基于A(yíng)tmel單片機的多功能用電故障控制器實(shí)現

　　1 引言

　　對于電網(wǎng)短路和線(xiàn)路故障檢測保護已有不少研究。市面上的電器短路、過(guò)載、超壓的保護器功能單一。容易損壞，沒(méi)用提示功能，不夠人性化。但隨人們生活水平的不斷提高。用電設備也不斷增加，產(chǎn)生了肓目用電現象。這給人們造成極大的安全隱患。其中危害性最大的用電故障有三種：輸入電壓過(guò)高、室內線(xiàn)路嚴重過(guò)載、用電器短路。本文設計的單片機AT89C5l用電故障控制系統的目的就是為了防止這三種故障帶來(lái)的危害。

　　2 硬件的組成

　　單片機用電故障控制系統的硬件分別是：由降壓變壓器、2個(gè)相瓦串聯(lián)的感應線(xiàn)圈、升壓變JK器、電磁開(kāi)關(guān)、5V穩壓電源、超壓過(guò)流信號獲取比較電路、可編程接門(mén)擴展芯片8255、HD44780字符液晶顯示模塊、ISD2650語(yǔ)音芯片。揚聲器和電容電阻等元器件組成，系統使用一片805l為控制芯片?？刂坪吞崾鞠到y的基本電路如圖1所示。

圖1 單片機用電故障控制系統原理圖

　　3 工作原理

　　3.1獲取故障檢測電壓

　　由電磁學(xué)理論得，通電導線(xiàn)周嗣有電磁場(chǎng)產(chǎn)生。在供電的電線(xiàn)旁安置兩個(gè)串聯(lián)的電磁感應線(xiàn)圈(形狀為矩形)來(lái)獲取由導線(xiàn)電流變化產(chǎn)生的信號電壓。

　　由文獻中得，感應線(xiàn)圈電壓計算公式為：

　　其中，μ0為真空磁導率，W為交流電的角頻率，Im為用戶(hù)總線(xiàn)的最大額定電流(可變值)，N感應線(xiàn)圈的總匝數，l為感應線(xiàn)圈的長(cháng)。d為感應線(xiàn)圈距導線(xiàn)的距離。a為感應線(xiàn)圈的寬。

　　3.2 過(guò)載故障保護電路工作原理

　　為了提高控制效果和減少感應線(xiàn)圈的匝數。則采用升壓變壓器T1把信號電壓升高的方法進(jìn)行電壓提升，設升壓變壓器T1的變比為10/1。當用電過(guò)載時(shí)。流過(guò)進(jìn)戶(hù)火線(xiàn)的電流大大增加，由電磁感應定律得，感應線(xiàn)圈兩端的感應電壓大大增加，通過(guò)對這個(gè)感應電壓的檢測就能判斷出當前是否出現過(guò)載現象，設這個(gè)信號電壓達到V(升壓變壓器的次級輸出為1.5V)時(shí)開(kāi)始報警提示，當信號電壓超過(guò)0.159V(升壓變壓器的次級輸出為1.59V)時(shí)立即跳閘并報警提示。為了使控制系統獲取過(guò)載控制的取樣電壓信號。采用如圖2所示的電路。

圖2 過(guò)載故障信號電壓傳輸原理網(wǎng)

　　集成電路TA7666原為錄音電平LED顯示驅動(dòng)集成電路，內部包含5個(gè)電壓比較器，1腳為信號電壓輸入端，3、4、5、6和7腳為信號電壓輸出端?，F在采用集成電路TA7666是為了得到5個(gè)不間級別的信號電壓值。TA7666內部的電壓比較器的基準電壓是由8051單片機芯片根據用戶(hù)線(xiàn)的規格米確定，并通過(guò)單片機芯片的8腳(P17)輸出給TA7666。當升壓變壓器輸出的電壓超過(guò)1.5V，整流后得大于V的電壓，經(jīng)R14和R15分壓后仍超過(guò)lV的電壓，經(jīng)TA7666內部電壓比較器比較。3腳由高電變?yōu)榈碗娖?低電平為0.3v)，于是，二極管VD4導通，由R58和R59分壓得約為2V電壓加到805l單片機的P22IO口上。如果輸出的電壓不斷變高，則TA7666的4，5，6，7腳依次由高電平變?yōu)榈碗娖?。這樣在單片機的IO 13：P22，P23，P24，P25，和P26依次槍測到低電平輸入，由8051單片機芯片內部運算識別從P00～P07腳輸出過(guò)載信號，由DO～D07腳輸入到8255擴展電路內，再由8255內部識別，從存儲器中調出過(guò)載字符顯示信號，從8255的PA0～PA7腳輸出給HD44780的7～14腳，由HD44780字符顯示模塊顯示出過(guò)載，不安全的文字。同時(shí)8255的PB0-PB7腳也輸出過(guò)載的信號，由A0一A7腳輸入到ISD2560內部，ISD2560從存儲器中調出過(guò)載，不安全的語(yǔ)音信號，由ISD2560的14，15腳輸出，于是，揚聲器器連續發(fā)出五句“過(guò)載，不安全”的聲音。

　　當過(guò)載超過(guò)額定5%就開(kāi)始進(jìn)行安全提示，分五個(gè)級別提示(每個(gè)級差為lO%)，最高為145%，當過(guò)載不是很多，只是語(yǔ)音和文字提示，但沒(méi)有切斷電源，如果過(guò)載非常嚴重(如145%，此時(shí)集成電路TA7666的7腳高電平變?yōu)榈碗娖健?05l單片機的控制腳為高電平，VD2導通，保護儀器不受損壞。電路圖中的芯片的IO口P26腳獲得低電平輸入)，由用電保護電路原理圖3可見(jiàn)，與門(mén)電路U8的輸人為低電平，輸出也為低電平，控制管Q1導通，電磁開(kāi)關(guān)有電流通過(guò)而跳閘。

圖3 超壓故障信號傳輸原理圖