基于单片机智能化脱扣器的设计
基于ARM单片机的直流塑壳断路器的电子式脱扣器设计
文章编号 ：１ ０ ０ ７ ． ７ ５ ７ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ４ — ０ ０ ４ ２ — ０ ３
研 究与设 计
微 型 电脑 应 用
号 ，介 绍 了软 硬 件 的 组 成 、原 理 和 实验 结 果 ，并 实现 了全 电子 式三 段 式 直流 断 路 器的 保 护 功 能 。具 有 精度 高 ，整 定 方便 ，可
以通 讯 的 特 点 是 以 实现 智能 电 网 的新 一代 电子脱 扣 器 。
关 键 词 ： 霍 尔 电流 传 感 器 ； 电子 式脱 扣 器 ；直 流三 段 式保 护 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ０ ５ 文 献标 志 码 ：Ａ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ Ｃｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｂｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｔｒ ｉ ｐ Ｕｎｉ ｔ
２ ０ １ ３ 年第 ２ ９卷第 ４期
基于 Ａ Ｒ Ｍ 单 片机 的直 流 塑壳 断路 器 的 电子 式 脱 扣器 设 计
吴 蔚 ，路 林 吉
摘 要 ：提 出 了一种 基 断 路 器 的 电子 式 脱 扣 器 的设 计 方 法 ，其 中使 用 霍 尔 电流 传 感 器 检 测 直 流信
０ 引言
电力 工程 中 为保 证 各 供 电保 护和 控 制 环 节 的可 靠 运 行 ， 通 常 采 用 独立 于交 流 电源 外 的直 流 电源 供 电系 统 对 其 供 电。 为 保 证 直 流供 电 系统 的连 续 性 和 可 靠 性 ， 直 流 系 统 中 各 级过 电流 故 障 的 保 护 及 报 警 配 合 一 直 是 工 程 设 计 人 员 十 分 关注 的 问 题 。由于 发 电厂 和 变 电所 直 流 系 统 的供 电 负载 多 ，回路 分布广， 在 一 个 直 流 网络 中往 往 有 许 多 支 路 需 要 断 路器 或熔 断 器 来进 行 保 护 。如 果 由 于下 级 断 路 器 的 短 路 故 障 ， 造 成上 级 断 路 器 的越 级误 动 作 ，会 造 成 更 大 面 积 的 断 电 …。这 就存
智能脱扣器的软件设计
智能脱扣器的软件设计摘要:低压断路器是用于接通、分断配电电路及对各种故障进行保护的一种开关电器,广泛应用于低压配电系统中。
断路器的保护功能是由脱扣器实现的,传统的脱扣器多为电磁式的,其特性不易控制。
本课题利用微电子技术及单片机技术,采用微处理器,设计出智能断路器软件设计,不仅能够实现预想的保护功能,还能对脱扣器的动作参数进行选择即可实现对多种不同场合的保护。
论文中详细介绍了软件程序的设计思想和编制方法。
关键词:断路器脱扣器本设计为了充分体现脱扣器的智能化以及尽量减小硬件电路的体积,软件部分设计的重要性就显得尤为突出了,以软代硬是本设计的创新点,所以软件设计工作其工作量很大。
软件设计主要包括软件结构设计和软件程序设计,后者主要内容是拟定程序的总体方案、根据系统功能及操作过程绘制程序流程图、编制具体程序以及检查和修改程序。
智能脱扣器的主要任务是能独立完成对电路的过载及短路保护,并能方便的对动作参数进行设定,此外,还采用目前最常用的串行通信总线接口RS毛32标准接口,来实现与PC机的双向通信功能。
在拟定软件总体设计方案时,由于实际的单片机控制系统的功能复杂、信息量大和程序较长,这就需要选用合理的切合实际的程序结构设计方法。
常用的设计方法有三种:(1)模块化程序设计;(2)自顶向下逐步求精程序设计;(3)结构化程序设计。
在本设计中,采用第一种方法,即模块化程序设计,它的设计思路是把一个复杂应用程序按整体功能划分成若干相对独立的程序模块,各模块可以单独设计、编程、调试,然后把功能相关的模块通过连结程序联在一起调试,最后各模块程序在主程序的控制下进行总体调试,最终成为可完成设计要求、具有实用价值的程序。
由于此方法的设计思路与本设计的硬件设计思路非常吻合。
为此,本设计的软件程序部分就采用模块化的设计方法。
软件系统的整体设计根据智能脱扣器预期要实现的功能,所设计的系统软件由初始化于程序、确定采样相于程序、A/D转换子程序、延时子程序、乘法子程序。
智能脱扣器设计
第1章低压断路器及智能化脱扣器概述1.1 低压断路器随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。
