1、基于 51 单片机的电源漏电检测保护装置硬件设计摘要：本设计采用的是 ATEML 公司生产的 AT89C51 单片机为核心来设计智能电源漏电检测保护装置。本文在分析了漏电检测模块工作原理的基础上，设计出一种基于单片机实时采样漏电信号并可接收上一级控制系统的参数要求，自动检测漏电参数，一旦检测到漏电就能达到实时断电的功能。在软件方面，采用的是 C 语言编程，具有良好的可移植性。关键词：AT89C51 单片机；漏电检测；保护；硬件Based On 51 Single-chip Power Leakage Detection and Protection Device Hardware Design
2、Abstract: This design uses the AT89C51 microcontroller as the core the ATEML company to design intelligent power leakage detection protection device. In this paper, analyzed on the basis of the principle of the leakage detection module, design a microcontroller-based real-time sampling leakage signa
3、l can be received on the parameters of a control system requirements, automatic detection of leakage parameters, upon detection of leakage can achieve real-time power function. On the software side, using the C programming language, has good portability.Key words: AT89C51 single-chip；Leakage detecti
4、on；Protection；Hardware目 录1 绪论 11.1 背景、目的及意义 11.1.1 接地电阻值应符合设计要求 11.1.2 保护措施 21.1.3 安装漏电保护器 21.1.4 安装漏电报警系统 21.1.5 实施等电位联结 21.3 研究思路和设计方案 52 系统设计 .62.1 系统设计要求 62.2 系统研究思路 62.3 系统设计图 63系统硬件设计 83.1 过零比较器 83.2 漏电信号检测 93.3 断电保护 93.4 报警电路 104元器件功能介绍 114.1 AT89C51 单片机 .114.1.1 功能特性描述 114.1.2 管脚描述 124.1.3 引
5、脚功能 144.2 过零比较器 154.3 继电器 154.3.1 继电器的工作原理和特性 154.3.2 继电器主要产品技术参数 164.4 稳压电源 .165程序设计 17总结和展望 .20参考文献 .21致 谢 .22第 1 页1 绪论漏电保护在电气安全领域属还未完全成熟的技术。最近的几十年来，随着电子技术的发展，快速动作、高灵敏度型漏电保护装置取得了令人满意的进步。美国、日本、德国、法国、英国等国乃至国际电工委员会都先后关于漏电建立和修订了关于漏电保护装置中不同产品的标准及其关联标准和法规。由于我国的漏电保护装置生产厂家和产品的数量很多，所以说国家因此制订了国家标准漏电电流动作保护器
6、（GB6829-86） ，这个标准对漏电保护器的特性、分类、结构与性能要求、试验方法、检验规则、工作条件和安装条件等方面作出了明确的规定。因此，我们为了提高其性能的稳定性，就需要对漏电的检测级报警保护进行相关的研究。1.1 背景、目的及意义产生漏电的原因有很多，但主要原因可以归为以下几种：配电系统的安装人员不专业，素质高地不齐，所以很难保证质量，表现在：当在酸碱腐蚀性或潮湿的环境中，电线直接外露，且未做直接保护的设备进行安装；设备或电气线路长时间未检修，使用年限较长或者因超负荷等原因绝缘劣化；选用不合格的伪劣或者假冒电气商品；当人员进行安装布线时，锤、钳、刀等的绝缘层损坏后没有处理；安装不规范
