低压断路器短路预检装置的设计
在日常的断路器使用与维护中，合闸前往往需要判断负载侧是否存在过载及短路情况，普通的人工检测方法费时费力，还带有一定的危险性。对于此种情况，人们期望有一种安全可靠，操作方便的装置来完成这一任务。本设计通过设计一个检测装置来检测断路器合闸前负载侧的带载状态，判断其负载侧是否存在相间短路、相地短路或超功率带载的情况。能够准确的检测出断路器负载侧在断电时的负载，自动判断是否符合合闸送电条件。设计分为上位机与检测端。通信方式采用红外光电调制信号传输，供电方式采用无线供电方式，保证了上下位机之间的隔离安全性。检测端的检测内容分为相间检测和相与地间的短路检测和负载大小检测。检测电路通过多个高位驱动器驱动MOS管构成检测网络，工作时通过控制检测网络的各个MOS管的状态依次检测各相间或各相与地之间的电阻值以判断当时的带载情况。检测完以后检测端的单片机通过红外通信将检测结果发回上位单片机，上位机根据接收到的信息内容发出正常或报警信号。
目 录
1、绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的主要任务 1
1.2.1 课题设计目标 1
1.2.2 课题设计方案与研究内容 2
1.3 论文章节安排 2
2、系统基本原理概述及开发环境的建立 4
2.1 PhotoMOS概述 4
2.1.1 PhotoMOS的构成 4
2.1.2 PhotoMOS的动作原理 4
2.1.3 PhotoMOS的特点 4
2.2 单片机概述 5
2.3 开发环境的概述 5
2.4 编程语言概述 6
3、系统硬件电路设计 7
3.1 系统总体设计框图 7
3.2 控制核心的设计 7
3.3 负载侧检测电路的设计 8
3.4 信号处理及AD采样电路的设计 11
3.5 红外通信电路设计 12
3.5.1红外发射电路设计 12
3.5.2红外接收电路设计 13
3.6 显示电路设计 14
3.7 无线供电电路设计 15
4、系统软件设计 16
/> 4.1系统软件的总体设计及流程图 16
4.2 检测电路的软件设计 16
4.3 信号处理及A/D采集电路软件设计 17
4.4 红外信号发送软件设计 19
4.4.1 红外信号的编码与调制 19
4.4.2 信号发送程序设计 20
4.5 红外信号接收软件设计 22
4.5.1 信号的解调与解码 22
4.5.2 信号接收程序设计 23
4.6 液晶显示的程序设计 24
5、系统的调试 26
5.1 系统测试工具 26
5.2 检测电路及信号处理电路的调试 26
5.3 红外通信电路调试 27
5.3.1 红外发射模块调试 27
5.3.2 红外接收模块的调试 27
5.3.3 红外发射、接收模块的联合调试 27
5.4 AD采集电路调试 27
5.5 系统的综合调试 27
6、总结与展望 31
6.1 研究工作的总结 31
6.2 有待解决的问题及今后工作展望 31
参考文献 33
附录 34
附录一 总体硬件电路图 34
附录二 部分系统程序 35
致谢 37
1、绪论
1.1 课题研究的背景
世界上最早的断路器诞生于1885年，是一种刀开关和过电流脱扣器的组合。1905年，具有自由脱扣装置的空气断路器诞生。自1930年以来，随着科技的进步，电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明，逐渐形成了机构。二十世纪50年代末，由于电子元件的兴起，又发展出了电子脱扣器，到了今天，由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世。
智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立检测控制系统。其主要特点是由电力电子技术、数字化控制装置组成检测执行单元，以替代常规的辅助开关和辅助检测装置。运行时传感器与数字化控制装置相配合，独立采集及检测设备状态，预告设备的缺陷和故障，在故障发生前发出报警信号，以便控制人员采取措施避免事故的发生。智能断路器的问世不仅仅提高了工作效率，方便了用户的使用，更为重要的是其以综合性的检测系统保证了用户的安全。
低压断路器短路预检装置的概念正是在这样一个趋势下应运而生的，这个装置区别于其他装置的最显著的特点是：工作在断路器的检修调试或合闸前的状态，而其他设备均在断路器合闸时或合闸后工作运行时使用。这一装置的研究方便了平时工作人员对断路器的检修与调试工作，保证了工作人员的生命安全。
