智能化多功能安全用电保护器的设计

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。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220V升高到280V或380V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。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。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安全用电开关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。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RS232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。(本文转自家居建材网：)