系统正常供电。当被保护电路中有人触电或出现漏电故障时，由于漏电电流的存在，使得通过漏电电流互感器一次侧的各相负载电流（包括中性线电流）向量和不再为零，这一向量和就是漏电电流。此时在电流互感器的环形铁心上将有励磁磁势存在，电流互感器的二次侧线圈在磁通向量和的作用下，有感应电动势产生，此信号电压经过中间环节的处理和比较，当达到预设值时，使主开关的励磁线圈TL通电，驱动自动开关动作，迅速切断被保护电路的供电电源，从而达到防止触电事故发生的目的。2 家用漏电保护器的硬件系统设计 家用漏电保护器的系统硬件电路主要包括微处理芯片（单片机）、动作执行单元、漏电电流检测电路，报警电路以及人机接口模块几个部分。整体硬件结构框图如图 4 所示。漏电电流检测动作执行单元微处理芯片LCD显示按键输入电流采样电路报警电路图4 整体硬件结构框图 人机接口模块主要包括 LCD 液晶显示屏和按键，可实现设置或修改试验参数，显示或查看试验结果，以及监视试验进程等功能；试验电流的产生和调节模块主要由调压器、电阻和接触器组成，此模块可以产生一个试验电流，用于模拟实际的剩余电流；试验电流通过电流采样电路，送入 A/D 输入通道,转化成单片机能识别的数字信号;单片机负责对采样信号进行运算处理，将运算结果送至 LCD 数码显示器，或将控制信号从 I/O 端口输出；动作执行单元则按照单片机的控制信号执行动作，从而对试验电流进行调节；采样同步电路用于产生一个同步信号，使起始采样点与电压信号同步。2.1 单片机系统电路设计2.1.1 微处理芯片的选择 当我们在为一个系统配置一个微处理器的时候，必须在成本与功能之间进行一系列折衷权衡。本次设计采用S T C 公司的一款性价比比较好的单片机S T C 8 9 C 5 2,主要性能特点包括低功耗，超低价，高速（0 -80M），高可靠，掉电模式：0.5 A，空闲模式：2mA，内部自带看门电路，有三个定时功能，内部自带8位A/D功能。单片机系统电路原理图如下所示：图5 单片机系统电路原理图 P0口：双向8位三态I/O口，P0口线内无固定上拉电阻，可驱动8个LS型TTL负载电流。P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 P1口：P1口是一个内部提供固定上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口可驱动4个LS型TTL负载电流。 P2口：P2口为一个内部提供固定上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口可驱动4个LS型TTL负载电流。当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的准双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。RST：复位输入。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的底8位字节。 PSEN：它输出的是外部程序存储器的选通信号。 EA/VPP：外部访问允许，使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 单片机最小系统电路原理图包括复位部分和外接晶体晶振荡器组成，是整个电路的核心控制电路，工作电源为5V。2.2 电流检测电路 电流的检测原理，是使用电流互感器对电流进行采样，再将电流互感器的二次侧输出信号经滤波、放大、电压提升等电路，变换为 A/D 模块可以采集的单极性电压信号（05V），最后送入单片机。 在检测电流的大小时，根据试验电流的周期（工频）按照每个周期 40 个进行采样，采样一个周期后，根据电流互感器的衰减倍数以及提升电压的数值，通过软件算法计算出实际的电流有效值。电流的检测原理如图6 所示。图 6 电流检测电路由运算放大器原理可知： (2.1) (2.2) (2.3)其中为图2.2中滑动抽头右侧部分的电阻值；由式2.1和2.2得： （2.4）电路应满足如下条件，当交流电流的瞬时值达到正向峰值时，放大器输出Vout=5v；当交流电流的 瞬时值达到负向峰值时放大器输出Vout=0v。将上述条件代入式 2.4 中，可算得（R9+ R6）/ R8和V+,其中V+ 可根据式 2.3 由调压电路获得。直流电流的检测原理，是通过分流器将电流信号转化为 05V 的电压信号，再送入 A/D转化模块。