7、，绝缘层的质量有问题和导线的包扎有漏洞；外部因素：腐蚀、潮湿、水份浸人、挤压等。漏电的防范措施：按照规章制度办事，非电气专业人员不准从事其工作，平时要多注意检查漏洞。 严格执行相关的规定，尽量不用易燃易爆的材料，当电气线路不可避免的经过可燃物的时候，一定要阻燃硬塑料管或者穿金属管对其进行相关的保护，为防止漏电；采用相关金属管布线的时候，一定不能把绝缘层刮伤。配电装置如配电箱、开关、插座等装置和易燃物与用电设备要保持较远的的安全距离，但当确实不可分开或者远离的时候，我们就应具体问题具体分析，做好相关的隔热保护措施，防止意外发生。1.1.1 接地电阻值应符合设计要求所用设备的相关的接地电阻尽量不应
8、超过 4Q 这个值，但是为了解决某些第 2 页电设备的熔体的熔断电流较大、容量也较大的这个问题，我们应并联接地体以充分减小接地电阻值或者增加接地线截面这两种类似的方法解决，增大漏电短路电流，这样就对于保护装置的动作产生有利作用。 1.1.2 保护措施必须通过相关的计算后才能确定保护所接地及保护接零的有效截面积，并用用相关的方法对其校正。保证其接线所有相关的端子具有可靠性，保证它们不会轻易松动，最后我们要经常对其进行检查，及时的发现问题。1.1.3 安装漏电保护器现在我国的的配电系统中设置的过流和过零相关的保护装置等措施不能保证完全的有效性以防止事故的发生，因此，我们应该设置专用的漏电保护器在建
9、筑物电源的总进线处。但是又为防止一旦一家漏电就导致大面积的停电，所以我们必须在各个用户分别设置自己的漏电保护器，要求相关的动作额定电流和额定动作时间应合理配合，让他们具有分级保护的能力。 1.1.4 安装漏电报警系统在低压电气线路上安装漏电报警就就是一种很好的保护方法。可以通过漏电报警系统，准确地监控电气线路的故障和异常状态，还可以提早预警发现漏电的隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患，避免漏电给国家经济和人民生命财产造成巨大损失，消灭其安全隐患。1.1.5 实施等电位联结考虑到漏电保护器对于单相的 220V 线路只提供相关接触保护，所以还有很多其他方面的隐患会导致漏电保护装置的失灵，如因接触
10、不良，质量不稳定、机件磨损、寿命较短等相关的原因，所以说不能让它成为一种单独的、可靠的保护方式，我们必须实施等电位联结，这样才能才能保证可靠地消除漏电的设备或者电气线路与金属的器件之间产生电火花和电弧，消除因为各种漏电电压而引起可能发生的事故。将保护接零的总线与各个用户里其他管道的线连接的措施称其电位联结。如总煤气管、总水管、暖通管等一些容易产生电火花的金属管道或设备，这样我们就能使各个用户的点位均衡，对易燃易爆场所更为重要。 第 3 页伴随着我国经济建设规模的不断扩大，我国的电量也迅速增长起来，电力事业也就迅速发展了，所以说安全用电问题也就越来越突出了。日常生活中，经常会发生因各种原因而产生
11、的漏电情况，比如说用电设备的漏电、过载或者短路、低压配置系统线路的漏电甚至接地电流所流过的金属焊缝引而起发热都可能导致火灾的发生。所以说防止漏电而引起的人身触电，或者因接地故障使供电线路损毁甚至引起火灾的发生，十分的重要。根据不完全统计的显示，我国每年因触电而死亡的人数有千人之多，而因漏电引起火灾造成的经济损失更为严重后果，达到了数亿元人民币。因此，我们要把可以防止漏电火灾及人身触电的漏电保护器进行广泛的应用。由于漏电保护器主要由电子元件(或电磁器件)构成,材料、电子元件、电磁器件、环境、温度、生产工艺、技术要求等都可以影响其特性。我们为了保证漏电保护器在漏电保护反应和触电方面具高灵敏性和有动
12、作快速性，这是其他自动开关、熔断器等无法吵赶的。因为熔断器和自动开关正常时要通过一定量的电流，所以说它们的动作保护值要考虑到正常时候的电流量，因此它们的主要作用是一旦发现漏电可以及时的切断系统电流。而漏电保护器是利用系统的剩余电流反应和动作，正常运行的时候的电流很微小，故它的动作整定值可以整定得很小，当系统发生漏电时，比如设备外壳带电或人身触电时，出就会出现较大电流，漏电保护器则通过检测和处理这个较大电流后可靠地动作，就可以马上切断电源。现国内的漏电保护器型号如表 1.1 所示。 表 1.1 漏电保护器型号型号名称 原理 极数额定电压（V）额定电流（A）额定漏电动作电流（mA）漏电动作时间（S
