家庭漏电报警装置的设计与实现
摘 要随着广大人民群众生活水平的逐步提高，对家用电器的需求也在不断增长，家用电器早已是人们平时生活不可缺少的东西。能家用电器产品本身存在着质量缺陷以及使用年限过长线路老化等原因造成人身伤害事故并不少见。这些事故中，漏电火灾占有很大比例，多数还是线路短路和老化漏电造成家庭火灾。本文介绍利用单片机制作家庭漏电报警装置，课题主要是对漏电报警系统的设计与实现。该漏电火灾报警系统主要用于低压配电系统中，具有包括漏电电流探测、报警功能在内的扩展多功能，集漏电、短路、过载、过压、欠压等功能于一体，通过检测线路中的漏电流，经过转换电路输入单片机，由单片机控制报警系统。本系统相对比较智能化还具有高可靠性特点。
Key words: Electrical leakage; alarm system;MCU; 目 录
第一章 绪论 1
1.1漏电报警研究的背景 1
1.2漏电报警研究的意义 1
1.3漏电报警研究内容 1
1.4漏电报警研究发展趋势 2
第二章 漏电报警的相关技术 4
2.1 漏电报警系统信号检测技术 4
2.1.1电流、电压及功率的测量 4
2.1.2线路频率的测量 4
2.2 单片机技术 4
第三章 漏电报警系统的设计需求 7
3.1 漏电报警系统的可行性分析 7
3.2 漏电报警系统的功能需求 8
3.3漏电报警系统的硬件需求 9
第四章 漏电报警装置的设计 11
4.1漏电报警的总体框图 11
4.2漏电报警系统的硬件设计 11
4.2.1电源电路设计 11
4.2.2信号转换及整流电路设计 12
4.2.3漏电检测电路设计 13
4.2.4单片机报警器电路设计 15
4.3漏电报警控制器软件设计 16
4.4程序设计 18
第五章 系统实现 20
5.1系统调试 20
5.1.1软件调试 20
5.1.2硬件调试 20
5.2 PCB结构设计 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
5.2.1 PCB设计平台 22
5.2.2元件布局及PCB整体结构工艺 22
5.2.3布线工艺与准则 22
5.2.4 PCB板制作流程与注意事项 23
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
绪论
1.1漏电报警研究的背景
从根源上来分析形成家庭电器中电气火灾的原因，主要有过载、短路、泄漏电流、接触电阻过大等原因，本文主要针对电气火灾研究并设计了一种利用单片机控制的家庭漏电火灾的报警系统，负责监控平时家庭中漏电故障，实现及时报警显示功能。目前，一般家庭中所安装的漏电火灾报警装置系统，在监控和报警电器漏电火灾起了关键性作用, 但由于了解这种新的报警系统的设计、工作技术人员相当缺少，平时作业中容易遇到的问题，并且在设计施工方面尚未形成规范化，难以使电气漏电火灾报警系统设备正常发挥。
随着现代电子通讯和网络技术以及计算机技术的快速发展，自动控制技术被广泛地应用在生活中的工业与民用建筑上。信息技术在网络技术中快速发展并迅速应用于生活，使漏电火灾报警系统的发展空间和设计思路获得极大的开发，使电器漏电发生火灾报警时间的及时性，报警可靠性获得很大的提高，将来很可能使漏电火灾报警系统实现网络化。同时有关部门对电器漏电火灾报警系统装置高度关注，为快速、智能、规范、全面的发展提供了保障。
1.2漏电报警研究的意义
课题主要对漏电报警装置的进行设计研究，并进行开发。该漏电火灾报警系统装置的设计主要用于家庭低压配电系统中，具有包括线路漏电电流探测、漏电报警功能在内的一系列功能，集漏电、短路、过压、过载、欠压等功能于一体，并可以实现监控终端电气故障，实现及时报警。
课题所研究的家庭漏电火灾报警系统将对家庭漏电火灾报警系统的广泛应用性水平的提高，提高产品的可靠性，可以极大使在家庭漏电火灾报警系统方面我国与国外同类产品的差距缩小，同时也可提高我国产品的市场竞争力。
单片机易于使用的单芯片控制，成本较低，精度相对较高，体积比较小的设计性能等特性和一个多功能检测报警电路为核心，单片机具有数据快速处理和及时控制电路的功能，完成检测漏电，光电报警器，与普通百姓的特征线消费经济又实惠级多功能报警器，能被广大家庭接受。
1.3漏电报警研究内容
