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新款智能類斷路器的性能的概述論文
斷路器由6部分組成：電源、大電流[3]的信號采樣、微處理系統(tǒng)、線路的通斷控制、無線通信、界面顯示，電源部分直接將220V交流電轉(zhuǎn)換為可供控制模塊和微處理系統(tǒng)使用的工作電源；大電流的信號采樣通過零序電流互感器，并結(jié)合模擬電子技術(shù)中的信號放大和調(diào)整，為微處理器系統(tǒng)提供正確可靠的信號；微處理系統(tǒng)由Atmega16單片機和外部接口電路組成，對電流信號進行實時采集、處理、儲存，實現(xiàn)各種保護和輔助功能；線路的通斷控制通過光耦和晶閘管[4]的組合，用小電流來實現(xiàn)大電流的通斷[5]；無線通信模塊的設(shè)立可以通過一個終端設(shè)備控制來控制多個斷路器的工作，可以進行大規(guī)模地統(tǒng)一管理，在斷路器上安裝一個無線通信模塊，當(dāng)終端發(fā)出指令時，它可以接受指令，并執(zhí)行指令相應(yīng)的動作；界面顯示模塊筆者用液晶顯示加9個數(shù)字鍵來做，可以實現(xiàn)人機互動，便于用戶自己設(shè)置合適的值以及相應(yīng)的操作；同時在界面顯示旁邊會有一個開關(guān)，可以用來手動復(fù)位。
硬件功能模塊的設(shè)計
電源模塊設(shè)計本研究的電源采用直接接入零火線，通過lnk306芯片進行轉(zhuǎn)化，通過調(diào)整電阻值來獲得控制模塊所需要的13V電壓，實現(xiàn)了220V到13V的直接轉(zhuǎn)換[6]，從而無需另外給予斷路器單獨供電，由于微處理系統(tǒng)需要5V的電壓供電，通過78M05芯片來轉(zhuǎn)化。信號采樣模塊的設(shè)計本研究通過在零火線上各用一個零序電流互感器，采集零火線上的實時電流，將其轉(zhuǎn)換為可控單片機識別的電壓信號，通過LM358的放大倍數(shù)調(diào)整采樣的精度。微處理系統(tǒng)模塊的設(shè)計微處理系統(tǒng)模塊主要包括Atmega16單片機[7]，JTAG口，3盞顯示不同情況的燈，通過JTAG口可以進行程序的燒入和修改，3盞燈的變化可以顯示此時線路的狀況�？刂颇K的設(shè)計因為是大電流的控制，傳統(tǒng)意義上的繼電器就不能用了，這里用雙向晶閘管來實現(xiàn)，它能通過大電流，而且雙向晶閘管可以很方便地閉合和斷開，由于大電流的操作危險性高，筆者用了光耦來進行隔離，筆者通過一個三極管作為開關(guān)，通過單片機控制三極管的導(dǎo)通和斷開，而實現(xiàn)光耦的導(dǎo)通與斷開，從而實現(xiàn)了用小電流控制大電流的目的。本研究通過雙向晶閘管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)斷路器的脫扣器還可以避免產(chǎn)生由于線路通斷產(chǎn)生的高壓電弧。電弧的產(chǎn)生是由于斷路器切斷通有電流的回路時，只要電源電壓大于10V~20V，電流大于80mA~100mA，在動、靜觸頭分開瞬間，觸頭間隙就會出現(xiàn)電弧。此時，觸頭雖然已經(jīng)分開，但是電路中的電流還在繼續(xù)流通，只有熄滅電弧，電路才真正斷開。如果用雙向晶閘管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脫扣器，就能避免電弧的產(chǎn)生。首先，晶閘管是一個無觸點的開關(guān)，不存在觸頭；其次，雙向晶閘管的斷開需要在線路中的電壓過零點時才能斷開，也就是說晶閘管的斷開瞬間，線路中是沒有電流的，這樣就能避免電弧的產(chǎn)生。最后，雙向晶閘管的介質(zhì)是半導(dǎo)體，對于電弧的產(chǎn)生也有一定的抑制作用。所以，本研究通過采用雙向晶閘管，線路中可以成功避免電弧的產(chǎn)生。在一系列的測驗中，晶閘管承受了20A~3000A電流的沖擊，都沒有電弧的產(chǎn)生，同時晶閘管本身沒有出現(xiàn)損壞，安全性非常高。無線通信模塊的設(shè)計最后筆者要將產(chǎn)品應(yīng)用于家用電器中，并將和電表綁定，這樣不但可以保護家用電器，而且還可以便于供電局對電表的管理，無線覆蓋范圍是200m，可以在每個小區(qū)設(shè)置一個終端，通過這個終端來控制這個小區(qū)的所有斷路器的控制，通過終端發(fā)出命令，無線模塊接受命令，并把命令傳遞給微處理系統(tǒng)，微處理系統(tǒng)接受命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。界面顯示模塊的設(shè)計為方便用戶的操作，筆者將設(shè)計人性化的界面顯示，筆者用液晶1602來作為顯示屏，配以9個數(shù)字鍵來執(zhí)行相應(yīng)的操作，在顯示屏中，筆者將有以下功能：平時，界面將顯示當(dāng)前線路中的漏電流值和過載值，如果筆者需要對其操作，開始時，筆者將進行設(shè)備連接狀況的自我檢測，如果連接正常，界面上將顯示其正常，然后進入主頁面，主頁面中有以下幾項：①漏電流值設(shè)置；②過載電流值設(shè)置；③密碼設(shè)置；④刪除記錄；⑤聯(lián)網(wǎng)設(shè)置。