1.2 课题研究的主要任务
1.2.1 课题设计目标
本设计要实现的是对断路器合闸前的负载情况检测，通过检测网络和AD转换芯片获取相间及相地间的带负载情况并将各个负载数据从模拟量转换到数字量，经由红外通信方式将转换后的数据发送到上位单片机并在LCD上显示相应的检测类型与数值大小。设计基于ADC0832来获得负载的数字量，在单片机上通过相应的通信协议来实现相应的模数转换，使得各个检测项的带负载情况可以直观可控的显示。下位检测端采用了无线供电方式，从各方面保证了操作人员及设备的安全性。
整个系统以STC89C52单片机为核心控制器，系统由单片机最小系统、电源发射电路、电源接收电路、检测控制网络、模数转换电路、信号发射电路、信号接收电路、液晶显示电路构成。系统设计目标：断路器合闸前的负载情况检测，在数据处理完成后将数据传送到完全电气隔离的上位单片机端显示给操作人员参考判断。
1.2.2 课题设计方案与研究内容
1.课题总体设计方案
课题主要研究各相间负载检测问题。三相三线制或三相四线制的供电电路中测量各相间的电阻值存在着线路切换接入测量端的问题。切换电路要求使用耐压等级高，响应速度快，使用寿命长的器件，由此要求我们摒弃了传统的机械继电器或电力接触器，采用了电力电子中常用的MOS管并配合高位光耦驱动器使用，将被测线路依次接入测量电路中检测电阻值并由ADC0832模数转换芯片转换成数字量送给单片机。出于安全性的考虑，上位机与检测端采用完全隔离的设计思路。信号传输采用红外光电调制通信方式，检测端供电采用无线供电方式。这样的设计使得人员操作的安全性得到了巨大的提升。上位机再配合LCD12864液晶显示，又极大的方便了操作人员的观察。
2.课题研究的内容
课题设计研究的主要内容有：
（1）实现负载侧各系统电路模块的供电。装在断路器上的负载侧是完全与上位机隔离的，无法使用通常的导线供电方法来给电路供电，所以需采用一种无导线供电的方法给负载侧电路供电。
（2）实现负载侧三相三线制或三相四线制的线路切换接入。负载侧单片机通过控制光耦继电器的开合对负载电路进行相线切换组合测量，经由信号处理电路将电阻值转化为电压值送给模数转换芯片进行信号转换后送至单片机。
（3）实现负载侧与电源侧的无线数据发射。负载侧单片机对发送信号编码调制并由红外发射管发射。红外发送采用单片机将待发送的二进制数据编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管以红外信号发出。
目 录
1、绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的主要任务 1
1.2.1 课题设计目标 1
1.2.2 课题设计方案与研究内容 2
1.3 论文章节安排 2
2、系统基本原理概述及开发环境的建立 4
2.1 PhotoMOS概述 4
2.1.1 PhotoMOS的构成 4
2.1.2 PhotoMOS的动作原理 4
2.1.3 PhotoMOS的特点 4
2.2 单片机概述 5
2.3 开发环境的概述 5
2.4 编程语言概述 6
3、系统硬件电路设计 7
3.1 系统总体设计框图 7
3.2 控制核心的设计 7
3.3 负载侧检测电路的设计 8
3.4 信号处理及AD采样电路的设计 11
3.5 红外通信电路设计 12
3.5.1红外发射电路设计 12
3.5.2红外接收电路设计 13
3.6 显示电路设计 14
3.7 无线供电电路设计 15
4、系统软件设计 16
/> 4.1系统软件的总体设计及流程图 16
4.2 检测电路的软件设计 16
4.3 信号处理及A/D采集电路软件设计 17
4.4 红外信号发送软件设计 19
4.4.1 红外信号的编码与调制 19
4.4.2 信号发送程序设计 20
4.5 红外信号接收软件设计 22
4.5.1 信号的解调与解码 22
4.5.2 信号接收程序设计 23
4.6 液晶显示的程序设计 24
5、系统的调试 26
5.1 系统测试工具 26
5.2 检测电路及信号处理电路的调试 26
5.3 红外通信电路调试 27
5.3.1 红外发射模块调试 27
5.3.2 红外接收模块的调试 27
5.3.3 红外发射、接收模块的联合调试 27