漏电火灾报警系统，也被称为剩余电流报警系统，通过在泄漏电流检测线的大小来确定泄漏和火灾的可能性是否泄漏是一个三相电气线路电流瞬时值和矢量检测（他表示RMS）。零用于根据在一个序电流互感器节点的当前数量中的任一项KCL零瞬时流量传感器系统来检测零序电流互感器原理泄漏，即ΣI=0。在测量时，三相线中A、B、C和中性线N一定要穿过零序电流互感器，通过对检测三相电的零序电流Io，其中Io=IA+IB+IC。电气设备和在正常情况下的布线（假设零序电流保护不被视为其中没有接地故障，电流不平衡和不考虑正常运行的泄漏电流线路中用电设备），在理论情况下，每相电流矢量和零，零序电流互感器次级绕组不输出电压信号。当一个或绝缘劣化发生时，在电流矢量的各相和不等于零的接地故障，故障电流将环形变压器的零序电流中产生的磁通，能够感应到次级绕组电压和输出电压信号，产生在其中所测量的剩余电流。在考虑在根据实际电布线的电路的正常状态下的电流不平衡的漏电流和电气设备可具有一些残留的电流值的情况下达到报警时报警，只有当剩余电流检测值。
本设计是采用AT89S51单片机作为控制器。漏电报警系统包括以下几个部分：单片机电源电路，信号检测电路，信号转换电路，单片机处理电路，声光报警电路。家电泄漏检测与报警的设计作品：接入电源的家用电器，在睡眠状态光电报警系统后，如果家电的泄漏，则金属外壳和底线有电压，我们使用整流二极管家用电器和光电晶体管的信号采集，当有输入信号AT89S51，AT89S51立即处理的信号，从而进行光电报警以提醒用户在时间，以免发生意外。
1.4漏电报警研究发展趋势
（1）产品化
将漏电火灾报警设备制作生产成电气火灾监控探测器的独立性、通用性的产品，使其的使用范围不再局限于大型公共场所的监控探测器，而且能够在家庭中使用，必定其检测和维修过程也相对的简单易操作。以前在测试漏电火灾报警系统时只能在装配完成整个设备后才能进行，而现在的智能华的设备产品能够独立于电气火灾监控探测器的情况下进行测试，这可以使得整个装置的测试程序过程更加简化，测试时间也更加减少。
（2）智能化和可通信化
智能化就是系统采用了单片机技术，可以直接改变应用软件，不需要改变硬件的情况下实现其强大适用性和升级能力。可通信化通过是把检测电路，判断电路和通信电路加入其中，通过传输介质（比如：现场总线、串口线等）把监控单元中及时状态和及时工作参数与其它电气设备进行交流通讯，比较适应当前我国在电气设备产品的智能趋势。就现实情况而言，这所讲的可通信化主要体现在“四方面”包括遥信、遥测、遥控和遥调，这距离系统的网络化还有较大的差距，但比较符合我国现在的经济和科技水平。
Key words: Electrical leakage; alarm system;MCU; 目 录
第一章 绪论 1
1.1漏电报警研究的背景 1
1.2漏电报警研究的意义 1
1.3漏电报警研究内容 1
1.4漏电报警研究发展趋势 2
第二章 漏电报警的相关技术 4
2.1 漏电报警系统信号检测技术 4
2.1.1电流、电压及功率的测量 4
2.1.2线路频率的测量 4
2.2 单片机技术 4
第三章 漏电报警系统的设计需求 7
3.1 漏电报警系统的可行性分析 7
3.2 漏电报警系统的功能需求 8
3.3漏电报警系统的硬件需求 9
第四章 漏电报警装置的设计 11
4.1漏电报警的总体框图 11
4.2漏电报警系统的硬件设计 11
4.2.1电源电路设计 11
4.2.2信号转换及整流电路设计 12
4.2.3漏电检测电路设计 13
4.2.4单片机报警器电路设计 15
4.3漏电报警控制器软件设计 16
4.4程序设计 18
第五章 系统实现 20
5.1系统调试 20
5.1.1软件调试 20
5.1.2硬件调试 20
5.2 PCB结构设计 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
5.2.1 PCB设计平台 22
5.2.2元件布局及PCB整体结构工艺 22
5.2.3布线工艺与准则 22
5.2.4 PCB板制作流程与注意事项 23
结束语 25
致 谢 26
参考文献 27
绪论
1.1漏电报警研究的背景
从根源上来分析形成家庭电器中电气火灾的原因，主要有过载、短路、泄漏电流、接触电阻过大等原因，本文主要针对电气火灾研究并设计了一种利用单片机控制的家庭漏电火灾的报警系统，负责监控平时家庭中漏电故障，实现及时报警显示功能。目前，一般家庭中所安装的漏电火灾报警装置系统，在监控和报警电器漏电火灾起了关键性作用, 但由于了解这种新的报警系统的设计、工作技术人员相当缺少，平时作业中容易遇到的问题，并且在设计施工方面尚未形成规范化，难以使电气漏电火灾报警系统设备正常发挥。