軟件功能模塊的設(shè)計
該系統(tǒng)的輸入量有以下幾個部分：通過采樣模塊采集過來的信號，3盞燈的信號輸出，光耦的控制信號，無線通信模塊的命令信號，外界按鍵的信號。采樣部分，筆者先進行5次預(yù)采樣，然后采樣167次，通過求平均值來獲得采樣值，從而可以避免有些沒用的采樣，使采樣精度更加準(zhǔn)確[8]；界面顯示部分，由于液晶1602智能顯示兩行，筆者將采用翻頁的形式進行菜單的顯示。該系統(tǒng)的整個程序流程就是程序初始化后進入到主循環(huán)，通過讀取采樣程序部分的數(shù)值，與預(yù)定數(shù)值進行比較，并顯示到其界面上，通過終端控制或者自動執(zhí)行或手動控制來進行故障處理。程序結(jié)構(gòu)具有模塊化和子程序化的特點，同時在程序中加入了抗干擾處理。軟件程序分為如下部分。主程序主程序主要包括系統(tǒng)的整個工作原理，包括開始階段的對線路電流進行采樣[9]，終端的控制，報警，自動保護家用電器，界面的顯示及應(yīng)答相應(yīng)的操作。采樣程序采樣程序主要包括采樣通道的選擇以及對此通道數(shù)據(jù)的采集和存儲，在這里，筆者將對線路進行不間斷的采樣，由于一些不穩(wěn)定因素的干擾，在剛開始采樣時，采集到的數(shù)據(jù)可能會不準(zhǔn)確，筆者對線路先進行5次的預(yù)采樣[10]，在舍棄5次預(yù)采樣后，筆者通過獲得167個采樣值，然后取其平均值的方法來確定其為輸入給微處理系統(tǒng)的采樣值[11]，這樣可以使數(shù)據(jù)更加精確，可以排除一些干擾。無線通信程序該程序是為了實現(xiàn)終端對斷路器的遠程遙控，它分為兩個子程序：發(fā)送程序和接收程序，當(dāng)微處理系統(tǒng)接受到無線通信模塊發(fā)出的信號時[12]，微處理系統(tǒng)將執(zhí)行信號所對應(yīng)的指令，如此，筆者只用一個終端設(shè)備即可集成管理多個斷路器的工作。界面顯示程序為了更加方便廣大用戶的使用，筆者在這款產(chǎn)品中增加了界面顯示的功能，通過9個按鍵控制液晶顯示屏的顯示來提供各種選擇，該程序把界面和整個產(chǎn)品的功能鏈接成一個整體，通過讀取鍵盤鍵入值來執(zhí)行相應(yīng)的程序響應(yīng)并顯示在液晶顯示屏上[13]。定時程序在斷路器的國標(biāo)中有時間—電流動作特性要求，而且定時功能的增加也可以防止偶爾的突發(fā)失誤造成的斷路器微處理系統(tǒng)的誤判，筆者設(shè)置為“當(dāng)斷路器的采樣值在警告值范圍內(nèi)持續(xù)一定時間后就要斷開線路”，否則不斷開，當(dāng)在危險值時，必須在0。1s內(nèi)斷開線路，當(dāng)正常時保持工作。
測試結(jié)果
根據(jù)以上原理，筆者設(shè)計了一款智能型大電流斷路器，它將要在電路中電流在64A以下能持續(xù)正常工作，超過100A時斷開斷路器斷開線路。同時，筆者要求它能承受3000A電流的短暫沖擊而不損壞器件，筆者對其進行了一系列電流測試，測試結(jié)果（表略）
結(jié)束語
智能型大電流斷路器性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的斷路器產(chǎn)品，所設(shè)計的智能測控單元以Atmega16單片機為核心構(gòu)成一個實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可將采集的數(shù)據(jù)進行實時分析、運算和處理，可獲得各種不同的保護特性，易于修改，無線通信模塊的設(shè)計使得斷路器使用的控制更加規(guī)范化，界面模塊的設(shè)計使得它的操
作性更具有人性化和方便化，它的大電流特性和電源模塊部分使它能更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和家庭用電。當(dāng)然，這款斷路器還有許多需要筆者繼續(xù)改進的地方，如對于采樣的精度控制，溫度的變化導(dǎo)致器件的一定程度的損害，從而使部分功能無法正常工作，如何在無線通信中盡可能地實現(xiàn)抗干擾等等，這些問題都可以在以后的研究中得到解決。未來筆者將把這款斷路器與家用電表綁定，通過電流信號來控制斷路器，從而控制電表，這樣將減少大量查抄電表的人工，將會解放大量的勞動力，產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。
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