本科毕业论文基于单片机的漏电保护器的研究Word下载.docx

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学号：

201203209060

学生：

崔英勋

指导教师：

周颖宇

完成日期：

2013年12月10日

内容摘要

随着单片机技术的发展，单片机在电器领域内得到广泛应用，使电器具有智能化功能。

漏电保护器是低压电器的一个重要系列产品，但由于漏电保护的特殊性，日前对漏电保护的智能化在理论上和技术上还需要人们进行深入研究与探讨。

本篇毕业论文（设计）主要介绍了漏电保护器的分类、作用、工作原理，以及着重介绍了基于单片机的智能型电流漏电保护器的设计原理及应用前景。

其主要对PIC16F877型单片机在漏电保护器的应用进行了设计。

关键词：

漏电保护器；

电流型；

单片机

内容摘要2

引言4

1绪论5

1.1漏电保护器的研究背景及意义6

1.2国内外发展情况6

2单片机简介8

2.1单片机及其应用系统8

2.2单片机的分类8

2.2.1按字长分8

2.2.2按控制要求分9

2.2.3按制造工艺分9

3漏电保护器简介10

3.1漏电保护器的分类10

3.2漏电保护器的作用11

3.2.1防止人身触电11

3.2.2防止漏电引起的火灾12

3.2.4降低对保护接地电阻的要求12

3.3漏电保护器的工作原理12

4漏电保护器的硬件设计14

5漏电保护器的软件设计18

6结论和展望22

参考文献23

引言

自上世纪60年代以来，漏电保护器大大减少了人身触电和电器设备的漏电事故。

漏电保护器不仅用在工业生产中，在日常生活中的应用也越来越广泛。

发生触电主要有两种形式：

一是直接接触，即由于人体直接触及带电的裸露导体；

二是间接接触，即人体触及劣化、破损或浸沾导电液体而使外壳带电的设备。

漏电保护器，用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护，也可以作为三相电动机的缺相保护。

漏电保护器是对用电电路实施保护的装置,它检测三相交流电的电压、电流和漏电,当三相交流电的电压、电流和漏电出现故障时,切断电源电路,从而保护用电电器,减少火灾的可能。

它广泛应用于建筑、电力、消防、通讯等行业,其中在民用住宅和商用住宅中有着广泛的应用,其产品应用的场合决定了其可靠性尤为重要。

目前国家已经制定相应标准,要求在建筑中必须使用漏电保护器。

低压电网的触电、漏电保护已经引起我国各用电部门及劳动保护部门的高度重视，建立科学的完善的触电、漏电保护体系已迫在眉睫。

1绪论

为了提高其性能的稳定性，需要对漏电特性及其检测技术进行深入的研究。

本文对漏电保护器特性的检测技术进行了理论研究和实践探索。

首先对漏电检测技术的发展状况进行了分析，还对国家标准中的相关规定进行详细的分析，在此基础上，对漏电保护器的硬件和软件进行了研究。

本设计以PIC16F877单片机为处理器，并对单片机系统单元、试验电流的产生和调节单元、电流信号采集单元、人机接口单元等硬件电路进行了研究和分析，并针对特性检测的特点提出了模块化的软件设计方案，以实现对漏电时间和漏电电流的精确检测和显示。

1.1漏电保护器的研究背景及意义

随着我国经济建设规模的不断扩大，用电量迅速增长，电力事业迅速发展，安全用电这一问题显得越来越重要。

日常生活中，因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生，低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝引起发热都可能导致安全隐患。

据不完全统计，我国每年有数千人死于触电事故，因漏电引起火灾造成的经济损失达数亿元。

防止漏电引起的人身触电，以及因接地故障而使供电线路损坏甚至发生火灾，己成为当务之急，因此，可以防止漏电火灾及人身触电的漏电保护器得到广泛应用。

漏电保护器的发展大约经历了三个阶段，即初始阶段、发展阶段和成熟阶段。

1912年德国正式发明了电压型保护器，保护电机外壳漏电。

1930年欧洲国家开始采用电压型保护器。

1940年法国人发明了电流型保护器。

1956年，德国开始生产电流型保护器。

在1962年美国研制成功灵敏度为5mA的电流型保护器，标志漏电保护器开始进入发展阶段，德、日、法等国也相继研制成功灵敏度为30mA的电流型保护器。

到二十世纪七十年代，各国开始制定规程，强制在一些场所安装漏电保护器，标志漏电保护器的发展进入成熟阶段。

1.2国内外发展情况

我国研究漏电保护器起步要晚于国外，进入二十世纪七十年代以来，我国用电量逐年增加，触电事故也逐年增加，因此引起各部门的相当重视。

近年来，我国在漏电保护器方面的科研、生产、应用有了较大的发展，国家标准主管部门先后组织编制了保护器产品标准、使用标准；

此外，原国家机械委还制订了相关的产品行业标准；

此外，国家建设部在GB50054《低压配电设计规范》和GB50096《住宅设计规范》等国家标准中，对低压配电系统和住宅中漏电保护器的应用均作了规定。

国家标准要求漏电保护器在投入运行后，使用单位应建立运行记录及相应的管理制度，每月需在通电状态下，按动实验按钮，检查漏电保护器动作是否可靠。

雷雨季节应增加检查次数。

但是该试验只能用来检查漏电保护器的脱扣功能，不能用来校核额定漏电动作电流和分断时间的数值。

所以国家标准还规定应定期进行漏电保护器的动作特性试验，测试漏电动作电流值、漏电不动作电流值和分断时间，而且，对上述试验中采用的检测仪表的精度等级做出了明确的规定。

