摘要:為避免學(xué)生宿舍內(nèi)因使用大功率違章電器導(dǎo)致用電線路過載過熱而引發(fā)火災(zāi)等隱患和漏電導(dǎo)致的接地,、電孤短路等引起火災(zāi)事故,,設(shè)計(jì)了以瑞薩單片機(jī)為控制核心的用電安全控制系統(tǒng),。系統(tǒng)從用電源頭自動(dòng)識(shí)別、防止學(xué)生宿舍違章惡性負(fù)載的使用和實(shí)時(shí)檢測線路漏電等情況的智能控制,。調(diào)試結(jié)果證明該系統(tǒng)在保障學(xué)生宿舍的用電安全(限電功能,、時(shí)間控制、人身觸電,、防雷安全,、防火安全)方面實(shí)現(xiàn)了有效的控制,該項(xiàng)智能控制器的研究及開發(fā)應(yīng)用對維護(hù)學(xué)校安全穩(wěn)定具有較為顯著的現(xiàn)實(shí)意義,。
關(guān)鍵詞:瑞薩單片機(jī),;智能控制;用電安全
0 引言
在學(xué)校學(xué)生宿舍用電管理一直是一個(gè)難題,,特別是磚木結(jié)構(gòu)的學(xué)生宿舍,,各種違章大功率電器的使用屢禁不絕。由于違章電器的使用引起火災(zāi)的事故時(shí)有發(fā)生,,給國家的財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失,,同時(shí)也對學(xué)生的生命構(gòu)成了一定的威脅,本文所研究的智能限電和防火控制器能很好保障學(xué)生宿舍的用電安全,,維護(hù)學(xué)校的安全穩(wěn)定工作,。
1 智能限電和防火控制器的設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
智能限電和防火控制器以瑞薩單片機(jī)(M3062P)為控制核心,外圍電路有電源電路,、按鍵電路,、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路,、128×64液晶顯示電路,、電流采樣、電壓采樣,、漏電采樣,、E2PROM電路、光耦輸入,、通信RS485接口,。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。
電流采樣電路用于檢測電路電流的大小,,用于過載,、短路等保護(hù)等;電壓采樣電路用于檢測電路電壓的高低和頻率測量,;光耦電路將傳感器接口和控制電路接口隔離,;漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電;通信電路可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程24小時(shí)在線監(jiān)控;E2PROM電路可實(shí)現(xiàn)參數(shù)和故障信息的掉電保存,;電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供電源,。
1.1.2 電源電路
由于系統(tǒng)的控制核心和外圍電路的工作電壓為5V,繼電器線圈電壓為5V,,同時(shí)考慮成本和抗干擾性能,,因此采用三端穩(wěn)壓器78L05為系統(tǒng)供電。T1為5W的工頻變壓器,。
1.1.3 電壓和電流采樣電路
電流采樣用穿線式電流互感器,,電壓采樣用經(jīng)過互感器后用電阻采樣,再通過放大電路給單片機(jī)采樣計(jì)算有效值,,再計(jì)算功率和功率因數(shù),,根據(jù)有功功率可檢測是否有純阻性負(fù)載接入,實(shí)現(xiàn)智能限電功能,。漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電,,如果單片機(jī)(M3062P)檢測到線路有漏電,當(dāng)漏電電流達(dá)到設(shè)定值,,單片機(jī)發(fā)出動(dòng)作信號驅(qū)動(dòng)繼電器全負(fù)載斷開,,從而避免由漏電導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。Ia1,、Ib1和Ic1是穿線式電流互感器,。電壓采樣和電流采樣電路如圖3所示。
1.1.4 LCD顯示電路
LCD顯示采用128×64點(diǎn)陣式液晶,,其具有體積小,、質(zhì)量輕、超薄和可編程驅(qū)動(dòng)等其他顯示無法比擬的優(yōu)點(diǎn),,不僅可以顯示數(shù)字,、字符,還可以顯示漢字,,可實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng),、動(dòng)畫,、反轉(zhuǎn)顯示,、顯示閃爍多種功能。設(shè)計(jì)采用中文圖形顯示界面,,使人機(jī)界面更為友善,。
1.1.5 光耦隔離電路
光耦電路將感度傳感器溫、煙霧傳感器,、可燃?xì)怏w探測器和1路DC24V遠(yuǎn)程消防控制信號輸出接口和CPU的控制端口隔離,,提高系統(tǒng)的抗干擾性。
1.1.6 通信接口電路
通信接口電路采用RS485方式,將系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)送到每棟宿舍的主監(jiān)控端,,在監(jiān)控端可以實(shí)時(shí)了解各個(gè)宿舍的用電及安全情況,。
1.1.7 電源浪涌保護(hù)電路
為了防止線路上的浪涌電壓損壞用電設(shè)備,在電源的進(jìn)線端增加防雷(電源浪涌保護(hù)器)電路,,即在各相線和零線分別并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻,。防浪涌電路如圖4所示。
1.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
主程序首先初始化主控芯片內(nèi)部寄存器和工作模式,,檢查存儲(chǔ)在E2PROM中的各項(xiàng)參數(shù)是否在設(shè)定的范圍內(nèi),,若超出范圍或參數(shù)為空,則用缺省參數(shù)設(shè)置,,然后初始化顯示模塊和鍵盤模塊,,并顯示缺省界面。在程序的主循環(huán)中,,主要實(shí)現(xiàn)電壓電流的采樣,、漏電檢測以及各路傳感器輸入檢測,根據(jù)測量的結(jié)果決定是否需要執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作或報(bào)警動(dòng)作,。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示,。
2 系統(tǒng)的安裝調(diào)試和總結(jié)
在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后我們在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)學(xué)校的作息時(shí)間和允許用電功率進(jìn)行了設(shè)定驗(yàn)證調(diào)試,,智能限電,,防雷和防火控制器具有智能限電,防雷保護(hù)器和剩余電流防火保護(hù)器的全部功能,,結(jié)果顯示本系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行且效果理想,。
根據(jù)目前廣西很多學(xué)校的學(xué)生宿舍還存在著與我校同樣的用電安全隱患,本項(xiàng)目的研究及開發(fā)應(yīng)用對維護(hù)學(xué)校安全穩(wěn)定具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和較高的推廣使用空間和應(yīng)用價(jià)值,。