13、）保护功能VigiC45漏电保护器电子式电磁式1234240/415140301003000.1milti9 系列断路器附件Vigi漏电电子式电磁式12240/41516330100 0.1第 4 页C63保护器34300DZL18-20漏电自动开关电 流 动作 型（ 集 成电 路 ）2 220 201015300.1漏电或兼有漏电与过载保护两种，选用时注意YLC-1移动式 漏 电保护插 座电流动作型单相2 极3 极10 漏电保护 专用CBQ-A触电保安器电磁式 2 16 30 0.1LDB-1漏电自动开关电流动作型 351030（ 漏 电 不动 作 电 流15mA）0 时，Uo为低电平Ui0
14、 时，Uo为低电平Uisbit P10=P10;sbit P00=P00;sbit P01=P01;void delay(unsigned char u)unsigned char i,j;for(i=0;i0;j+);void main()while(1)if(P10=1)delay(200);if(P10=1)P00=1;P01=1;第 20 页if(P10=0)delay(200);if(P10=0)P00=0;P01=0;第 21 页总结和展望家用电器和仪器设备的漏电指标是一项非常重要的安全性能指标。在家用电器和仪器设备出厂时，如果不检测这项指标会是有很大危险的。为了保护使用者的人身安
15、全，电器一定要安装具有漏电保护功能的装置。基于漏电检测模块工作原理的基础上，本文在软件部分设计出一种基于单片机实时采样漏电信号并可接收上一级控制系统的参数要求且自动检测漏电参数，当检测到漏电就可以达到实时断电的功能。基于单片机的漏电保护系统采用合理的软件设计方案，当发生设备漏电或人身触电时能迅速进行跳闸断电的操作，避免事故的发生。该系统功耗小、运行稳定，具有系能好、操作简便和可靠性高的特点，在环境比较恶劣的场合也适合运行。经过多次实验测试，本系统达到了预期的目的，通过合理设置欠压、过压、过流及漏电的参数，可以随时检测出用电设备和供电系统的运行环境及状态，充分的保障设备、供电系统及人身的安全。第
16、 22 页参考文献1 薛继昌.略论学生公寓配电系统漏电的危害性及防范措施J. 黑龙江科技信息 ，2010，19期：4850.2王丽.基于单片机的漏电保护器动作特性检测技术的研究：D.河北工业大学：王丽，2006.3 赵国庆 .基于 GSM-R/GPRS 的远程列车用电监测系统：D.太原理工大学：赵国庆，2009.4 杨波.基于 W7100A 芯片的以太网控制系统设计及应用： D.天津工业大学：杨波，2011.5 赵建飞.基于 simulink 与 AVR 单片机的多接口音频系统的仿真与构建：D.青海师范大学：赵健飞，2010.6魏东平.C 程序设计语言M.北京：电子工业出版社，2009.7毛谦
17、敏.单片机原理及应用系统设计M.北京：国防工业出版社， 2006.8 李文江.附加直流电源漏电保护的研究：D.辽宁：张毅，2011.9 童诗白.模拟电子技术基础M.第四版.北京：高等教育出版社， 2006.10 康华光.电子技术基础M.第五版.北京：高等教育出版社， 2006.11 李云强.微机原理与接口技术M.北京：中国水利水电出版社， 2010.12王斌.新型智能船舶火灾自动检测、报警及消防自动控制系统的研究：D.大连海事大学：王斌，2008.13胡胜.一种适用于臭氧发生器的高频逆变电源的研究：D.武汉工业学院：胡胜，2007.14刘松.智能压力检测系统研究与设计：D.天津大学：刘松，20
18、06.15叶竟成.飞行器远程遥控监测系统设计：D.西安电子科技大学：叶竟成，2012.16陆军.基于 PID 和 LQR 控制的两轮自平衡小车研究：D.西南交通大学：陆军，2012.第 23 页致 谢在此论文完成之际，借此论文向我尊敬的导师廖育武老师致以由衷的敬意和深深的感谢。从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，历时两个月，其中遇到了无数的困难和阻碍，在同学老师的帮助下，特别是我的论文指导老师，他从我论文的结构到内容都下了大量的心血，不辞辛劳，多次就论文中许多核心问题作深入细致的探讨，给我提出切实可行的指导性建议，并细心全面地修改了我的论文。廖老师这种一丝不苟的负责精神，使我深受感动。更重要的是廖老师在指导我的论文的过程中，始终践行着“授人以鱼，不如授之以渔”的原则。还要感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予的帮助。谢谢！
