【基于單片機的智能漏電保護器設(shè)計（論文）8200字】

基于單片機的智能漏電保護器設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u286451緒論 當(dāng)電路中的FFT運算出數(shù)據(jù)，中斷部分開始進行工作，串口GPIO時鐘打開、串口外設(shè)時鐘打開;UART（異步收發(fā)傳輸器）對發(fā)送引腳TX和接收引腳RX進行配置，在足夠高的系統(tǒng)時鐘速率下，UART產(chǎn)生波特率；然后電路開始配置數(shù)據(jù)字長、配置停止位、配置檢驗位、配置硬件流控制、配置工作模式；最終完成串口初始化的配置。然后開始配置串口中斷優(yōu)先級；到使能串口接收中斷；使能空閑位中斷使能；使能串口；數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受。軟件開始要檢測電路中的漏電電流，所以我們需要進行交流采樣軟件設(shè)計，下圖是我們這部分的流程圖：我們在圖里面畫的s表示為我們的采樣指針設(shè)定，采樣過程中各個位置的時間要保持一致，N的意思是我們電路在運行過程中要進行N此中斷，這個中斷可以是好幾倍的N，也可以是縮小好幾倍的N，不管是來自哪里的中斷，我們的設(shè)定目標(biāo)都是一致的。這里對電路的漏電電流動作判斷和動作用以下程序框圖展示：我們采樣收集到的電流值大于我們在軟件里設(shè)定的值的時候，電路就按照Y的路線走，然后我們設(shè)計。的軟件就會識別出有故障發(fā)生，然后我們的“執(zhí)法器件”繼電器把我們電路斷開，若小于我們在一開始設(shè)定的值的時候，電路就按照N的路線走，我們的設(shè)計在電路充當(dāng)路人角色。電路照常運行。5硬件設(shè)計5.1硬件電路設(shè)計硬件電路主要采用電流互感器和STM32單片機、液晶顯示屏、電源、繼電器。還用到一些電解電容、雙色led燈、晶振、、開關(guān)多個電阻組成。5.1.1零序電流互感器的選擇根據(jù)在圖書館四樓查閱額的資料，我了解到，零序電流互感器在本次設(shè)計的電路中作用是將電路中的電流讓它們零序變換。在回路中產(chǎn)生零序接地電流時可以與繼電保護裝置或則信號配合使用，可以讓我們設(shè)計的裝置元件動作，從而使我們設(shè)計的電路被保護跟被監(jiān)控。根據(jù)在圖書館查閱的資料，我們了解到零序互感器的優(yōu)點：對電流很敏感、在電路中動作時間短。非常適合我們這次設(shè)計的硬件電路的需求。在本次設(shè)計中，電路中的零序電流是電路的的原始信號，當(dāng)我們設(shè)計的電路發(fā)生觸電或漏電故障時，回路中會出現(xiàn)漏電電流，本次設(shè)計的電路中流過互感器的三相電流全部加起來不等零，即三個向量的電流和為零序電流。本次設(shè)計我選擇了TA1016型電流互感器，根據(jù)在圖書館四樓查閱的資料，我們知道一般的零序電流互感器在電流小于2A時它的誤差比較大，不符合本次設(shè)計中檢測設(shè)備的要求，而根據(jù)查閱的資料顯示，TA1016型電流互感器的特點：1.安裝方便、外形美觀。2.體積小、精確度高；封閉性好；內(nèi)部機械和適應(yīng)環(huán)境性強，對電壓的隔離能力強，安全可靠。3.對電路的保護靈敏度高、觸發(fā)動作時間短.因此我選擇了TA1016型零序電流互感器，如圖5.1.1所示圖5.1.15.1.2單片機介紹和選擇根據(jù)所學(xué)習(xí)到的知識，了解到了有一款芯片，被叫做單片機。這種單片機的種類有很多，而且它所具有的功能也有很多，有些人認為單片機功能其實就是一點點而已，其實這個是錯誤的。單片機的功能有很多種，可以根據(jù)想要的要求不同，做出不同的單片機。而且現(xiàn)在單片機越來越被人們使用，原因是因為這個芯片占地面積小，可以避免不必要的浪費，還有價格也是比較低廉的，很適合經(jīng)濟能力不是很充裕的人們使用，這個單片機也是一款集成式的電路芯片。