剩余電流式電氣火災(zāi)探測系統(tǒng)設(shè)計

蔡方廷　曲娜　叢作明　寧文雙

【摘 要】本文以MSP430單片機(jī)為核心，設(shè)計了一款剩余電流火災(zāi)探測系統(tǒng)，對電氣線路中的剩余電流進(jìn)行監(jiān)測，能夠很好地做到電氣火災(zāi)的控制。該系統(tǒng)可以將檢測到的剩余電流值與預(yù)定的報警定值進(jìn)行比對，當(dāng)大于預(yù)設(shè)值時，監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警信號并顯示剩余電流值，提醒用戶做出應(yīng)對，防止電氣火災(zāi)。

【關(guān)鍵詞】電氣火災(zāi)；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(dāng)用電側(cè)發(fā)生了事故，電流從帶電體通過人體流到大地，使主電路進(jìn)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(fā)達(dá)國家在電氣火災(zāi)的預(yù)警工作方面一直抱有極高的重視。在1978年日本就發(fā)布規(guī)章制度要求所有建筑面積達(dá)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(zāi)探測器。 歐美各國針對電氣火災(zāi)的危害國際電工委員會制定標(biāo)準(zhǔn)，明確要求需要采用兩級或三級剩余電流保護(hù)裝置。我國在電氣火災(zāi)探測報警系統(tǒng)方面的研究工作比發(fā)達(dá)國家要晚。

2 硬件設(shè)計

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

單片機(jī)是整個剩余電流探測報警系統(tǒng)核心，它決定著整個系統(tǒng)是否能夠正常運行。系統(tǒng)的工作原理是：線路上產(chǎn)生剩余電流，電流互感器采集信號并轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過信號處理電路濾波、放大、電平抬升后得到滿足A/D轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)信號，轉(zhuǎn)換得到剩余電流的交流有效值，然后將該有效值轉(zhuǎn)換并在液晶上顯示。每當(dāng)采集端采集一個有效值，單片機(jī)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(fā)聲光報警。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件基本的設(shè)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(shù)進(jìn)行初始化，然后在進(jìn)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(jī)對剩余電流傳感器采集到的交流電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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?qū)z測值與報警定值比較，以確定是否觸發(fā)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(jìn)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(jiān)測實時性。

4 總結(jié)

本文設(shè)計了以MSP430單片機(jī)為核心的剩余電流式電氣火災(zāi)探測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)構(gòu)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(xiàn)了對低壓線路中剩余電流的實時監(jiān)測，因此可以應(yīng)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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