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1、家庭用电单片机控制保护系统目录前言第一章概述-41-1 家庭用电安全保护器简介-41-2 家庭用电安全保护器的结构和特点-41-3 家庭用电安全保护器现状与发展趋势-5第二章总体电路设计-62-1 系统方框图及总体思路-62-2 系统原理图-7第三章单元电路的设计与思考 -93-1 防雷装置的设计-93-2 数据采集电路的设计与思考-103-2-1 基于电磁感应定律的电压电流互感器-103-2-2 被测信号的处理-153-2-3 现场参量的误差-203-3 单片机控制电路的设计与思考-203-3-1 模数转换电路的设计-203-3-2 CPU控制电路-233-3-3 显示电路-253-3-3
2、报警电路-263-3-4 漏电保护电路-273-3-5 执行单元-27第四章 软件设计 -29 4-1软件构思-294-2软件流程图-304-3软件程序-31第五章 安装调试中的有关问题 -35设计总结 -36参考文献-37前言随着人民生活水平不断的提高，各种家用电器走进每个人的生活，特别是大功率的电器，如冰箱、空调等正逐渐普及，给人们的生产生活带来巨大的便利。但电器设备的应用也给人们带来了经济损失以及血的教训，因过流、过压引起的设备损坏不计其数，因漏电、触电身亡的也不少见。由此，人们在不停探索着电能的安全合理应用，各种电能保护器相继产生。传统的保护电路用分立元件制作，制作成本高，调试安装难度
3、大，虽然能起到保护的作用，但由于速度及精度达不到要求，往往电器虽然保护了但有些元件却被损坏。本设计从安全用电、节约电能出发充分考虑了设计对象的保护时间，利用单片机技术实现对设备及人身安全进行保护，具有保护范围广，保护精度高、安装调试简单的优点，并且容易实现与计算机的联机，实现智能化，前景广阔。在本设计过程中，得到了方宁老师和陈顺科老师的细心指导，在此本人表示衷心的感谢。第一章概述11家庭用电安全保护器简介1、家庭用电安全保护器设计的必要性据不完全统计，我国每耗电1亿KW/h，触电死亡3人，另外电气火灾也给人们带来极大威胁和损失，它的危害并不亚于电气灾害。例如1986年的火灾次数达3876次，死
4、亡人数共2865人，经济损失达3.24亿元，这些火灾中电气火灾占15%，由此可见加强电气设备的保护与管理，消除电气火灾对保障经济建设，安定人民的生活有着极为重要的意义。电气设备或电力绕路绝缘损坏，电气设备负载的过载，短路是造成电气火灾的常见原因。引起漏电火灾的原因则是接地故障电流，这些故障在发生灾害之前自动检测出并进行相应的保护是十分有必要的。另外雷电所引起的电气故障也占相当大的比例，往往表现形式是过压，其瞬间电压高达上万伏，破坏力极强，因此也要有相应的设备进行隔离。12家庭用电安全保护器的结构和特点1本系统主要由如下几大部分电路构成，如图所示：传感器数据采集CPU控制电路显示电路保护电路模拟
5、量传感部分：将大幅度的模拟信号变为小信号数据采集部分：将传感器变换的信号进行放大中央处理部分：将模拟信号转换为数字信号，与设定值相比较，完成数据处理，传送，显示任务显示部分：显示电压数据，及报警情况执行部分：执行过压，过流，漏电保护动作2、家庭安全用电单片机保护器的特点本系统采用单片机技术、现代传感技术、模拟量数字处理技术，具有自动监测和识别故障类型及操作命令类型的功能，能根据故障和操作命令来控制操作机构动作，这也是现代智能电器的最基本的特征，本系统也可称作为智能保护器因为它与一般采用集成电路实现控制的电器设备有着根本区别，不仅有它们过压，过流，漏电保护的功能，同时也具有它们没有的功能：a)