低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。
特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。
智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。
1．2 脱扣器的发展过程脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。
随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。
在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。
采用热双金属片的热式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。
现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。
进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。
它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。
特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
基于智能化建筑的智能脱扣器设计
基于智能化建筑的智能脱扣器设计智能化建筑是利用先进的信息技术和自动化控制技术，通过对建筑物内外环境的感知、分析和决策来优化建筑物的能源消耗、提高舒适度和安全性，实现可持续发展的一种战略。
智能脱扣器是智能化建筑中的一个重要组成部分，它通过自动控制门窗的开关来实现建筑物内外环境的调节和控制。
智能脱扣器设计的目标是通过智能化技术，使建筑物内外环境的温度、湿度、光照等指标在各种复杂情况下得到良好的调节和控制，以提高建筑物的舒适度、节能效果和安全性。
智能脱扣器设计应包括以下几个方面：1.传感器系统：通过温度、湿度、光照等多个传感器将建筑物内外环境的信息实时采集转化为电信号。
传感器系统应具有高精度、高稳定性和长寿命等特点，以确保准确地感知环境信息。
2.控制算法：通过对传感器采集的环境信息进行实时分析和处理，确定门窗的开关控制策略。
控制算法应包括开关门窗的条件判断、控制逻辑和动作执行等部分，以确保门窗能在合适的时机进行开关操作。
3.执行器系统：根据控制算法的指令，通过电动机、液压驱动器等执行器将门窗进行开关操作。
执行器系统应具有高运动精度、低能耗和长寿命等特点，以确保门窗的准确开关。
4.人机交互界面：提供直观、友好的交互界面，使用户能够根据自身需求对智能脱扣器进行设置和控制。
人机交互界面可以采用触摸屏、声音提示等方式，以提高用户的使用体验。
5.数据通信系统：通过网络连接智能脱扣器和其他智能化设备，实现智能化建筑系统的集成与互操作。
数据通信系统应具有高速、可靠和安全的特点，以确保智能脱扣器与其他设备之间的信息交互。
在智能脱扣器设计中，还应考虑以下几个关键问题：1.安全性：智能脱扣器的设计应具有较高的安全性，避免因故障或非法入侵等原因导致门窗的意外打开或关闭。
2.节能性：智能脱扣器的开关策略应根据不同的季节、时间和环境需求进行灵活调整，以实现节能效果。
3.可靠性：智能脱扣器的各个组成部分应具有较高的可靠性，能够在各种复杂情况下正常运行。
基于STM32的小型断路器智能脱扣器设计
基于STM 32的小型断路器智能脱扣器设计张贤迟长春(上海电机学院电气学院，上海201306)摘要+传统断路器由电磁脱扣器实现检测和保护功能，其动作时间长、保护精度低、智能化程度低。
基于S T M 32的小型断路器智 能脱扣器通过控制电机正反转使断路器分闸或合闸，实现电路保护的同时具有自动重合闸功能，克服了传统电磁式脱扣器存在的灵敏 度与一致性低等问题，能够满足国家电网公司对小型断路器的控制技术要求。
关键词+小型断路器;S T M 32;智能脱扣器；自动重合闸0引言传统的断路器的“磁热”式设计模式，通过机系统的动作来实现通断[1]。
这种设计方式导致传统的 断路器体积较大，有其 足的方，一致性、保护精度 等[2] 了电种时路的正，要在断路器的上，制 度 、自动化、模块化的智能型断路器，使其可靠性[3]。
使机控制小型电机动断路器刀闸动作，实现断路器的自动分、合闸功能要 S T M32F 100控制，具有功耗低、度、自 A /D 转换器等点，能够满足现使的自然环境、电磁等要1总体设计思路智能脱扣器总体设计框图如图1所示。
