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[导读]摘要:为改善以往漏电保护器对用电保护功能偏少、存在安全隐患的问题,通过对以往的漏电保护器增设漏电、过载、短路、过压、欠压和触电等用电安全保护功能,并利用霍尔电流

摘要:为改善以往漏电保护器对用电保护功能偏少、存在安全隐患的问题,通过对以往的漏电保护器增设漏电、过载、短路、过压、欠压和触电等用电安全保护功能,并利用霍尔电流传感器对漏电、过载、短路等用电故障进行数据采集,获得的信号经放大,送入AT89C52单片机进行数据处理,由ISD2560语音模块和扬声器进行语音提示与报警。从而实现智能化多功能安全用电保护的目的。实验表明,该智能化多功能安全用电保护器具有良好的可靠性、安全性和实用性,值得研究推广。

关键词:霍尔电流传感器;漏电保护器;单片机;语音提示

0 引言

希望用电安全的要求人人有之。特别是大型商场、大型娱乐场所及人员相对集中的地方,安全用电尤为重要。而火灾发生时大部分防火卷帘门及自动喷淋设备未能正常启动。用电发生短路造成火灾的事也不少,如2011年4月25日1时许,北京市大兴旧宫镇一栋四层楼房,由于充电短路发生火灾,造成18人死亡,24人受伤的用电火灾恶性事故。由于以往的漏电保护器(又称空气开关)保护功能不全,为避免商场、娱乐场所及一切用电部门用电安全,必须给漏电保护器改进,使其同时具有漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、触电保护、过压保护功能。

1 安全用电保护与提示系统

1.1 安全用电保护电路结构

智能化多功能安全用电保护器,是由安全用电保护系统、数据采集、数据处理和语音提示报警等四部分构成。安全用电保护是由漏电保护、过载保护、短路保护、欠压保护、触电保护、过压保护和霍尔电流传感器等部件构成。电路结构示意图如图1所示。

图1电路结构示意图

1.2 安全用电保护工作原理

为了更好地维护用电户的经济利益,采用分相安全用电保护,即使某相产生故障,不影响其他相供电。由图1可知,安全用电保护开关是在以往的漏电保护器的基础上改进而成,其工作原理为:当电路或用电器发生漏电或短路时,流过漏电线圈LN1的电流I1就会比正常值高很多,LN1产生的磁场力足以能够把衔铁吸上,同时衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。如果发生触电,这时人体与大地相通,人体与用电器并联入电路中,由于人体电阻比较小,总电阻更小,线路的电流急速增大,互感器感应的电流也急速上升,流过漏电保护线圈LN3的电流随之增大,LN3产生的磁场力足以能够把衔铁吸上,同时衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。当电路某种特殊原因使相电压由220 V升高到280 V或380 V时,R3(R1,R2,R3阻值很大)分得的电压U4将大于三极管VT1的导通电压,使VT1导通,使过压保护线圈LN2有电流通过产生磁场力把衔铁吸上,同时衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。电路出现欠压时,Q3点分到的电压太小,使U3电压低于VT2导通之下,使VT2截止,流过欠压线圈的电流被切断,欠压线圈产生的磁场力消失,衔铁释放,弹簧拉衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。

1.3 电流过载安全保护设置

电流过载安全保护设置数据表如表1所示。

电流过载安全保护设置数据表

2 安全用电故障语音提示

2.1 安全用电故障语音提示电路结构

为了提高安全用电的监控能力,利用磁平衡霍尔电流传感器对安全用电进行数据采集,获取电路发生漏电、过载、短路的故障信号,经LM324放大器放大后送入单片机进行数据处理,由AT89C52单片机的P2.0端口输出高电平,使三极管VT3导通,保护线圈LN4通电产生磁场力足以能够把衔铁吸上,同时衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。同时利用单片机和语音模块进行故障语音提示,智能保护和语音安全用电故障提示电路结构图,如图2所示。

智能保护和语音安全用电故障提示电路结构图

2.2 安全用电故障语音提示工作原理

霍尔电流传感器采集到相电流信号uin,送给LM324放大器放大后,从AT89C52单片机的P1.1端口输入,由单片机对数据进行识别,判断出相电流是否超出正常值,从而识别出电路是否发生漏电、过载、短路故障,从单片机的P2.0端口输出高电平,使VT3三极管的基极获得高电平导通,线圈LN4通电产生的磁场力把衔铁吸上,同时衔铁撞击杠杆,使开关脱钩,线路断电保护。

为了让用户更好地了解用电故障出现的原因,系统设置了语音提示功能。首先,通过Goldwave、Cooledit等音乐制作软件,以分段模式录制数字0~9、“正常”、“漏电、过载、短路、过压、欠压和触电,危险”和一些安慰与安全设离等提示信息。然后,将声音文件通过编程器写入ISD2560.在系统需要时,AT89C52单片机通过串行接口调用ISD2560的相应信息,输出到扬声器,实现语音提示。以下为ISD2560播放指定地址的子程序。

2.3 安全用电故障语音提示控制程序

安全用电故障语音提示控制程序框图,如图3所示。

安全用电故障语音提示控制程序框图

3 比较实验

为了检验该智能化多功能安全用电保护器与传统的漏电保护器,进行在电路发生漏电、过载、短路、过压、欠压和触电等用电故障时的实验,比较断电响应时间及可靠性,语音提示等功能的优劣。

实验时首先把用电进行归类布线(照明、厨房、电视与电脑)分别控制。再把家庭用电器的名称、个数和功率及设置安全电压、安全电流值和时间时段分别存入单片机相应的存储单元内,为智能控制提供数据,用智能语音提示学习;存入到监控器的存储单元内。

4 结语

家居用电远程监控器利用对用电设备进行分类控制,避免了当某个用电器漏电或短路时其他用电器都不能用电的现象。通过电磁线圈获取安全用电控制信号,由AT89C52单片机对数据处理后,通过RS 232接口电路与GTM900I无线收发模块经GPRS网络用收发短信的方法把信息发送到指定的手机上,同样手机也可把控制指令发送到指定的监控上,实现家庭用电器的智能化、远程控制。并且加上时间继电器、ISD2560语音芯片和扬声器,不但能实现对可视设备的远程管理,而且还能督促小孩学习。实验表明,该监控器具有良好的安全性、可靠性和实用性。该监控器具有良好的市场前景,值得推广应用。

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