6、现场参量处理数字化这是智能电器区别于其他采用集成电路实现控制功能的电器设备的最重要标志。由于采用微机处理技术，电器设备运行现场的各种现场参量全部用数字处理，不仅大大提高了保护精度，减小产品保护的分散性，而且可以通过软件改变处理算法，不需修改硬件电路的结构，就可以实现不同的保护功能。b) 电器设备的多功能化采用单片机对电器设备运行现场的各种参量进行采样与处理，智能电器可以集成用户需要的各种功能，如数字化仪表，可以实时显示各种参数；可以根据现场具体情况设置保护类型、保护值；按用户要求保存历史数据等。 C）电器设备的网络化智能电器监控单元以微处理为核心，实际上就是独立的计算机控制设备，可以把它当成网
7、络中的通信节点，采用数字通信技术实现网络化管理、设备资源的共亨。 d) 可以真正的组成全开方式系统采用计算机通信网络中的分层模型建立起来的电器智能化通信网络，可以把不同生产厂商、不同类型的产品但具有相同通信协仪的智能电器互连，达到最优组合，实现全国乃至全世界的开放式系统。13家庭用电安全保护器的现状与发展趋势传统的保护器以及现在市面上的大多数保护电器都属于模拟电子式，这种保护电路精度低，结构复杂，不易安装调试，并且不易实现智能化及网络化。随着单片机的高速发展，保护器已经从简单的继电控制功能的单一封闭式装置，发展到具有完整的理论体系和多字科性质的电器智能化系统，能实现电器设备的网络化，分布式管理
8、与控制，真正实现全开放式系统。第二章总体电路设计21总体思路及系统方框图一、总体思路电压感器，电流互感器采集的电压电流信号经过运放放大后由绝对值电路将交流信号变为直流信号，该直流信号经滤波后送给模数转换电路转换为数字信号，在中央处理与设定值比较，如若超过过流、过压值则发出相应信号使主电路切断，同时发出报警信号，如若没有超过设定值则将电压值送往显示电路电路。从而实现了过压过流保护另外主电路由零序电流互感器监测漏电与窃电情况，一旦有漏电窃电的情况，系统通过中断方式自动判断，适时切断主电路，如若故障不排处，主电路不得电，从而对人生安全起到保护作用，由于单片机速度很快，如若外接12M晶振，第条指令只要
9、1US的时间，而负载过压、过流或人体触电都属于毫秒级（1ms=1000us）单片机完全可以胜任，而且单片机灵活性很大，只要修改程序便可以进行扩展，适应未来发展趋势，它有着模拟电子不可比拟的优越性。二、系统方框图：2-2系统原理图详细电路见最后附图第三章单元电路的设计与思考31防雷电路的设计雷电波沿电力绕路作用到电气设备上时，设备往往承受不了过高的冲击而损坏，电子设备的耐压水平比电气设备的低得多，损坏率更大，为防止雷电波的这种损害，我们使用避雷器。避雷器接在被保护设备的零线与火线间，当雷电波沿电力线路入侵进首先加在避雷器两端，无间隙避雷器以称为压敏电阻，通过压敏电阻对电器设备进行防雷保护。氧化锌
10、压敏电阻是一种新颖的陶瓷半导体器件，它是用氧化锌为主材料，加入少量的氧化铋，氧化钴，氧化锑等金属氧化物，经配制炼制而成的半导体非线性元件，是一种伏安特性为非线性的敏感元件。在正常工作时压敏电阻处于高阻态，只有很小的泄漏电流，当线路中产生瞬间高压时，压敏电阻阻值急剧下降，工作电流增至几个数量级，过电压以放电电流的形式被压敏电阻泻放掉，这样设备得到保护，浪涌电压过后，线路电压正常，压敏电阻以很快恢复高阻状态。根据保护要求通常采用MYL型压敏电阻，其电气特性如下表参数型号电压范围（V）通流容量（KA）漏电流（KA）电压温度%C线压比 VMYL1-147-1000 150(100V)100V-0.1 5(100V)220V)MYL1-347-1000 3MYL1-547-1000 5MYL1-1056-820 10MYL1-5100-680 15MYL1-20330-680 20 根据表21所示压敏电阻的电气特性，选择MYL12DK400V/3KA作为避雷元件。32数据采集电路的设计与思考数据采集电路的好坏直接影响着保护的精度，它也是本