2.3 电源电路 本系统设计工作电流为5V,交流电压220V的经变压器降压后，再经过二极管整流，电容滤波，7805稳压后得到稳定的5V直流电压，为整个系统提供直流电压，设计了一个发光二极管指示电源工作状态。电源电路原理图如下所示：图7 电源电路2.4 人机接口单元电路 良好的人机交互接口是智能装置中不可缺少的部分，本设计的人机交互功能通过按键和液晶屏来完成,下面说明这部分的硬件设计。2.4.1 按键部分硬件设计 按键部分包括设置、返回、数字加、数字减、确定五个功能键，用于设置试验参数，及试验开始按 键，用于启动试验过程。按键的硬件接口电路图如图所示。当某个按键电位为低电位时，表示按键按下，此时进行相应的操作。图8 按键电路2.4.2 液晶显示部分硬件设计 图形点阵液晶显示模块简称液晶显示屏，由于具有显示信息丰富、功耗低、体积小、寿命长、不产生电磁辐射污染等优点而成为单片机系统中理想的显示器件，并被广泛应用于单片机控制的智能仪器仪表、工业控制领域。本设计中液晶显示屏的主要作用是显示数据，以及配合按键进行控制参数的设置。 本设计中采用1602液晶屏，可显示一行 16 个字符，并内置主控制驱动电路，液晶各引脚都是通过网络标号与单片机建立电气关系的。液晶屏与 单片机硬件接口电路如图所示。图9 液晶显示电路原理图当RS为高电平，写入要显示的数据；当RS为低电平，写入指令。当使能端 LCDEN由高电平变为低电平时，液晶模块执行写操作（写入命令或要显示的数据、地址）；D0D7 为双向数据线。液晶的5号脚为读引脚直接接地，表示只对液晶进行写操作。 2.5 数据采据电路及报警电路一、数据采据电路 本电路把实时检测到的电流进行采据，经过AD输入通道的转换，传输到单片机能识别的数字信号，单片机根据所检测的电流进行监测，一担出现漏电单片机就发出相应的控制指令，保护家用电器不受损坏。本设计采用AD0804单通道作为其数据采据电路，采据电路原理图如下所示： 图10 数据采据电路原理图二、报警电路 报警电路主要是在电路中发现家用电器漏电时，发出声光报警。其电路原理图如图11所示：图11 报警电路2.6 家用漏电保护器系统设计原理 本部分是保护家用漏电的核心部分，主要由光藕合器和晶闸管两部分组成. 光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离 、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在微机控制系统中，大量应用的是开关量的控制，这些开关量一般经过微机的IO输出，而IO的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动介面电路，为避免微机受到干扰，须采取隔离措施。如可控硅所在的主电路一般是交流强电回路，电压较高，电流较大，不易与微机直接相连，可应用光耦合器将微机控制信号与可控硅触发电路进行隔离。当电路中有漏电电流时，单片机就会发出控制命令，在P27口有高电平时，晶闸管就不工作，家用电器就失电，起到保护的作用。正常情况下光藕合电路是工作的，家用电器可以通路。其电路原理图如图所示：图12 家用电器保护电路2.7 系统总体电路原理设计本设计的总体电路原理图如下所示：图13 系统总体电路原理图3 系统的软件设计3.1 软件设计的总体思想3.1.1 设计方法和编程语言的选择： 对于一个实际应用系统来说，往往需要从硬件、软件两个方面进行设计。硬件电路是实现预定功能的基础，是整个设计任务的第一步，而所用功能的实现和可靠运行，还依赖于完整的软件设计。在软件 系统的指挥下，硬件才能够完成一系列的工作。在上一章节中我们详细介绍了的硬件结构，本章将从软件入手，介绍软件的实现方法。 由于实际的单片机控制系统的功能复杂、信息量大、程序较长，所以选用切合实际的程序设计方法 就显得相当重要。在进行软件设计时，常用的设计方法有三种：模块化程序设计、自顶向下逐步求精程 序设计、结构化程序设计。模块化程序设计的中心思想是把一个复杂应用程序按整体功能划分成若干相 对独立的程序模块，各模块可以单独设计、编程、调试和查错，然后装配起来联调，最终成为一个完成一定功能，具有使用价值的程序。其实在硬件设计的实现上就是划分出功能块，分别设计出与之对应的电路，从而最终联成一个整体，采用的就是这种方法。此设计方法也非常符合我们软件设计的总体思路，因此在本论文中我们采用了模块化程序设计方法 来实现软件程序的编制。 