漏電檢測儀表設計方案

　　漏電檢測原理
　　
　　對電力系統回路進行漏電檢測的方法有很多，如絕緣監測裝置，低頻探測法，變頻探測法，霍爾磁式平衡等。本設計采用了霍爾磁式平衡原理，為克服傳感器的剩磁所帶來的對系統檢測到的漏電大小的影響，采取了將零點設計為可以通過按鍵調整的系統。
　　
　　霍爾磁式平衡檢測的基本原理如圖1所示。觀察直流系統任一支路,從電源正端流出的電流IL+,流經支路全部負載后,返回電源負端的支路電流為IL-,當該支路沒有接地電流時,IL+=IL-,穿過傳感器的電流大小相等,傳感器無輸出。而當發生觸電或漏電事故時,假設接在正極母線上的支路經電阻R接地,接地電流為IR,則IL+=IL-+IR,流經傳感器的電流大小不等,傳感器輸出一個反應該差值IR大小和方向的信號。據此可以判斷出接地電阻的大小和接地支路的極性。　　霍爾磁平衡檢測方法具有以下優點
　　
　　·無須向直流系統注入低頻交流信號,與被測系統沒有任何電氣;
　　
　　·由于傳感器檢測的是直流接地信號（IR）,因此與系統分布電容無關;
　　
　　·接地判據為電流,與系統母線電壓無關;
　　
　　·能檢測同一支路正、負極絕緣同等下降或成比例下降的故障;
　　
　　·檢測靈敏度高,能檢測到的接地電阻范圍寬,可在線巡回檢測。
　　
　　當然這種方法也存在不足之處,：采用磁平衡原理做成的有源傳感器,當一次測有電流變化或有電流沖擊時,易發生剩磁變化,尤其是傳感無源時,受電流沖擊后,剩磁變化更大。這種剩磁變化會嚴重造成電流、電壓放大器及A/D轉換器的直流偏移,導致使用以上方法做成的選線裝置零點不斷漂移,需及時調節裝置的零點及傳感器特性,才能保證選線裝置的精度及穩定性,不僅給現場帶來極大的麻煩和不便,而且造成選線裝置的不準。
　　
　　為了解決傳感器的剩磁的問題，我們特地設置了一個零點調整功能，這樣通過校準之后，就可以消除剩磁所帶來的影響。
　　
　　霍爾磁式平衡檢測法對信號處理的要求不高,因為從霍爾傳感器得到的是直流信號,信號經放大和簡單的硬件濾波后,進行A/D轉換,只需對數據進行簡單的數字處理即可滿足系統的要求。
　　
　　系統設計
　　
　　利用NEC單片機實現霍爾磁平衡原理的漏電檢測的系統設計框圖如圖2所示。傳感器能夠在電路回路中，將流進和流出的電流轉換為直流的電壓輸出，這樣的信號再經過放大和預處理后，就可以送到NEC單片機上進行A/D轉換，模擬信號轉變為數字信號。在NEC單片機中，對采集到的信號數據進行分析處理，得到漏電電流的大小，并將數據輸出到數碼管顯示，從而根據該數據判斷是否需要對電路采取某種控制處理，如關斷電路，發出報警信號等。　　UPD78F9234單片機是NEC公司生產的8位ALL-FLASH系列微處理器，該單片機具有*的性能：集成了一個4通道的10bitA/D轉換器;內置高精度的環形振蕩器;低功耗，寬電壓范圍，超高抗干擾;支持在線編程（ISP。
　　
　　漏電信號采集模塊
　　
　　漏電信號的采集是通過霍爾傳感器實現的，從霍爾傳感器得到的是直流信號，信號經過放大和濾波，即可送到單片機，進行A/D轉換處理。
　　
　　參數存儲模塊
　　
　　在系統投入工作前要進行參數設置，如產品序列、零點調整、比例系數、代碼修改密碼等參數，系統將這些參數寫入到EEPROM中。為了減少讀寫EEPROM的次數，在系統開機時將數據從EEPROM中讀出，保存在單片機的RAM中。
　　
　　本系統采用的是具有I2C接口的2kbits容量的EEPROMAT24C02。I2C總線極大地方便了系統的設計，無須設計總線接口，且有助于縮小系統的PCB面積和復雜度。參數存儲單元電路如圖3所示。　　在圖3中所示的電路中，AT24C02的地址為000，電阻R201和R202起拉高的作用，SCL與SDA為接入單片機I/O的連接線，用于I2C總線時鐘和數據的傳輸操作。
　　
　　人機接口模塊
　　
　　人機接口部分采用簡潔的4鍵輸入控制和五位七段數碼管顯示。可以進行參數設定和實時顯示漏電數據，以實現較好的人機交互。本設計采用在軟件上對輸入進行消抖處理方案，并對按鍵狀態進行連續的判斷處理，直到按鍵松開為止，然后才執行相應的處理程序。漏電數據顯示采用五位七段數碼管動態顯示方式，使用74HC595鎖存動態顯示數據。本設計巧妙地將按鍵輸入與動態顯示數位選擇端口共用，減少了單片機端口的應用，從而達到系統優化及降低產品成本的目的。
　　
　　軟件設計
　　
　　漏電檢測電路的軟件設計流程圖如圖4所示：系統啟動后，立即執行系統初始化程序，從EEPROM中讀取設定的參數，接著將這些數據逐個顯示出來，可供操作人員核對。然后開始調用A/D采樣子程序，獲取10位精度的漏電信號數據，經過處理可以得到zui終的漏電大小，再將數據輸出到數碼管顯示。　　由于有時使用人員要對參數進行檢驗和修改，在上述流程中，我們插入了按鍵掃描模塊，通過按鍵可以進入到參數檢驗和修改設置狀態。
　　
　　結語
　　
　　隨著單片機技術的發展，單片機在電氣裝置領域也得到廣泛應用，使各種電氣設備朝著數字化、智能化的方向發展。基于NEC單片機UPD78F9234芯片設計的漏電監測儀，結構簡單，軟硬件協調，功能全面。