基于A(yíng)Tmega32的漏電保護器智能化測試儀的設計

　　漏電保護器作為一種新型的低壓保護電器無(wú)論在城市還是在鄉村安裝使用非常普遍，它工作的可靠性直接影響人身安全。在美國是政府強制規定推行的用電安全保護裝置，并且每?jì)赡瓯仨毟鼡Q。我國對漏電保護器的使用雖然沒(méi)有強制規定更換的年限，但從用電安全的角度考慮，定期對漏電保護器工作性能檢測是必須要做的。本文介紹了漏電保護器動(dòng)作特性自動(dòng)測試儀，可測量和記錄漏電保護器的觸頭分斷時(shí)間、漏電動(dòng)作電流和不動(dòng)作電流，提供了改善漏電保護器工作性能的重要技術(shù)指標，檢測自動(dòng)化水平高，能檢測在線(xiàn)與非在線(xiàn)運行的漏電保護器。

　　1硬件設計方案

　　反映漏電動(dòng)作性能的主要3個(gè)參數是：額定漏電動(dòng)作電流(I△n)、漏電動(dòng)作時(shí)間和額定漏電不動(dòng)作電流(I△n0)。

　　I△n表征漏電動(dòng)作的靈敏度，是漏電保護器的漏電動(dòng)作電流值。漏電動(dòng)作時(shí)間是指對漏電保護器施加漏電動(dòng)作電流到切斷電路為止所需的時(shí)間。I△n0是防止漏電保護器誤動(dòng)作，國家標準規定的不動(dòng)作的漏電電流值，通常取0.5I△n.

　　測試漏電動(dòng)作電流的方法是：從小于0.2I△n開(kāi)始施加測試電流，在30s內線(xiàn)性地增加至I△n，若漏電保護器斷開(kāi)瞬間的電流值為I△，當滿(mǎn)足I△n0n0

　　圖1測試儀構成框圖

　　測試儀以單片機ATmega32為核心，擴展可編程的漏電電流源、漏電電流的檢測電路、觸頭狀態(tài)的監測電路、鍵盤(pán)和顯示等外圍設備。ATmega32是基于增強型AVR RISC結構的8位微控制器，指令集先進(jìn)，指令執行時(shí)間采用單時(shí)鐘周期，速度是普通8051單片機的8～12倍。工作頻率達16MHz，片內32K字節Flash程序存儲器、1個(gè)硬件16位定時(shí)器和2個(gè)8位定時(shí)器、4路PWM輸出、8路A/D轉換、1個(gè)全雙工異步串行口、32個(gè)通用I/O口。具有低功耗、高速、超強抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，在同類(lèi)產(chǎn)品中具有較高的性?xún)r(jià)比。

　　1.1可編程漏電電流源

　　保證測量準確性的關(guān)鍵是可編程漏電電流源能產(chǎn)生均勻變化的漏電電流，該漏電電流源由50Hz的正弦波發(fā)生器、交流量數摸轉換電路構成。

　　1.1.1 50Hz正弦波發(fā)生器

　　50Hz的RC正弦波振蕩電路由運算放大器組成。穩定振蕩信號的幅度是采用非線(xiàn)性負反饋，同時(shí)，采用低溫度系數的電阻與電容元件構成RC正弦波振蕩電路的選頻電路，保證振蕩頻率的穩定，為了提高帶負載的能力，正弦波輸出信號經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸出。

　　1.1.2交流量數模轉換電路

　　圖2交流量數模轉換電路

　　交流量數模轉換電路是可編程漏電電流源的核心部分，正弦交流量振幅的大小是通過(guò)改變數字量來(lái)控制，具有良好的線(xiàn)性度。用DAC08 08構成數模轉換電路，該器件是二進(jìn)制快速乘法式8位D/A芯片。交流量數模轉換電路如圖2所示。為了保證實(shí)現數字到正弦交流模擬信號的轉變，圖中VD是預置直流偏壓，大小等于50Hz正弦波發(fā)生器輸出信號的幅值。

　　根據圖示電路，可得到如下關(guān)系：

　　從式(5)可見(jiàn)，當電阻R1、R4、R5、R、Rf為定值時(shí)，輸出電流的大小與RL無(wú)關(guān)，僅由數字量控制。當A1、A2、…A8全為“1”時(shí)，調整電路參數，使IL=0.5A，當A1、A2…A8全為“0”時(shí)，使IL=0A.0～0.5A的電流變化范圍完全滿(mǎn)足我國目前生產(chǎn)的漏電保護器的測試要求。為了提高測量速度，在保證模擬漏電電流準確度的條件下，將輸出電流分為50mA、100mA、200mA和500mA四檔，各檔的選擇由ATmega32切換電阻R1的大小來(lái)實(shí)現。在不同的擋位，電流增加的數值大小是不一樣的。當選50mA檔位時(shí)，電流是按照0.196mA(50mA/255)遞增;當選擇500mA檔位時(shí)，電流是按照1.96mA(500mA/255)遞增，因此，可完全滿(mǎn)足為漏電保護器提供線(xiàn)性增加的漏電電流的要求。