路中的电压与电 通过电 电 器，转换测 的电 ， 通过 和 ， 过电 转电路， 转 合A /D要的电A/D 转转机，机 过和对控制 ，控制断路器的分合闸。
2信号转换电路转 电路分 电路和电 转 电路 其 ，分通过精度电其外围电路对变器处理过的高压信号进行变换，变换后的信号在12〜15 V 范围内； 电平转电路 的转机工作时的电2.1信号调理电路S T 公司的电源芯片V I P E R 06对高压部分进行处理，使调理后的电压在12〜15 V 范围内。
V I P E R 06内通过两条线路电，一种是从高压侧D R A I N通过变压器电，一种通过V D D 电在V o u t 与V D D间通过二极管相连，首先通过D R A I N 启动，内M O S F E T导通，V o u t 输出12>15 V 电压；随后D R A I N 供电线路断开，由V o u t 通过V D D进行内电，有效减小损，电路的性2.2电平转换电路本电路采用稳压芯片L D 33,该芯片输入12@15 V ，输出V C C3.3V ，满足机的供电要，电路2所U 2LD333 电机驱动电路本文采用L C 110S 电机驱动 控制电机的正反停转动。
基于PIC单片机的智能型漏电断路器设计
基于PIC单片机的智能型漏电断路器设计电气接地故障中电弧性对地短路是引发电气火灾的重要原因。
电弧性对地短路具有很大的阻抗和电压降，它限制了故障电流，使过电流保护器不能动作或不能及时动作来切断电源，而几百毫安的漏电弧产生的局部高温可达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而引起火灾。
况且，用电设备分布在建筑物的各个角落，危害范围广，如不对系统的漏电进行监测和防控，就会对人身和财产安全构成威胁，存在很大的火灾隐患。
智能型漏电断路器能准确监控电气线路的故障和异常状态，能有效预防常见的因漏电导致接地电弧所引起的建筑物电气火灾事故。
为了保证人民生命财产安全，在建筑物的电源进线处及干线上安装智能型漏电断路器十分必要。
1 剩余电流产生的原因和保护原理让三相四线导线一起穿过一零序电流互感器CT，也可在中性线N 上安装一个零序电流互感器CT，利用这些CT 来检测三相的电流矢量和，即剩余电流，如图1 所示，根据电路原理可知，当电路中没有发生设备漏电或接地故障且三相负荷完全平衡时，一次侧中瞬时电流的矢量和为零，即Ia+Ib+Ic+IN=0，在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零，此时，二次线圈中感应电流IL=0。
被保护的电路出现绝缘故障时，负载侧有对地泄载电流，零序电流互感器的矢量和不为零，即Ia+Ib+Ic+IN≠0，在电流互感器中产生磁通的矢量和也不等于零，此时，零序电流互感器二次绕组中便产生感应电流，即剩余电流IL≠0。
漏电断路器主要由零序电流互感器CT，漏电检测电路，脱扣器组成。
被保护电路有漏电或人体触电时，只要漏电或触电电流达到漏电动作电流值，零序电流互感器的二次绕组就输出一个信号，经过集成电路放大器放大后送给CUP，CPU 输出驱动信号使漏电脱扣器动作驱动断路器脱扣，从而切断电源起到漏电和触电保护作用。
2 断路器控制器的。
基于微控制器的智能脱扣器数据采集系统硬件设计
崔 芮 华 （ ９２ ） １６ 一 ， 女 ， 授 ， 要 从 事 教 主
电 器 Ｃ Ｄ、 Ａ 的 Ａ ＣＥ
控制方面 ， 在监测 电网的运行状态时 ， 高速 、 高精地 采集信号 是十分 重要 的。文章 对微
控 制 器 的 智 能 数 据 采 集 系 统 的 硬 件 电路 进 行 了设 计 ， 现 了 电网 信 号 的 采 集 、 踪 和 显 实 跟
通 信 等功能 ， 其性 能 大 大 优 于传 统 的 常规 断 路 器 产 品 。智能脱 扣器 要在 电 网发 生故 障 的情 况下快 速分 断 整体 电路 ， 又要对 电 网信 号 的采集要 准确 、
快速 、 无误 ， 样 ， 能 脱 扣 器 的 核心 —— 微控 制 这 智 单元 才能 准确 分析 采 集 到 的信 号 ， 确 判 断 电 网 正
基于单片机的低压智能断路器的设计
基于单片机的低压智能断路器的设计【摘要】本文对低压智能断路器系统的原理和硬件组成进行了分析和设计;通过对系统所要实现的保护功能进行分析，对系统用到的器件进行选择，并且设计系统总体方案，重点是单片机通过A/D转换器对现场的各种参量进行处理，实时显示各种运行参数并且实现对系统的多重保护功能。
【关键词】断路器;A/D;单片机1.引言在低压配电系统中，低压断路器是应用最为广泛保护装置之一，主要应用于要求实现保护且不频繁操作的场合。