从开发语言上，STC单片机的软件开发可以采用汇编语言和C语言两种方式。C语言是一种高级语言，具有逻辑结构清晰.可读性和兼容性好、移植方便、可进行结构化编程等优点。汇编语言是一种面向物 理界面和硬件接口的系统执行语言，它的程序设计不如高级语言那样随意和方便，通用移植性不大。但 它以其独特的优越性，始终在小系统的控制领域方面占据了很重要的地位。就其实质来说，汇编语言是机器语言的表达，基本具备了机器语言的优点，其编程结构简单，存储空间小；实时性能强大，执行速 度快；硬件配合方便，测控效果好。 综合考虑两种编程方式，本设计中我们主要采用了C语言编写程序，并在有特殊需要时嵌入汇编语言。3.1.2 设计要求检测装置的主要功能包括（1）通过按键配合液晶显示屏，输入检测项目和检测参数。（2）参数设置后，按下“开始”按键，进行检测。在未进行参数设置的情况下，直接按下“开始”按键，则按照默认参数进行检测。（3）根据设定参数检测漏电动作电流。包括选择适合的电流档，接通或断开试验电流回路及主电路，按照国家标准规定稳步升流，准确测量动作电流。 （4）根据设定参数检测漏电动作时间。包括选择适合的电流档，接通或断开试验电流回路及主电路，自动调节试验电流及稳流，准确地测量动作时间。（5）测量过程中出现错误时，及时停止测量，并将结果显示在液晶显示器上。（6）测量完毕后将结果显示在液晶显示屏上。对动作特性检测的要求包括有以下几个方面：信号采集的非失真性要求:在测量的时候，由于模拟信号在时间上通常是连续的，而数字信号在时间上是离散的，所以在变换时首先必须按数字信号的周期，对被变换的模拟信号采样。一个连续变化的模拟信号，假设有最高频率或带宽Fmax，若采样周期为T，则采样频率为F=1/T。根据采样定理，若能满足 F=1/T=2Fmax，即采样 频率大于或等于模拟信号最高频率的两倍，那么采样后的离散序列就能无失真地恢复出原始连续模拟信号。3.2 主程序设计 主程序是漏电检测设计的核心程序，电路装置开始工作后，程序保持在主程序流程中循环 运行，根据不同需要对其它功能模块进行调用，调用完毕后，程序返回主程序继续进行循环。主程序流程图如图3.1所示。漏电动作时间检测模块开始结果显示上电初始化模块按键检测子程序设置/取消键按下？参数设置模块“开始”键按下？测动作电流？漏电动作电流检测模块图14 主程序流程图3.3 上电初始化模块上电初始化模块主要完成单片机上电后的初始化工作，主要包括：（1）设置单片机各个模块的功能，及各个端口的输入输出状态。（2）对中断服务寄存器进行初始化。（3）初始化液晶显示模块。（4）设定默认的检测项目和参数。 初始化模块流程图如图：开始定时器模块初始化CCP模块初始化A/D模块初始化中断服务器模块初始化液晶模块初始化I/O端初始化口设定默认检测项目和参数返回主程序 图15 初始化子程序流程图3.4 人机接口模块 人机接口是控制芯片与人之间交流的接口，主要由按键和液晶显示屏组成。在本课题中，人机接口 模块主要用于检测项目和参数的设置及检测结果的显示。3.4.1 参数设置模块程序设计 参数设置模块用于在试验开始前设置检测项目和参数。参数类型包括：1、试验项目：漏电动作时间检测、漏电动作电流检测；2、试品类型：A型漏电保护器、AC型漏电保护器；3、电流类型：交流、脉动直流、脉动直流迭加平滑直流；4、导通角：0、45、90、135、180、225、270、315；5、漏电电流（A）：国家标准中规定的一部分优先值，包括0.006，0.01，0.03，0.05，0.1，0.3，0.5，1。本设计中，参数设定是通过对“设置 / 取消”、“加”、“减”、“确定”四个按键的操作来实现的。 按下“设置 / 取消”，进入参数设置模块。首先进行参数类型选择，液晶显示器上显示拟要设置的参数类型，通过按“加”、“减”键改变参数类型，再次按下“设置 / 取消”，退出当前操作，按“确定”键进入参数大小的设定；在参数大小设定中，液晶显示器上显示此参数的数值，通过按“加”、“减”键 改变参数数值，再次按下“设置 / 取消”，退出当前操作，按“确定”键保存此参数值。3.4.2 按键检测子程序设计 试验装置所用的按键都是轻触开关，由于机械振动等原因，在按键按下以及断开的瞬间会发生抖动的现象。抖动时间长短由按键的机械特性决定，一般在 5ms10ms 之间，为了确保按键不产生动作，需要采取防抖动措施。防抖动措施有硬件和软件两种方式，硬件防抖动一般采取用 RS 触发器构成双稳 态消抖电路，采用硬件电路防抖动会使硬件电路复杂化，同时增加成本，因此本设计中采用了软件去抖动。 