單片機內(nèi)部的組成其實不多，也不是那么復(fù)雜，作為一個芯片，主要就是有一個CPU，還有著可以存儲數(shù)據(jù)RAM等，除了這個，還有著一個可以被讀到的存儲器，這個存儲器叫做ROM。而本設(shè)計所使用的就是單片機，好用而且價格低廉。我們知道單片機在市場上賣的最好的是stc家的單片機，51的，還有stm32家的單片機。這里講講stm32f103單片機，它帶有著現(xiàn)在市場上算是比較好的arm處理器，這樣的好處是可以為我們節(jié)省成本，因為我們作為學(xué)生，做要考慮自身所需要的材料成本，不能超過我們的預(yù)算，這樣的單片機在編程上，他的代碼處理效率是非常高的，非常適合我們設(shè)計的需要，還有就是它可以和我們變成用的軟件兼容，這也是非常關(guān)鍵的，畢竟我們是要對它進行軟件設(shè)置，然后才能完成我們想要的功能。我們在舉一些這個器件的其他功能，比如它的中斷控制器：可以處理低延遲的中斷響應(yīng)，還可以處理較高優(yōu)先級的中斷，它的時鐘是在電路啟動的時候同事一起啟動的，它的供電是一點幾伏到三點幾v的，器件電源的管腳提供內(nèi)部輸入輸出口里的調(diào)壓器的電源供電。因為如果使用這個單片機的話是需要下載代碼的，它要有vssa和vssd，這兩個是用來下載代碼的，vssa、vssd＝一點幾v到三點幾v的，這部分還可以為其他部分中的小模塊提供電源。接下來介紹一下STM單片機是怎么給它取名字的，比如：STM32-F-數(shù)字1-字母1-數(shù)字2-字母2-數(shù)字3-字母3-xxx?，F(xiàn)在來給大家解釋一下上面每一個數(shù)字跟字母的意思，因為我們可以根據(jù)它們的名字來初步了解他們是什么類型和基本信息，我們按照從左到右的順序來給大家介紹首先是第一個字母F它的意思是，這個器件它在我們市場上跟生活中代表著通用的，就是跟很多器件搭配使用不沖突，緊接著字母f的數(shù)字1，他就像是我們出生時，我們在家中的輩分，也就是他是什么系列的，比如是基本的還是經(jīng)過加強過的。緊接著的字母1它代表的是我們這個器件可以接多少個口，也就是我們所說的引腳，如果他在這里寫的是大寫的英文字母t的話，那么t代表的是數(shù)字三和六的組合也就是36個引腳；如果標(biāo)的是維生素c的c的話，那么c代表的是數(shù)字2跟4的組合也就是24個引腳；如果標(biāo)的是電阻R的符號的話，那么R就代表六跟四的組合也就是六十四引腳；標(biāo)的是VCD的V的時候，那么V代表的是一跟兩個零的組合也就是一百個引腳，如果標(biāo)的是大寫的z的話，它代表的是一和四十四的組合也就是一百四十四個引腳，數(shù)字2代表的是它可以被我們經(jīng)常編寫或擦掉的存儲器，就是我們經(jīng)常說的閃電的閃，存儲的存，閃存。接下來到字母2，它代表的是單片機的封裝，如果這里十大寫字母的H，那么它代表的是BGA封裝，它是球柵陣列類型的封裝，他非常的厲害，他可以讓我們原來容量很小的內(nèi)存，在不改變器件的體積，讓我們的容量可以提高，是非常厲害的了。如果這里代表的是大寫的T，那么他絕不是我們籃球規(guī)則里面違反規(guī)則判罰的T，它代表的是一種封裝類型lqfp，他可以使我們封裝cpu很省時省力，因為這種四方扁平的技術(shù)，可以使cpu跟引腳靠的很近，讓引腳很細，從而使外觀非常的小，非常的好。如果這里代表的是大寫字母u，那么它代表的是，VFQFPN封裝，它的封裝方法他非常適合各種信號處理的器件。接下是數(shù)字三，它代表的是這個器件它能放在我們生活環(huán)境里多少溫度下，如果數(shù)字是六的話，就代表這個器件可以在零下41度到八十五度之間的環(huán)境溫度下進行工作，如果是數(shù)字7的話，他比數(shù)字六類型更能耐高溫，甚至達到了一百零五度。非常適合一些高溫環(huán)境的工廠還有我們家用的熱水器。字母三代表的是它的內(nèi)部代碼，這個對于我們就可以不用管了，因為這個是商家德爾商業(yè)機密，而且對于我們的本次實驗沒什么作用，就不詳細說了。后面的三個xxx代表的是代號，也是與本次設(shè)計沒多大聯(lián)系的，也不一一多說了。