基于单片机的防火漏电保护器设计

基于单片机的防火漏电保护器设计 防火漏电保护器 1引言 (lntroduction) 防火漏电保护器是对用电电路实施保护的装置，它检测三相交流电的电压、电流和漏电，当三相交流电的电压、电流和漏电出现故障时，切断电源电路，从而保护用电电器，减少火灾的可能。它广泛应用于建筑、电力、消防、通讯等行业，其中在民用住宅和商用住宅中有着广泛的应用，其产品应用的场合决定了其可靠性尤为重要。目前国家已经制定相应标准，要求在建筑中必须使用防火漏电保护器。 本文中防火漏电保护器的设计，以 51单片机为核心，完成防火漏电保护器的设计。主要实现三相交流电电压、电流和漏电的额定值设定，电压、电流和漏电的采样，以及对相应故障（如过压、欠压、过流和漏电超标）实施保护。文中从硬件和软件设计两部分来说明防火漏电保护器的设计。 2防火漏电保护器的硬件设计 防火漏电保护器的硬件部分主要由供电电源电路、三相交流电电压电流检测电路、漏电检测电路、单片机电路、液晶报警显示电路、电机控制电路和按键设置电路组成。 1)供电电源电路 电源电路主要是为电机控制电路、单片机控制、电压电流漏电检测电路、声音报警和液晶显示电路提供 +12V和 +Sv电源，+12V和 +5V电源由 220V交流电经过变压器、整流滤波电路和 LM7812和 LM7805芯片产生。 2)单片机电路 单片机是防火漏电保护器的核心，完成防火漏电保护器的控制功能，包括交流电压、电流和漏电电流的采样、采样数据处理、选项设置、声音报警、液晶显示控制和电机控制等功能。单片机采用的是 STC公司的 STC89C5IRC/RD系列单片机，该系列单片机是新一代超强抗干扰低功耗高速的单片机，它的指令集完全兼容传统的 51单片机，在设计中选用该系列的 89LE516AD单片机 3，该单片机具有 8路 VD采样端口，作为三相交流电的电压、电流和漏电的采样端。该单片机是 3.3v供电，在电路中采用 Sv电压串联两个二极管 (1N4007)实现。 3)电机控制电路 在保护器中，用交流电机的正反转控制保护器转到相应的位置来实现供电电路的通断。交流电机的正反转由三根线 (O， A， B)控制，一根 (O)接零线，其余两根中的一根 (A)接火线，另一根 (B)悬空时正转，反之反转。 A， B两根线由单片机的I/O口通过三极管控制继电器的常开节点与火线连接，框图见图 3。同时检测位置信号，当到达指定位置是，切断信号，使电机停转（如交流电出现故障，电机转动开关使电源断路，检测位置信号，到达断路位置，单片机使单片机停转）。 4)三相交流电电压电流漏电检测电路 三相交流电电压电流漏电检测电路实现对三相交流电电压、电流和漏电的检测，以实现对过压、欠压、过流和漏电的保护（见图 4）。 电压检测由三相交流变压器、整流滤波电路和分压电路组成。其中三相交流变压器把 220v的电压变为低电压的交流电，对应比例为 300/5，整流滤波电路完成交直流转换，分压电路完成电压调整，保证在 300v交流电对应 3.3v电压，实际调节为 220v交流输入对应 2. 42v。 电流检测由三相交流互感器、整流滤波电路和分压电路组成。其中三相交流互感器把电流转换为电压信号，整流滤波电路完成交直流转换，分压电路完成电压调整，保证在额定工作电流的 120%时对应 3.3v。 漏电检测电路由漏电电流互感器（检测零线和地线之间的电流）、分压电路组成。其中漏电电流互感器把电流转换为电压信号，分压电路完成电压调整，保证在最大漏电电流的 120%时对应 3.3v 5)按键设置、液晶显示和声音报警电路 按键设置和液晶显示电路一起设置电压的过压和欠压值，过电流值和漏电电流值。采用 4个按键，分别为设置键，加减控制键和退出键。 液晶电路显示