智能限電和防火控制器設(shè)計(jì)方案

在學(xué)校學(xué)生宿舍用電管理一直是一個(gè)難題，特別是磚木結(jié)構(gòu)的學(xué)生宿舍，各種違章大功率電器的使用屢禁不絕。由于違章電器的使用引起火災(zāi)的事故時(shí)有發(fā)生，給國家的財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失，同時(shí)也對學(xué)生的生命構(gòu)成了一定的威脅，本文所研究的智能限電和防火控制器能很好保障學(xué)生宿舍的用電安全，維護(hù)學(xué)校的安全穩(wěn)定工作。

1 智能限電和防火控制器的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

智能限電和防火控制器以瑞薩單片機(jī)（M3062P）為控制核心，外圍電路有電源電路、按鍵電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、128×64液晶顯示電路、電流采樣、電壓采樣、漏電采樣、E2PROM電路、光耦輸入、通信RS485接口。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 智能限電和防火控制器硬件結(jié)構(gòu)圖

電流采樣電路用于檢測電路電流的大小，用于過載、短路等保護(hù)等；電壓采樣電路用于檢測電路電壓的高低和頻率測量；光耦電路將傳感器接口和控制電路接口隔離；漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電；通信電路可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程24小時(shí)在線監(jiān)控；E2PROM電路可實(shí)現(xiàn)參數(shù)和故障信息的掉電保存；電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供電源。

1.1.2 電源電路

由于系統(tǒng)的控制核心和外圍電路的工作電壓為5V，繼電器線圈電壓為5V，同時(shí)考慮成本和抗干擾性能，因此采用三端穩(wěn)壓器78L05為系統(tǒng)供電。T1為5W的工頻變壓器。

圖2　電源電路圖

1.1.3 電壓和電流采樣電路

電流采樣用穿線式電流互感器，電壓采樣用經(jīng)過互感器后用電阻采樣，再通過放大電路給單片機(jī)采樣計(jì)算有效值，再計(jì)算功率和功率因數(shù)，根據(jù)有功功率可檢測是否有純阻性負(fù)載接入，實(shí)現(xiàn)智能限電功能。漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電，如果單片機(jī)（M3062P）檢測到線路有漏電，當(dāng)漏電電流達(dá)到設(shè)定值，單片機(jī)發(fā)出動(dòng)作信號驅(qū)動(dòng)繼電器全負(fù)載斷開，從而避免由漏電導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。Ia1、Ib1和Ic1是穿線式電流互感器。電壓采樣和電流采樣電路如圖3所示。

圖3 電壓采樣和電流采樣電路圖

1.1.4 LCD顯示電路

LCD顯示采用128×64點(diǎn)陣式液晶，其具有體積小、質(zhì)量輕、超薄和可編程驅(qū)動(dòng)等其他顯示無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以顯示數(shù)字、字符，還可以顯示漢字，可實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、反轉(zhuǎn)顯示、顯示閃爍多種功能。設(shè)計(jì)采用中文圖形顯示界面，使人機(jī)界面更為友善。