所以我們選擇STM32-64pin單片機。STM32-64pin單片機I/O引腳分配：選擇單片機控制芯片時要考慮到各方面的因素，這些方面包括所需的I/O引腳的數(shù)目，所需的外圍設(shè)備，控制器速度，芯片的實際尺寸。根據(jù)所選課題的實際，列出以下需求計算所需I/O引腳最少數(shù)目：（1）漏電檢測電路：1個漏電電流采集的輸入端口（2）漏電動作電流電路通過開關(guān)輸入量控制額定突變動作電流值、額定作延時時間。引腳號名稱引腳類型引腳功能3PLC14-OSC32_INI晶振32768輸入端4PLC15-OSC32_OUTO晶振32768輸出端5PDOOSC_INI晶振8M輸入端6PDOOSC_OUTO晶振8M輸出端12VSSP接地端13VDDP正電源端 本次設(shè)計中我們選的是STM32-64pin單片機，它的引腳見圖5.1.2圖5.1.25.2顯示模塊選擇漏電參數(shù)采用TFTLCDSPI顯示屏；本設(shè)計中選用的液晶顯示屏的主要作用是顯示數(shù)據(jù)，以及設(shè)置按鍵引腳1接GND，引腳2接電壓源，引腳號引腳功能1接地2接3.3v電源5.3電源設(shè)計本次設(shè)計我選擇使用名字為Lm1117的電源轉(zhuǎn)換芯片，我需要它在我的設(shè)計里面將5v轉(zhuǎn)換為3.3v，LM1117是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器。其電壓差在1.2V輸出，負載電流為800mA時為1.2V。5.4控制執(zhí)行部分設(shè)計我們這個設(shè)計的器件的他的“本事”是當(dāng)我們生活中使用的電器中的電路中電流值大于我們設(shè)計中設(shè)定的剩余電流數(shù)字的時候，在我們本次設(shè)計設(shè)定的延時時間的情況下，繼電器被觸發(fā)，然后電路就被我們斷開了。本次設(shè)計中繼電器作為動作執(zhí)行機構(gòu)，它的作用在本次設(shè)計里充當(dāng)著“執(zhí)法人員”的角色，它的“執(zhí)法能力”的可靠性決定了我們設(shè)計的可靠。圖5.4為繼電器引腳圖。圖5.45.5器件焊接對我們選擇的器件，將它們放入電路時，我們要仔細考慮它們的位置放在一起是不是合理，是不是兼容，能不能節(jié)省空間與會不會占用我們太多的電路空間，走線是不是最快最方便的，后期會不會影響其他的走線，我們的電路板選的是塑料的，然后在把其他器件用實驗室的焊接筆來一個個把它們的引腳焊上去，我們在焊接我們設(shè)計的板子的時候，我們盡量先把小的焊上去，然后再把我們選擇的大期間最后在焊上去，這樣比較方便，免得后面大的占用小的位置，我們的手不太好操作，畢竟學(xué)校實驗室條件有限。結(jié)論我們這個設(shè)計是我們生活中離不開的器件，基本上每個人的家里都會用到，可以說是只要是有人的地方就會有，推廣使用本次設(shè)計出來的東西，可以對我們在平常用電的時候，有很大的安全保護。根據(jù)我們自己在圖書館四樓查閱的資料了解了智能漏電保護器的秘密，以及我們對他進行了“打破砂鍋問到底式”的研究，我們最終選定了單片機的型號，以及其他期間的類型。本設(shè)計采用了文中那種類型的單片機，作為此設(shè)計的重點，本次設(shè)計出來的實物的質(zhì)量是必須靠它來保證的，鑒于STM系列單片機的優(yōu)點以及外圍電路的合理擴展和其他硬件的合理設(shè)置，讓我們本次設(shè)計可以設(shè)計出我們想要的東西，以及滿足我們?nèi)粘Ｉ钪械男枨蟆１敬卧O(shè)計出來的器件可以將電路中的電流互感器檢測到的信號進行收集，然后再由引腳端送給我們電路中一個叫運算放大器的器件，它可以對發(fā)送過來的信號放大很多倍，再由單片機進行計算后，再分析算出來的結(jié)果，然后與我們在軟件設(shè)計設(shè)定的參數(shù)值二者進行比較，當(dāng)我們進行實驗的時候檢測出來的電流值達到我們最初設(shè)定的參數(shù)值時，根據(jù)我們設(shè)定的斷開動