　　1.2觸頭狀態(tài)監測電路

　　觸頭狀態(tài)監測電路如圖3所示。漏電保護器動(dòng)、靜觸頭閉合時(shí)，L1與L2的交流電通過(guò)整流、濾波和穩壓，使光電耦合器G3導通，反相器A的2腳輸出為高電位。當漏電保護器動(dòng)、靜觸頭分斷時(shí)，光電耦合器G3截止，反相器A輸出2腳為低電位，作為漏電檢測結束的時(shí)刻。在漏電保護器動(dòng)、靜觸頭閉合時(shí)，光電耦合器G3的電流通過(guò)漏電保護器的一相動(dòng)、靜觸頭，電流大小為1～2mA，由于是直流，不會(huì )在漏電保護器中的零序電流互感器的二次側產(chǎn)生感應電流，對漏電保護器的漏電動(dòng)作電流沒(méi)有影響。

　　圖3觸頭狀態(tài)監測電路

　　1.3控制電路

　　控制電路如圖4所示。漏電保護器的漏電電流產(chǎn)生的開(kāi)始信號通過(guò)程序控制，動(dòng)、靜觸頭斷開(kāi)信號送入ATmega32的外部中斷輸入端PD2，采用中斷的方式對漏電保護器動(dòng)、靜觸頭的分斷時(shí)間進(jìn)行檢測。按鍵S1作為測試功能選擇，用來(lái)選擇測量漏電電流或漏電動(dòng)作時(shí)間。按鍵S2用來(lái)選擇模擬漏電電流50mA、100mA、200mA和500mA中的某一檔。按鍵S3和S4是在測量漏電動(dòng)作時(shí)間時(shí)，用來(lái)設定模擬漏電的電流值，S3控制模擬漏電的電流值增加，S4控制模擬漏電的電流值減少。S5是測試開(kāi)始/停止控制按鍵。當測量漏電電流時(shí)，設定好參數按下S5，ATmega32根據S2選擇的檔位輸出數據，使模擬漏電電流從0增加到最大值，若模擬漏電電流達到某一電流值時(shí)漏電保護器動(dòng)作，則該電流值就是實(shí)際漏電動(dòng)作電流值。當測試漏電動(dòng)作時(shí)間時(shí)，設定好漏電電流參數后按下S5，ATmega32根據設定的電流值直接產(chǎn)生設定的模擬漏電電流，實(shí)現測量漏電動(dòng)作時(shí)間。

　　圖4 A/D轉換及控制電路

　　2軟件設計方案

　　基于嵌入式C語(yǔ)言設計ATmega32軟件的部分，程序結構采用模塊化。具體包括主程序、儀器初始化子程序、功能控制子程序、可編程漏電電流源子程序、檢測漏電動(dòng)作時(shí)間子程序和顯示子程序等。

　　主程序是檢測漏電保護器動(dòng)作特性參數的主控程序，當測試儀工作時(shí)，主程序循環(huán)運行，并根據功能要求調用相關(guān)子程序，子程序執行后返回主程序。儀器初始化子程序實(shí)現儀器的初始化，內容包括儀器參數、單片機引腳配置、定時(shí)器、模數轉換、中斷初始化等?？刂乒δ茏映绦驅?shí)現按鍵功能的掃描，控制儀器與人之間的交流?？删幊搪╇婋娏髟醋映绦蛴脕?lái)產(chǎn)生測試用的漏電電流，檢測漏電保護器斷開(kāi)瞬間漏電的電流值(I△)。檢測漏電動(dòng)作時(shí)間子程序實(shí)現對漏電保護器漏電動(dòng)作時(shí)間的檢測。顯示子程序實(shí)現漏電電流和漏電動(dòng)作時(shí)間的顯示。

　　3結論

　　本測試儀操作簡(jiǎn)單，解決了手動(dòng)測試方法存在的測量不準確的問(wèn)題，達到了自動(dòng)測量的目的，可檢測在線(xiàn)與非在線(xiàn)運行的漏電保護器，提高了檢測漏電保護器性能的水平，為進(jìn)行漏電保護器工作性能的研究、品質(zhì)檢驗及生產(chǎn)調試提供了技術(shù)手段。儀器設計充分利用了ATmega 32內置的各種功能，使硬件電路結構簡(jiǎn)單，有效提高了儀器的性?xún)r(jià)比，已在多家企業(yè)和科研單位使用，使用結果表明，儀器工作可靠，達到預期的技術(shù)指標。