目前在研制高精度，高性能，多功能的测量仪表时，大多考虑采用微处理器作为控制单元，而在仪器仪表中使用最多的微处理器就是单片机。

随着微电子技术的不断发展，单片机的集成度越来越高，功能越来越丰富。

以单片机为主体，取代传统仪器仪表的常规测量电子线路，可以容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制系统”。

在数据采集系统中采用单片机技术，能够解决许多传统仪表不能或不易解决的问题。

这种新型的智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能多样化方面，都取得了巨大的进展。

2单片机简介

单片机（SingleChipMicroController）是单片微型计算机的简称。

微型计算机的两大分支之一，是以发展面向对象的用于实时测控领域的微控器（MicroControllerUnit）。

单片机是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，几乎把微型计算机系统的各功能模块都集成在同一块芯片上，完成整个系统的功能，实现“系统单片机”。

其最基本特征是体积小、功耗低、运行可靠和价格低廉，使其得到了广阔的应用前景及更强的生命力。

近些年来，单片机发展迅速，涌现出了许多高性能新型机种。

在智能机器人、数控车床、工业控制、智能仪表仪器、信息通信、交通、航运、家电、汽车等诸多领域中取得了广泛的应用。

几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。

特别是单片机嵌入（隐藏或埋藏之意）式系统的开发与应用，标志着计算机技术发展史上又一个新的里程碑。

通过本章的学习应熟悉计算机中的数制和编码，了解80C51系列单片机的概念、特点、发展及应用领域，理解典型单片机系列的基本情况。

2.1单片机及其应用系统

单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU（CentralProcessingUnit）、随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）,只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）、基本输入/输出（Input/Output）接口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机

的基本功能。

单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入/输出、显示、控制等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。

单片机应用系统由硬件和软件两部分组成，硬件是应用系统的基础，软件则在硬件的基础上对其资源进行调配和使用，从而完成应用系统所要求的控制任务，二者缺一不可。

2.2单片机的分类

目前单片机品种很多，至少有五十多个系列、三百多个品种。

可按以下方式进行分类:

2.2.1按字长分

NEC公司的UPD75XX系列、NS公司的COP400系列、夏普公司的SMXX系列；

Intel公司的MCS-48系列和MCS-51系列列、Microchip公司的PIC16CXX系列PICI7CXX系列以及PIC1400系列、Motorola公司的M68HC05系列和M68HC11系列、Zilog公司的z8系列；

Intel公司的MCS-96/98系列、Motorola公司的M68HC16系列、NS公司的783XX系列；

Hitachi公司的SuperH（简称SH）系列等等。

2.2.2按控制要求分

（1）通用型——通用型单片机是一种基本芯片，它内部资源比较丰富，性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求。

用户根据需要，可设计一个以通用单片机芯片为核心再配以其他外围电路的测控系统。

（2）专用型——专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，例如，电度表和IC卡读写器上的单片机等。

专用型单片机针对性强且数量巨大，对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑，所以专用单片机具有十分明显的综合优势。

2.2.3按制造工艺分

（1）HMOS工艺—高密度短沟道MOS工艺，具有高速度、高密度的特点。

（2）CHMOS（或HCMOS）工艺——互补的金属氧化物的HMOS工艺，是CMOS与HMOS的结合，具有高密度、高速度、低功耗的特点。

3漏电保护器简介

漏电保护器，又称剩余电流动作保护器，是指在规定条件下，当剩余电流达到或超过给定值时能自动断开电路的机械开关电器或组合电器。

它可以同时完成三个功能，即检测剩余电流、将剩余电流与基准值相比较、执行机构断开被保护电路。

3.1漏电保护器的分类

漏电保护器经过几十年的发展，已经形成了一个品种非常齐全、非常庞大的产品系列，下面将根据不同的方法将其进行分类。

（1）根据运行方式可分为：

不用辅助电源的漏电保护器、用辅助电源的漏电保护器；

（2）根据安装型式可分为：

固定安装和固定接线的漏电保护器、带有电缆的可移动使用的漏电保护器（通过可移动的电缆接到电源上）；

（3）根据极数和电流回路数可分为：

单极两线、两极、两极三线、三级、三极四线、四极漏电保护器（其中单极两线、二极三线和三级四线漏电保护器均有一根直接穿过检测元件而不能断开的中性线）；

（4）根据保护功能分为：

只有漏电保护功能的漏电保护器、带过载保护的漏电保护器、带短路保护的漏电保护器、带过载和短路保护的漏电保护器、带过电压保护的漏电保护器及多功能保护（例如欠电压、断相、过电流、过电压等）的漏电保护器；

（5）根据额定剩余动作电流可调性分为：

额定剩余动作电流不可调的漏电保护器、额定剩余动作电流可调的漏电保护器；

（6）根据接线方式分为：

用螺钉或螺栓接线的漏电保护器、插入式漏电保护器；

（7）根据脉冲电压作用下防止误动作的性能分为：

在脉冲电压作用下能动作的漏电保护器、在脉冲电压作用下不动作的漏电保护器（简称脉冲电压不动作型漏电保护器）；

（8）根据结构分为：

组合电器（如漏电继电器与低压断路器或低压接触器组成的组合装置）和机械开关电器（如漏电断路器）；

（9）根据故障信号的形式是漏电故障电流还是漏电故障电流在接地装置或检测元件上产生的电压降，可以将漏电保护器分为电压动作型漏电保护器和电流动作型漏电保护器；

（10）根据剩余电流是否含有直流分量可分