家用多功能用電保護器的設計

余鵬蜚

摘要

近年來，伴隨我國電力事業的飛速發展以及國家建設規模的逐步擴大，社會用電量呈現出持續增長態勢，但與此同時，由于充電短路、漏電保護器保護功能不全等而引發火災的現象也頻頻發生，安全用電日益受到人們的重視。為保護家庭多功能用電安全，本文基于AT89S52單片機，介紹了一種能夠有效實現對家庭電路過流及過功率的保護，并且當家庭電路出現短路或超負載時，能夠實現自動斷電保護的智能化家用多功能用電保護器。

【關鍵詞】AT89S52單片機 多功能 用電保護器

1 系統總體設計方案

本次設計利用電壓、SCT211FK電流互感器以及峰值檢測電路等，就入戶線上的電流加以實時檢測，并將所檢測到的數值經數模轉換電路ADC0809傳輸給AT89S52單片機，最后再通過單片機，在LCD液晶顯示屏中顯示出電流與電壓的值。此外，在保護器的按鍵電路上設定功率上限值，當家用電器的功率值超出上限，AT89S52單片機會向繼電器發出保護動作的信號，此時，繼電器會自動切斷電源，并將電流、電壓值反映到LCD顯示屏中。與此同時，在保護器的具體設計過程中，適當加入煙霧傳感器MQ-2模塊，還能在一定程度上實現對可燃氣體的檢測。當煙霧傳感器檢測到有可燃氣體存在時，會直接向AT89S52單片機發出信號，再由單片機通過控制繼電器，最終實現對可燃氣體的控制，從而保障用電安全。電路設計框圖如圖1所示。

2 單元電路設計

2.1 電流互感器放大電路

SCT211FK是一款精密度非常高的電流互感器，其輸入額定電流一般為5A，額定輸出電流為2.5mA，線圈扎數占比1/2000，可耐沖擊電流100A*1秒，對于耗電量較低的家庭等場所較為適用。如果用戶想要將電流輸出信號變為電壓信號，則可以參照圖2，將反饋電阻中的R和r的電阻值進行調整，最終得出所需電壓輸出值。

2.2 峰值檢測電路

本文在對入戶電壓的峰值加以檢測過程中，主要選用的是運放LF353、二極管和電容構成的檢波電路，這里的LF353主要是指以JFET型為標準的線性運算放大器，上圖中的用電壓跟隨器既可以充當緩沖器，還可以在其中發揮隔離功能。此外，該電路還使用了二極管中的單向導通能力以及電容的充放電特性等，對于提高峰值的準確性大有裨益。

2.3 數模轉換電路

本系統所使用的數模轉換器是由美國國家半導體公司推出的逐次逼近型的ADC0809芯片，其屬于8路輸入通道，分辨率較高，由單個+5V電壓為其提供電源，一般耗能為15mW左右，功耗較低。其內部含有八個具備鎖存功能的通道模擬多路開關，可以分時段對8通道0-5的輸入模擬電壓進行轉換。同時還帶有鎖存電路、逐次逼近寄存器、控制和時序電路等等，并且可以輸出具備TTL三臺鎖存功能的緩沖器，與單片機總線相連。

2.4 MQ-2煙霧傳感器

在用電保護器設計過程中，所使用的MQ-2煙霧傳感器的氣敏材料為清潔空氣中具有較低電導率的Sn02，當MQ-2煙霧傳感器檢測到周圍環境中有可燃氣體存在時，Sn02電導率會伴隨空氣中所彌漫的可燃性氣體濃度而變化，此時，只需借助簡單的電路，便可實現電導率變化向與該氣體濃度對應的輸出信號的轉換。

2.5 微控制電路

AT89S52單片機是一種耗能較低，且具備較強的性能的CMOS8位微控制器，其可編程Flash存儲器大約為8K，是由Atmel公司高密度非易失性存儲器技術編制而成，可以與工業上的80C51產品指令與引腳達到兼容。此外，在該控制器的單芯片中，還具有8位CPU和在系統可編程Flash，也因此為眾多控制系統提供了具備較強靈活性、行之有效的方法。該主控芯片具體含有以下性能：8k字節Flash，32位I/O口線，看門狗定時器，3個16位定時器/計數器，256字節的RAM，2個中斷結構全雙工串行口，片內時鐘振蕩器。當微控制器處于閑置狀態時，CPU會立刻停止工作，但RAM、定時器/計數器、串口、中斷等其他功能模塊可以繼續運行。

3 結束語

綜上所述，本文所設計的家用多功能用電保護裝置對于家庭等耗能較低的場所非常適用。通過利用電壓、SCT211FK電流互感器以及峰值檢測電路等，檢測入戶線上的電流，并在按鍵電路中為保護器設定功率上限值，不但可以對超出上限功率的家用電器進行實時保護，而且通過LCD液晶顯示屏，還能夠及那關電路工作狀態及其危險信號及時顯示出來，進而為家庭安全用電提供保障。

參考文獻

[1]肖遠新.智能化多功能安全用電保護器的設計[J].現代電子技術，2012（13）.

[2]韋桂丘.淺談漏電保護器的應用[J].大眾科技，2016（01）.