随着现代电子通讯和网络技术以及计算机技术的快速发展，自动控制技术被广泛地应用在生活中的工业与民用建筑上。信息技术在网络技术中快速发展并迅速应用于生活，使漏电火灾报警系统的发展空间和设计思路获得极大的开发，使电器漏电发生火灾报警时间的及时性，报警可靠性获得很大的提高，将来很可能使漏电火灾报警系统实现网络化。同时有关部门对电器漏电火灾报警系统装置高度关注，为快速、智能、规范、全面的发展提供了保障。
1.2漏电报警研究的意义
课题主要对漏电报警装置的进行设计研究，并进行开发。该漏电火灾报警系统装置的设计主要用于家庭低压配电系统中，具有包括线路漏电电流探测、漏电报警功能在内的一系列功能，集漏电、短路、过压、过载、欠压等功能于一体，并可以实现监控终端电气故障，实现及时报警。
课题所研究的家庭漏电火灾报警系统将对家庭漏电火灾报警系统的广泛应用性水平的提高，提高产品的可靠性，可以极大使在家庭漏电火灾报警系统方面我国与国外同类产品的差距缩小，同时也可提高我国产品的市场竞争力。
单片机易于使用的单芯片控制，成本较低，精度相对较高，体积比较小的设计性能等特性和一个多功能检测报警电路为核心，单片机具有数据快速处理和及时控制电路的功能，完成检测漏电，光电报警器，与普通百姓的特征线消费经济又实惠级多功能报警器，能被广大家庭接受。
1.3漏电报警研究内容
漏电火灾报警系统，也被称为剩余电流报警系统，通过在泄漏电流检测线的大小来确定泄漏和火灾的可能性是否泄漏是一个三相电气线路电流瞬时值和矢量检测（他表示RMS）。零用于根据在一个序电流互感器节点的当前数量中的任一项KCL零瞬时流量传感器系统来检测零序电流互感器原理泄漏，即ΣI=0。在测量时，三相线中A、B、C和中性线N一定要穿过零序电流互感器，通过对检测三相电的零序电流Io，其中Io=IA+IB+IC。电气设备和在正常情况下的布线（假设零序电流保护不被视为其中没有接地故障，电流不平衡和不考虑正常运行的泄漏电流线路中用电设备），在理论情况下，每相电流矢量和零，零序电流互感器次级绕组不输出电压信号。当一个或绝缘劣化发生时，在电流矢量的各相和不等于零的接地故障，故障电流将环形变压器的零序电流中产生的磁通，能够感应到次级绕组电压和输出电压信号，产生在其中所测量的剩余电流。在考虑在根据实际电布线的电路的正常状态下的电流不平衡的漏电流和电气设备可具有一些残留的电流值的情况下达到报警时报警，只有当剩余电流检测值。
本设计是采用AT89S51单片机作为控制器。漏电报警系统包括以下几个部分：单片机电源电路，信号检测电路，信号转换电路，单片机处理电路，声光报警电路。家电泄漏检测与报警的设计作品：接入电源的家用电器，在睡眠状态光电报警系统后，如果家电的泄漏，则金属外壳和底线有电压，我们使用整流二极管家用电器和光电晶体管的信号采集，当有输入信号AT89S51，AT89S51立即处理的信号，从而进行光电报警以提醒用户在时间，以免发生意外。
1.4漏电报警研究发展趋势
（1）产品化
将漏电火灾报警设备制作生产成电气火灾监控探测器的独立性、通用性的产品，使其的使用范围不再局限于大型公共场所的监控探测器，而且能够在家庭中使用，必定其检测和维修过程也相对的简单易操作。以前在测试漏电火灾报警系统时只能在装配完成整个设备后才能进行，而现在的智能华的设备产品能够独立于电气火灾监控探测器的情况下进行测试，这可以使得整个装置的测试程序过程更加简化，测试时间也更加减少。
（2）智能化和可通信化
智能化就是系统采用了单片机技术，可以直接改变应用软件，不需要改变硬件的情况下实现其强大适用性和升级能力。可通信化通过是把检测电路，判断电路和通信电路加入其中，通过传输介质（比如：现场总线、串口线等）把监控单元中及时状态和及时工作参数与其它电气设备进行交流通讯，比较适应当前我国在电气设备产品的智能趋势。就现实情况而言，这所讲的可通信化主要体现在“四方面”包括遥信、遥测、遥控和遥调，这距离系统的网络化还有较大的差距，但比较符合我国现在的经济和科技水平。
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