【基于单片机的智能漏电保护器设计（论文）8200字】

基于单片机的智能漏电保护器设计目录TOC\o"1-3"\h\u286451绪论 当电路中的FFT运算出数据，中断部分开始进行工作，串口GPIO时钟打开、串口外设时钟打开;UART（异步收发传输器）对发送引脚TX和接收引脚RX进行配置，在足够高的系统时钟速率下，UART产生波特率；然后电路开始配置数据字长、配置停止位、配置检验位、配置硬件流控制、配置工作模式；最终完成串口初始化的配置。然后开始配置串口中断优先级；到使能串口接收中断；使能空闲位中断使能；使能串口；数据的发送与接受。软件开始要检测电路中的漏电电流，所以我们需要进行交流采样软件设计，下图是我们这部分的流程图：我们在图里面画的s表示为我们的采样指针设定，采样过程中各个位置的时间要保持一致，N的意思是我们电路在运行过程中要进行N此中断，这个中断可以是好几倍的N，也可以是缩小好几倍的N，不管是来自哪里的中断，我们的设定目标都是一致的。这里对电路的漏电电流动作判断和动作用以下程序框图展示：我们采样收集到的电流值大于我们在软件里设定的值的时候，电路就按照Y的路线走，然后我们设计。的软件就会识别出有故障发生，然后我们的“执法器件”继电器把我们电路断开，若小于我们在一开始设定的值的时候，电路就按照N的路线走，我们的设计在电路充当路人角色。电路照常运行。5硬件设计5.1硬件电路设计硬件电路主要采用电流互感器和STM32单片机、液晶显示屏、电源、继电器。还用到一些电解电容、双色led灯、晶振、、开关多个电阻组成。5.1.1零序电流互感器的选择根据在图书馆四楼查阅额的资料，我了解到，零序电流互感器在本次设计的电路中作用是将电路中的电流让它们零序变换。在回路中产生零序接地电流时可以与继电保护装置或则信号配合使用，可以让我们设计的装置元件动作，从而使我们设计的电路被保护跟被监控。根据在图书馆查阅的资料，我们了解到零序互感器的优点：对电流很敏感、在电路中动作时间短。非常适合我们这次设计的硬件电路的需求。在本次设计中，电路中的零序电流是电路的的原始信号，当我们设计的电路发生触电或漏电故障时，回路中会出现漏电电流，本次设计的电路中流过互感器的三相电流全部加起来不等零，即三个向量的电流和为零序电流。本次设计我选择了TA1016型电流互感器，根据在图书馆四楼查阅的资料，我们知道一般的零序电流互感器在电流小于2A时它的误差比较大，不符合本次设计中检测设备的要求，而根据查阅的资料显示，TA1016型电流互感器的特点：1.安装方便、外形美观。2.体积小、精确度高；封闭性好；内部机械和适应环境性强，对电压的隔离能力强，安全可靠。3.对电路的保护灵敏度高、触发动作时间短.因此我选择了TA1016型零序电流互感器，如图5.1.1所示图5.1.15.1.2单片机介绍和选择根据所学习到的知识，了解到了有一款芯片，被叫做单片机。这种单片机的种类有很多，而且它所具有的功能也有很多，有些人认为单片机功能其实就是一点点而已，其实这个是错误的。单片机的功能有很多种，可以根据想要的要求不同，做出不同的单片机。而且现在单片机越来越被人们使用，原因是因为这个芯片占地面积小，可以避免不必要的浪费，还有价格也是比较低廉的，很适合经济能力不是很充裕的人们使用，这个单片机也是一款集成式的电路芯片。单片机内部的组成其实不多，也不是那么复杂，作为一个芯片，主要就是有一个CPU，还有着可以存储数据RAM等，除了这个，还有着一个可以被读到的存储器，这个存储器叫做ROM。而本设计所使用的就是单片机，好用而且价格低廉。我们知道单片机在市场上卖的最好的是stc家的单片机，51的，还有stm32家的单片机。这里讲讲stm32f103单片机，它带有着现在市场上算是比较好的arm处理器，这样的好处是可以为我们节省成本，因为我们作为学生，做要考虑自身所需要的材料成本，不能超过我们的预算，这样的单片机在编程上，他的代码处理效率是非常高的，非常适合我们设计的需要，还有就是它可以和我们变成用的软件兼容，这也是非常关键的，毕竟我们是要对它进行软件设置，然后才能完成我们想要的功能。我们在举一些这个器件的其他功能，比如它的中断控制器：可以处理低延迟的中断响应，还可以处理较高优先级的中断，它的时钟是在电路启动的时候同事一起启动的，它的供电是一点几伏到三点几v的，器件电源的管脚提供内部输入输出口里的调压器的电源供电。因为如果使用这个单片机的话是需要下载代码的，它要有vssa和vssd，这两个是用来下载代码的，vssa、vssd＝一点几v到三点几v的，这部分还可以为其他部分中的小模块提供电源。接下来介绍一下STM单片机是怎么给它取名字的，比如：STM32-F-数字1-字母1-数字2-字母2-数字3-字母3-xxx。现在来给大家解释一下上面每一个数字跟字母的意思，因为我们可以根据它们的名字来初步了解他们是什么类型和基本信息，我们按照从左到右的顺序来给大家介绍首先是第一个字母F它的意思是，这个器件它在我们市场上跟生活中代表着通用的，就是跟很多器件搭配使用不冲突，紧接着字母f的数字1，他就像是我们出生时，我们在家中的辈分，也就是他是什么系列的，比如是基本的还是经过加强过的。