家用多功能用電保護器的設(shè)計

余鵬蜚

摘要

近年來，伴隨我國電力事業(yè)的飛速發(fā)展以及國家建設(shè)規(guī)模的逐步擴大，社會用電量呈現(xiàn)出持續(xù)增長態(tài)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(fā)火災的現(xiàn)象也頻頻發(fā)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(xiàn)對家庭電路過流及過功率的保護，并且當家庭電路出現(xiàn)短路或超負載時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動斷電保護的智能化家用多功能用電保護器。

【關(guān)鍵詞】AT89S52單片機 多功能 用電保護器

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本次設(shè)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(shù)值經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)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(shè)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(fā)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(shè)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(xiàn)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(fā)出信號，再由單片機通過控制繼電器，最終實現(xiàn)對可燃氣體的控制，從而保障用電安全。電路設(shè)計框圖如圖1所示。

2 單元電路設(shè)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(shù)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?yōu)殡妷盒盘枺瑒t可以參照圖2，將反饋電阻中的R和r的電阻值進行調(diào)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(gòu)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(fā)揮隔離功能。此外，該電路還使用了二極管中的單向?qū)芰σ约半娙莸某浞烹娞匦缘?，對于提高峰值的準確性大有裨益。

2.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

本系統(tǒng)所使用的數(shù)模轉(zhuǎn)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(nèi)部含有八個具備鎖存功能的通道模擬多路開關(guān)，可以分時段對8通道0-5的輸入模擬電壓進行轉(zhuǎn)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(shè)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(huán)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(xiàn)電導率變化向與該氣體濃度對應(yīng)的輸出信號的轉(zhuǎn)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(shù)編制而成，可以與工業(yè)上的80C51產(chǎn)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(tǒng)可編程Flash，也因此為眾多控制系統(tǒng)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(jié)Flash，32位I/O口線，看門狗定時器，3個16位定時器/計數(shù)器，256字節(jié)的RAM，2個中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口，片內(nèi)時鐘振蕩器。當微控制器處于閑置狀態(tài)時，CPU會立刻停止工作，但RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷等其他功能模塊可以繼續(xù)運行。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文所設(shè)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(shè)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(guān)電路工作狀態(tài)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(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（13）.

[2]韋桂丘.淺談漏電保護器的應(yīng)用[J].大眾科技，2016（01）.