它不仅能在正常工作情况下接通、分断负载电流，而且允许在故障或不正常的情况下自动切断电路，从而保护变压器、用电设备和供电线路;同时通过上下级线路的选择性配合，能够避免非故障区域的停电，减少不必要的损失。
鉴于此设计一款智能的低压断路器具有很大的现实意义[1]。
2.总体方案设计论文所设计的系统包括参量中央处理控制模块、信号采集模块、信号调理模块、人机交互模块、通信模块以及电源模块等。
图1为硬件系统结构框图：图1 整体结构框图本论文所设计的智能断路器控制单元所要实现的基本保护功能包括：三段电流保护（过载长延时保护、短路短延时保护及短路瞬时保护）和单相接地保护，用户可根据实际需要选用过电压保护、低电压保护。
3.电路设计3.1 单片机I/O口扩展图2 AT89C51RC2单片机接口扩展原理图AT89C51RC2单片机最小系统如图2所示，本论文所实际的智能控制系统是以AT89C51RC2片上系统为核心的单片机应用系统。
3.2 A/D转换模块由于AT89C51RC2单片机内部并没有集成ADC模块，因此必须外接ADC 芯片，这里我们选用了一种美国TI公司生产的TLC1543芯片。
TLC1543是一款11模拟输入通道，高性价比，采用CMOS工艺的10位开关电容逐次逼近原理实现的模数转换器。
该芯片内置3路自测方式，片内集成系统时钟，固有的采样和保持功能，具有转换速度快、误差小的特点[2]。
TLC1543芯片采用串行通信接口，与单片机接线简单，引线很少，能够很好节省单片机的I/O资源。
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课程设计报告
课程名称电器智能化原理及应用
课题名称基于单片机智能化脱扣器的设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师钟义长
2010年12 月20 日
课程设计任务书
课程名称电器智能化原理及应用
课题基于单片机智能化脱扣器的设计
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期2010 年12月6 日
任务完成日期2009 年12 月20 日一、设计内容与设计要求
1. 设计内容：
基于单片机智能化脱扣器的设计
2．设计要求：
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，说明书撰写等具体要求）
1. 合理脱扣电路的总体方案并画出方框图；
2. 实现以下功能：①四段保护功能，包括过载长延时、断路瞬时和短延时、单相接地的保护功能。
②电流表和电压表功能，能显示各相电流、电压值。
③参数整定和试验功能，可对脱扣器的各种参数(电流、时间等)进行整定;可对脱扣器的各种保护特性进行检查。
④远端监控和自诊断功能，当脱扣器发出分断断路器信号时，能通过触头或光藕输出，向远端发出报警信号;脱扣器也具有本机故障诊断功能，并进行报警。
⑤负载监控和热记忆功能，负载监控是当断路器运行电流达到设定限时，能发出预警信号。
⑥通信功能，脱扣器具有串行通信接口，能与远端计算机、PLC等进行连接，实现遥测、遥调、遥控、遥信功能。
3. 用16K纸和protel99绘制详细电路原理图，电路图应符合电气要求；
4. 设计并用16K纸绘制软件流程图，流程图要模块化并具有可读性（即根据流程图知道程序功能实现过程）；编制模块化源程序；
5. 按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000 字左右）；
6.设计说明书应详细说明设计思路、特点和电路工作原理，并通过计算表明所设计的系统满足测量精度和要求的功能。
7.写出心得体会。
二、进度安排
第 14 周星期一内容介绍与查找资料
星期二总体电路方案确定
星期三～星期五电路分析、设计
第 15 周星期- ～星期四电路设计、仿真及调试
星期五资料整理及答辩
附：
课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。
正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。
正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现（至少要有一个主要模块的流程图）；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）。
正文总字数要求在5000字以上（不含程序原代码）。
电气信息系课程设计评分表
课程电器智能化原理及应用
教师签名：
日期：
（注：1．此页附在课程设计报告之后；2．综合成绩按优、良、中、及格和不及格五级评定。
）。