5.4 AD采集电路调试 27
5.5 系统的综合调试 27
6、总结与展望 31
6.1 研究工作的总结 31
6.2 有待解决的问题及今后工作展望 31
参考文献 33
附录 34
附录一 总体硬件电路图 34
附录二 部分系统程序 35
致谢 37
1、绪论
1.1 课题研究的背景
世界上最早的断路器诞生于1885年，是一种刀开关和过电流脱扣器的组合。1905年，具有自由脱扣装置的空气断路器诞生。自1930年以来，随着科技的进步，电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明，逐渐形成了机构。二十世纪50年代末，由于电子元件的兴起，又发展出了电子脱扣器，到了今天，由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世。
智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立检测控制系统。其主要特点是由电力电子技术、数字化控制装置组成检测执行单元，以替代常规的辅助开关和辅助检测装置。运行时传感器与数字化控制装置相配合，独立采集及检测设备状态，预告设备的缺陷和故障，在故障发生前发出报警信号，以便控制人员采取措施避免事故的发生。智能断路器的问世不仅仅提高了工作效率，方便了用户的使用，更为重要的是其以综合性的检测系统保证了用户的安全。
低压断路器短路预检装置的概念正是在这样一个趋势下应运而生的，这个装置区别于其他装置的最显著的特点是：工作在断路器的检修调试或合闸前的状态，而其他设备均在断路器合闸时或合闸后工作运行时使用。这一装置的研究方便了平时工作人员对断路器的检修与调试工作，保证了工作人员的生命安全。
1.2 课题研究的主要任务
1.2.1 课题设计目标
本设计要实现的是对断路器合闸前的负载情况检测，通过检测网络和AD转换芯片获取相间及相地间的带负载情况并将各个负载数据从模拟量转换到数字量，经由红外通信方式将转换后的数据发送到上位单片机并在LCD上显示相应的检测类型与数值大小。设计基于ADC0832来获得负载的数字量，在单片机上通过相应的通信协议来实现相应的模数转换，使得各个检测项的带负载情况可以直观可控的显示。下位检测端采用了无线供电方式，从各方面保证了操作人员及设备的安全性。
整个系统以STC89C52单片机为核心控制器，系统由单片机最小系统、电源发射电路、电源接收电路、检测控制网络、模数转换电路、信号发射电路、信号接收电路、液晶显示电路构成。系统设计目标：断路器合闸前的负载情况检测，在数据处理完成后将数据传送到完全电气隔离的上位单片机端显示给操作人员参考判断。
1.2.2 课题设计方案与研究内容
1.课题总体设计方案
课题主要研究各相间负载检测问题。三相三线制或三相四线制的供电电路中测量各相间的电阻值存在着线路切换接入测量端的问题。切换电路要求使用耐压等级高，响应速度快，使用寿命长的器件，由此要求我们摒弃了传统的机械继电器或电力接触器，采用了电力电子中常用的MOS管并配合高位光耦驱动器使用，将被测线路依次接入测量电路中检测电阻值并由ADC0832模数转换芯片转换成数字量送给单片机。出于安全性的考虑，上位机与检测端采用完全隔离的设计思路。信号传输采用红外光电调制通信方式，检测端供电采用无线供电方式。这样的设计使得人员操作的安全性得到了巨大的提升。上位机再配合LCD12864液晶显示，又极大的方便了操作人员的观察。
2.课题研究的内容
课题设计研究的主要内容有：
（1）实现负载侧各系统电路模块的供电。装在断路器上的负载侧是完全与上位机隔离的，无法使用通常的导线供电方法来给电路供电，所以需采用一种无导线供电的方法给负载侧电路供电。
（2）实现负载侧三相三线制或三相四线制的线路切换接入。负载侧单片机通过控制光耦继电器的开合对负载电路进行相线切换组合测量，经由信号处理电路将电阻值转化为电压值送给模数转换芯片进行信号转换后送至单片机。
（3）实现负载侧与电源侧的无线数据发射。负载侧单片机对发送信号编码调制并由红外发射管发射。红外发送采用单片机将待发送的二进制数据编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管以红外信号发出。
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