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        智能型漏電保護器檢測儀硬件設(shè)計

        2017-05-16 09:19:35王見樂
        青蘋果·高一版 2017年1期
        關(guān)鍵詞:保護器漏電檢測儀

        王見樂

        本文根據(jù)漏電保護器的工作原理及檢測方法,設(shè)計了一款智能型漏電保護器檢測儀。硬件以單片機為核心,配置了鍵盤、液晶顯示器。外圍電路包括穩(wěn)壓直流電源、數(shù)據(jù)采集電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、可控電流源電路、外部EEPROM電路、日歷時鐘電路、串口RS-232電路、外部RAM擴展電路等。同時考慮到噪聲對檢測精度的影響,設(shè)計了抗干擾系統(tǒng)。

        1 漏電保護器工作原理

        漏電保護器是一種用于低壓電網(wǎng)安全用電的保護器,這種電器的安裝使用是防止人身觸電傷亡事故的有效技術(shù)措施,亦是防止由電源漏電引起的電能損耗、電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞事故的技術(shù)措施。

        漏電保護器是依靠檢測觸電信號和漏電故障信號而推動主電路開關(guān)動作,切斷故障處的電源,以防止觸電事故發(fā)生的。檢測觸電信號,可用來防止直接接觸觸電事故的發(fā)生;檢測漏電故障信號,則可以防止間接接觸觸電事故的發(fā)生。無論是檢測觸電信號,還是檢測漏電信號,其故障信號的形式可以是漏電故障電流(包括觸電電流)在接地裝置或檢測元件上產(chǎn)生的電壓降。當被保護電路無觸電和漏電故障時,正常情況下通過漏電保護器零序電流互感器的一次側(cè)電流的相量和等于零,這樣,各相線工作電流在零序電流互感器環(huán)形鐵芯中所產(chǎn)生的磁通量也為零,零序電流互感器的二次側(cè)線圈沒有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生,漏電保護器不動作,系統(tǒng)保持正常供電。當被保護電路有人觸電或出現(xiàn)漏電事故時,由于漏電流的存在,使得通過零序電流互感器一次側(cè)的各相負荷電流(包括中性線電流)的相量不再為零,產(chǎn)生漏電流,此時,在零序電流互感器的環(huán)形鐵芯上將有勵磁磁勢存在,所產(chǎn)生的通量和不為零,因此,零序電流互感器的二次側(cè)線圈在交變磁通的作用下,就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生,此信號電壓經(jīng)過中間環(huán)節(jié)的處理和比較,當達到預(yù)期值時,主開關(guān)的勵磁線圈通電,驅(qū)動主開關(guān)動作,迅速切斷被保護電路的供電電源,從而達到防止觸電事故發(fā)生目的。

        2 智能型漏電保護器檢測儀硬件設(shè)計

        根據(jù)漏電保護器的工作原理,本文設(shè)計出智能型檢測儀的電路圖,按照電路圖設(shè)計如下硬件框圖。

        圖中該系統(tǒng)以八位單片機W78E516B為核心,它協(xié)調(diào)控制鍵盤、LCD液晶顯示器及外圍各電路的工作完成測試任務(wù)。漏電保護器智能測試儀由以下幾個部分組成:單片機;數(shù)據(jù)采集電路,包括A/D轉(zhuǎn)換、電壓跟隨等電路;受控電流源,包括D/A轉(zhuǎn)換、三極管放大等電路;外部電可擦寫數(shù)據(jù)存儲器EEPROM;日歷時鐘電路PCF8583;串口RS-232;直流工作電源等幾個主要部分組成。

        對于該測試儀,考慮到工作電源的穩(wěn)定性、功率等直接影響測試儀的測試精度和穩(wěn)定性,且市場上的開關(guān)電源價格較高,而且輸出電壓紋波較大,同時為節(jié)約成本,本系統(tǒng)電源電路采用穩(wěn)壓電源電路??紤]到芯片的穩(wěn)定性與靈活性,以及開發(fā)工具如仿真器、編程器等的限制,本測試儀選W78E516B作為單片機系統(tǒng)的核心,它功能強大,且與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。同時分別設(shè)定該單片機的各外設(shè)電路:外接晶振電路、復(fù)位電路、外部RAM擴展電路、液晶顯示電路、鍵盤電路、可控電流源電路、數(shù)據(jù)采集電路、外接EEPROM、外接日歷時鐘電路、串口RS-232電路、斷電檢測電路等。

        3 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計

        噪聲和干擾是智能儀器儀表的大敵,它混在信號之中,會降低儀器的有效分辨能力和靈敏度,使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。本系統(tǒng)主要從兩個方面來提高測試儀的抗干擾能力,一方面是選擇合適的元器件;另一方面是合理設(shè)計印刷電路板(PCB板,簡稱印制板)。本次元器件的選擇主要遵循以下兩個原則:(1)首選HC系列的元器件;(2)器件的電氣參數(shù)保證足夠的裕量:功率器件必須降額使用,電壓安全系數(shù)取2~3,電流安全系數(shù)取1.5~2;高速器件保證時序裕量。印制板電路的設(shè)計布局遵循了以下主要的抗干擾原則:合理布局器件,合理布線,去耦電容配置。

        除了考慮以上兩點外,本測試系統(tǒng)還從以下幾個方面加強了系統(tǒng)的抗干擾能力:(1)采用兩套獨立+5V電源分別對單片機系統(tǒng)和液晶背光供電,(2)在某些芯片的電源腳與地之間加雙向TVS管。

        4 總結(jié)

        本文主要介紹所設(shè)計的智能型漏電保護器檢測儀的硬件部分及其抗干擾能力的設(shè)計。

        (作者單位:湖北文理學院)

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