紧接着的字母1它代表的是我们这个器件可以接多少个口，也就是我们所说的引脚，如果他在这里写的是大写的英文字母t的话，那么t代表的是数字三和六的组合也就是36个引脚；如果标的是维生素c的c的话，那么c代表的是数字2跟4的组合也就是24个引脚；如果标的是电阻R的符号的话，那么R就代表六跟四的组合也就是六十四引脚；标的是VCD的V的时候，那么V代表的是一跟两个零的组合也就是一百个引脚，如果标的是大写的z的话，它代表的是一和四十四的组合也就是一百四十四个引脚，数字2代表的是它可以被我们经常编写或擦掉的存储器，就是我们经常说的闪电的闪，存储的存，闪存。接下来到字母2，它代表的是单片机的封装，如果这里十大写字母的H，那么它代表的是BGA封装，它是球栅阵列类型的封装，他非常的厉害，他可以让我们原来容量很小的内存，在不改变器件的体积，让我们的容量可以提高，是非常厉害的了。如果这里代表的是大写的T，那么他绝不是我们篮球规则里面违反规则判罚的T，它代表的是一种封装类型lqfp，他可以使我们封装cpu很省时省力，因为这种四方扁平的技术，可以使cpu跟引脚靠的很近，让引脚很细，从而使外观非常的小，非常的好。如果这里代表的是大写字母u，那么它代表的是，VFQFPN封装，它的封装方法他非常适合各种信号处理的器件。接下是数字三，它代表的是这个器件它能放在我们生活环境里多少温度下，如果数字是六的话，就代表这个器件可以在零下41度到八十五度之间的环境温度下进行工作，如果是数字7的话，他比数字六类型更能耐高温，甚至达到了一百零五度。非常适合一些高温环境的工厂还有我们家用的热水器。字母三代表的是它的内部代码，这个对于我们就可以不用管了，因为这个是商家德尔商业机密，而且对于我们的本次实验没什么作用，就不详细说了。后面的三个xxx代表的是代号，也是与本次设计没多大联系的，也不一一多说了。所以我们选择STM32-64pin单片机。STM32-64pin单片机I/O引脚分配：选择单片机控制芯片时要考虑到各方面的因素，这些方面包括所需的I/O引脚的数目，所需的外围设备，控制器速度，芯片的实际尺寸。根据所选课题的实际，列出以下需求计算所需I/O引脚最少数目：（1）漏电检测电路：1个漏电电流采集的输入端口（2）漏电动作电流电路通过开关输入量控制额定突变动作电流值、额定作延时时间。引脚号名称引脚类型引脚功能3PLC14-OSC32_INI晶振32768输入端4PLC15-OSC32_OUTO晶振32768输出端5PDOOSC_INI晶振8M输入端6PDOOSC_OUTO晶振8M输出端12VSSP接地端13VDDP正电源端 本次设计中我们选的是STM32-64pin单片机，它的引脚见图5.1.2图5.1.25.2显示模块选择漏电参数采用TFTLCDSPI显示屏；本设计中选用的液晶显示屏的主要作用是显示数据，以及设置按键引脚1接GND，引脚2接电压源，引脚号引脚功能1接地2接3.3v电源5.3电源设计本次设计我选择使用名字为Lm1117的电源转换芯片，我需要它在我的设计里面将5v转换为3.3v，LM1117是一个低压差电压调节器。其电压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。5.4控制执行部分设计我们这个设计的器件的他的“本事”是当我们生活中使用的电器中的电路中电流值大于我们设计中设定的剩余电流数字的时候，在我们本次设计设定的延时时间的情况下，继电器被触发，然后电路就被我们断开了。本次设计中继电器作为动作执行机构，它的作用在本次设计里充当着“执法人员”的角色，它的“执法能力”的可靠性决定了我们设计的可靠。图5.4为继电器引脚图。图5.45.5器件焊接对我们选择的器件，将它们放入电路时，我们要仔细考虑它们的位置放在一起是不是合理，是不是兼容，能不能节省空间与会不会占用我们太多的电路空间，走线是不是最快最方便的，后期会不会影响其他的走线，我们的电路板选的是塑料的，然后在把其他器件用实验室的焊接笔来一个个把它们的引脚焊上去，我们在焊接我们设计的板子的时候，我们尽量先把小的焊上去，然后再把我们选择的大期间最后在焊上去，这样比较方便，免得后面大的占用小的位置，我们的手不太好操作，毕竟学校实验室条件有限。结论我们这个设计是我们生活中离不开的器件，基本上每个人的家里都会用到，可以说是只要是有人的地方就会有，推广使用本次设计出来的东西，可以对我们在平常用电的时候，有很大的安全保护。根据我们自己在图书馆四楼查阅的资料了解了智能漏电保护器的秘密，以及我们对他进行了“打破砂锅问到底式”的研究，我们最终选定了单片机的型号，以及其他期间的类型。本设计采用了文中那种类型的单片机，作为此设计的重点，本次设计出来的实物的质量是必须靠它来保证的，鉴于STM系列单片机的优点以及外围电路的合理扩展和其他硬件的合理设置，让我们本次设计可以设计出我们想要的东西，以及满足我们日常生活中的需求。本次设计出来的器件可以将电路中的电流互感器检测到的信号进行收集，然后再由引脚端送给我们电路中一个叫运算放大器的器件，它可以对发送过来的信号放大很多倍，再由单片机进行计算后，再分析算出来的结果，然后与我们在软件设计设定的参数值二者进行比较，当我们进行实验的时候检测出来的电流值达到我们最初设定的参数值时，根据我们设定的断开动