软件去抖动的基本原理是，当第一次检测到按键按下时，执行一个 10ms 的软件延时，之后再次判 断该按键是否仍然保持闭合状态，如果仍然处于闭合状态，则可以确认按键真正按下。由于程序是循环 执行的，为了防止按键按下后多次执行同一子程序，需要判断按键完全释放后再开始执行相应的操作， 如果按键按下时间过长，导致程序长时间等待按键释放，将会引起错误报警。按键检测子程序如图16所示。开始按键按下？延时10ms按键按下？延时10ms按键放开？超时报警返回键值或出错标志按键放开？是否超时？NNNYYNNY图16 按键检测程序流程3.4.3 液晶显示模块子程序设计 本设计中，液晶显示模块的驱动程序主要用到了初始化、清显示屏、写命令、忙标志位测试和写入字符等子程序。由于液晶显示模块是一个慢显示器件，因此在执行每条命令之前必须先确定“忙”标志为低电平，即显示模块可以接受命令，然后再进行写指令或数据以及读数据的操作，以下即为一段“忙”标志位测试程序。bit lcd_checkbusy(void)uchar LcdState;LCD_RS=0; / LCD_RS=1为数据，0为命令 LCD_RW = 1; / LCD_RW = 1为读，0为写LCD_CS = 1; / LCD_CS = 1 选通nop;LcdState = LCD_BUS; LCD_CS = 0;return(bit) LcdState & 0x80); LCD初始化子程序：void lcd_init(void)lcd_wrcmd(ox38); /设置8位格式，5*7lcd_wrcmd(0x0c); /整体显示，关光标，不闪烁 lcd_wrcmd(0x06); /设定输入方式，增量不移位 lcd_wrcmd(0x0c); /清除显示lcd_wrcmd(0x01);lcdcounter=0;在当前位置显示数据子程序：void lcd_wrdata(char lcddata)char i;lcdusing2=1;while(lcd_checkbusy();/测试忙标志位if(lcdcounter= =20)lcd_moveto(20);while(lcd_checkbusy(); lcdcounte+; LCD_BUS=lcddata;LCD_RS=1; / LCD_RS=1为数据，0为命令LCD_RW=0; / LCD_RW = 1为读，0为写LCD_CS=1; / LCD_CS = 1 选通soft_nop();LCD_CS=0; / LCD_CS = 1 选通LCD_BUS=0xff; Cdusing2=0; 国家标准规定测试漏电动作电流值的方法是调节剩余电流从小于0.2 In开始在30s 内稳定地增加至In值。由键盘输入In值后，由单片机计算出0.2In和（In - 0.2In）/1450，即输出电流初值和每周期（20ms）的大致电流变化率I。并计算出每步的耗时，使整个测试在30s内完成。升流过程中不断将电 流有效值与门限值比较，低于门限值时视为保护器断开。在测试过程中电流的变化值都显示在显示器上，并最终指示断电电流值或最后的电流值（两种情况显示标志不同）。4 结论漏电保护器是低压电路中防止人身触电和漏电火灾的保护类电器。漏电保护器的质量，特别是漏电 动作特性，直接关系到人身触电保护的安全可靠性。因此，国内外关于漏电保护器使用及维护管理的标 准中，均规定必须定期对漏电动作特性进行检查。尤其现在的用电器具中含有的整流等控制越来越多, 它们都使电流波形产生缺损。对于 A 型漏电保护器的动作特性检测技术，相关企业和研究所都在加紧 研究步伐。本文在参考国内外相关文献，以及已有的漏电动作特性测试仪研究成果的基础上，对漏电动 作特性的检测方法及试验装置的硬件和软件设计进行了研究。现对本文的主要工作总结如下：1研究了漏电动作电流和动作时间的检测方法动作电流的检测步骤为：使被试漏电保护器处于闭合位置，接通主回路和试验电流回路，调节漏电电流从小于 0.2In开始在 30s内稳定地增加至In，测定漏电保护器断开时的电流值。 分断时间的检测步骤为：预先将试验电流调节到额定剩余动作电流值，使被试漏电保护器处于闭合位置，接通主回路，然后闭合试验电流回路，测量分断时间。2研究了剩余电流的采样与有效值计算方法 试验电流信号经滤波、放大、电压提升后，变为单极性电压信号（05V），送入单片机的 ADC 模/数转换器，再通过计算将所得数字量还原为实际电路中的电流值。本设计中以 40 倍电流信号频率进行采