基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)漏電檢測(cè)方法的研究

儀器設(shè)備和家用電器的漏電指標(biāo)是一項(xiàng)重要的安全性指標(biāo)。儀器設(shè)備和家用電器出廠時(shí)，若不檢測(cè)這項(xiàng)指標(biāo)將是非常危險(xiǎn)的。為了使用者的人身安全，電熱水器必須具有漏電保護(hù)功能的裝置，本文在分析了漏電檢測(cè)模塊工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)實(shí)時(shí)采樣漏電信號(hào)并可接收上一級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)要求，自動(dòng)檢測(cè)漏電參數(shù)，一旦檢測(cè)到漏電就能達(dá)到實(shí)時(shí)斷電的功能。

一、漏電檢測(cè)工作原理

根據(jù)霍爾磁式原理檢測(cè)漏電狀態(tài)，如圖1所示，在實(shí)際應(yīng)用中，把火線與中線同時(shí)穿過(guò)一個(gè)環(huán)形磁芯，作為漏電互感器的初級(jí)線圈，次級(jí)線圈(數(shù)百匝)輸出漏電信號(hào)。從電源火線端流出的電流IL+，流經(jīng)支路全部負(fù)載后，返回電源中線端的支路電流為IL-，當(dāng)該支路沒有接地電流時(shí)，IL+=IL-，穿過(guò)環(huán)形磁芯的電流大小相等，次級(jí)線圈無(wú)漏電信號(hào)輸出，即電源輸入線中的火線電流與中線電流完全平衡，次級(jí)漏電信號(hào)為零。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)的接地漏電電流為IR，則IL+=IL-+IR，火線電流與中線電流將失去平衡，其合成電流就是漏電電流，次級(jí)漏電信號(hào)的大小和漏電程度成正比。

二、漏電控制電路

電熱水器漏電控制電路由晶體三極管Q1、二極管D1、電阻R1、R2和繼電器J1、J2組成(如圖2所示)。當(dāng)單片機(jī)響應(yīng)中斷后，從I/0口輸出高電平到晶體三極管Q1，三極管Q1導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器J1閉合，繼電器J2通電，在0.1秒鐘內(nèi)迅速切斷整個(gè)系統(tǒng)的供電，從而可迅速切斷電流對(duì)人體的傷害程度，確保人身安全。同時(shí)，從單片機(jī)I/O口輸出一定頻率的方波信號(hào)，由晶體三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)出聲音，報(bào)警危險(xiǎn)。

三、軟件實(shí)現(xiàn)

該漏電檢測(cè)功能在軟件上兼顧了采樣的實(shí)時(shí)性和單片機(jī)的計(jì)算能力，適合采用定時(shí)中斷采樣的采樣方式及計(jì)算能力較弱的單片機(jī)系統(tǒng)中[4]。程序采用C語(yǔ)言編寫，只需要改變部分宏定義即可移植到不同的單片機(jī)系統(tǒng)中。在定時(shí)中斷采樣程序中系統(tǒng)對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行采樣、計(jì)算及處理。圖3為漏電處理程序流程圖，設(shè)置漏電正常狀態(tài)計(jì)數(shù)器是防止電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)判斷的影響。同時(shí)漏電動(dòng)作延時(shí)時(shí)間精度可以得到很好的保證。在主程序中系統(tǒng)實(shí)時(shí)查詢相應(yīng)的漏電狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)做出報(bào)警及保護(hù)動(dòng)作。

四、實(shí)驗(yàn)調(diào)試

根據(jù)圖4所示，假設(shè)允許最大漏電流為IL(通常為數(shù)毫安，具體數(shù)據(jù)可查閱相關(guān)規(guī)定)，漏電互感器次級(jí)的匝數(shù)為N，則次級(jí)電流為IL/N 產(chǎn)生的信號(hào)電壓為，放大器的放大倍數(shù)為K，則C點(diǎn)最大下拉幅度為，產(chǎn)生漏電中斷的條件是:

根據(jù)一塊做好的熱水器控制板，用一根導(dǎo)線穿過(guò)漏電互感器，從中通過(guò)數(shù)毫安的交流電流(不必用220V高壓，只要用幾伏特的低壓交流電源串聯(lián)一個(gè)電阻就可以)。為測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定正確性，R1選擇1KΩ左右電阻，根據(jù)以上公式，調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)或R3阻值，使用軟件仿真，在單片機(jī)管腳上就能感應(yīng)到中斷信號(hào)。

(作者單位:浙江省紹興市中級(jí)人民法院)