剩余電流式電氣火災探測系統設計

蔡方廷　曲娜　叢作明　寧文雙

【摘 要】本文以MSP430單片機為核心，設計了一款剩余電流火災探測系統，對電氣線路中的剩余電流進行監測，能夠很好地做到電氣火災的控制。該系統可以將檢測到的剩余電流值與預定的報警定值進行比對，當大于預設值時，監測系統將發出聲光報警信號并顯示剩余電流值，提醒用戶做出應對，防止電氣火災。

【關鍵詞】電氣火災；MSP430；剩余電流探測

1 引言

剩余電流，是指低壓配電線路中各相（含中性線）電流矢量和不為零的電流。通俗講當用電側發生了事故，電流從帶電體通過人體流到大地，使主電路進出線中的電流I相和I中的大小不相等，此時電流的瞬時矢量合成有效值稱為剩余電流。

國外發達國家在電氣火災的預警工作方面一直抱有極高的重視。在1978年日本就發布規章制度要求所有建筑面積達到150平米以上的公共場所都要安裝具有自動報警功能的剩余電流式火災探測器。 歐美各國針對電氣火災的危害國際電工委員會制定標準，明確要求需要采用兩級或三級剩余電流保護裝置。我國在電氣火災探測報警系統方面的研究工作比發達國家要晚。

2 硬件設計

本文剩余電流式火災探測器是以MSP430單片機為核心進行硬件電路設計，選用Proteus軟件進行硬件電路原理圖制作和仿真。系統主要由電源功能模塊、核心單片機、剩余電流采集模塊、人機界面模塊組成，如圖1所示。

單片機是整個剩余電流探測報警系統核心，它決定著整個系統是否能夠正常運行。系統的工作原理是：線路上產生剩余電流，電流互感器采集信號并轉換成電壓信號，經過信號處理電路濾波、放大、電平抬升后得到滿足A/D轉換的標準信號，轉換得到剩余電流的交流有效值，然后將該有效值轉換并在液晶上顯示。每當采集端采集一個有效值，單片機都會將采集的有效值與報警定值做比較，如果剩余電流超過報警定值，將觸發聲光報警。

3 軟件設計

系統軟件基本的設計思路為：裝置通電后，程序運行，首先對程序中使用到的端口及功能模塊函數進行初始化，然后在進行裝置自檢操作，裝置自檢的目的是檢查聲光信號等是否正常，確保剩余電流報警后這些指示信息正常。MSP430單片機對剩余電流傳感器采集到的交流電壓信號進行A/D轉換，最后通過等間隔的定時中斷得到每周波的交流電壓有效值，然后需要將計算得到的交流電壓有效值按照計算公式轉換得到真實的剩余電流有效值。最后通過剩余電流報警程序將檢測值與報警定值比較，以確定是否觸發聲光報警信號，同時將剩余電流報警動作值送入液晶顯示屏進行顯示。各個模塊相互作用，使探測報警功能更加完善，提高監測實時性。

4 總結

本文設計了以MSP430單片機為核心的剩余電流式電氣火災探測系統，能夠實現剩余電流信號探測、聲光報警、剩余電流實時顯示等功能。本系統構造簡易、使用方便并且很智能，具有一定的實用價值。由于實現了對低壓線路中剩余電流的實時監測，因此可以應用于住宅建筑、公共場合等多方面的電氣安全防范。

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