摘要：為改善以往漏電保護(hù)器對(duì)用電保護(hù)功能偏少、存在安全隱患的問題，通過(guò)對(duì)以往的漏電保護(hù)器增設(shè)漏電、過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓和觸電等用電安全保護(hù)功能，并利用霍爾電流傳感器對(duì)漏電、過(guò)載、短路等用電故障進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得的信號(hào)經(jīng)放大，送入AT89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由ISD2560語(yǔ)音模塊和揚(yáng)聲器進(jìn)行語(yǔ)音提示與報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)智能化多功能安全用電保護(hù)的目的。實(shí)驗(yàn)表明，該智能化多功能安全用電保護(hù)器具有良好的可靠性、安全性和實(shí)用性，值得研究推廣。

關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器；漏電保護(hù)器；單片機(jī)；語(yǔ)音提示

0 引言

希望用電安全的要求人人有之。特別是大型商場(chǎng)、大型娛樂場(chǎng)所及人員相對(duì)集中的地方，安全用電尤為重要。而火災(zāi)發(fā)生時(shí)大部分防火卷簾門及自動(dòng)噴淋設(shè)備未能正常啟動(dòng)。用電發(fā)生短路造成火災(zāi)的事也不少，如2011年4月25日1時(shí)許，北京市大興舊宮鎮(zhèn)一棟四層樓房，由于充電短路發(fā)生火災(zāi)，造成18人死亡，24人受傷的用電火災(zāi)惡性事故。由于以往的漏電保護(hù)器（又稱空氣開關(guān)）保護(hù)功能不全，為避免商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所及一切用電部門用電安全，必須給漏電保護(hù)器改進(jìn)，使其同時(shí)具有漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、觸電保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)功能。

1 安全用電保護(hù)與提示系統(tǒng)

1.1 安全用電保護(hù)電路結(jié)構(gòu)

智能化多功能安全用電保護(hù)器，是由安全用電保護(hù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和語(yǔ)音提示報(bào)警等四部分構(gòu)成。安全用電保護(hù)是由漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、觸電保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和霍爾電流傳感器等部件構(gòu)成。電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.2 安全用電保護(hù)工作原理

為了更好地維護(hù)用電戶的經(jīng)濟(jì)利益，采用分相安全用電保護(hù)，即使某相產(chǎn)生故障，不影響其他相供電。由圖1可知，安全用電保護(hù)開關(guān)是在以往的漏電保護(hù)器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，其工作原理為：當(dāng)電路或用電器發(fā)生漏電或短路時(shí)，流過(guò)漏電線圈LN1的電流I1就會(huì)比正常值高很多，LN1產(chǎn)生的磁場(chǎng)力足以能夠把銜鐵吸上，同時(shí)銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。如果發(fā)生觸電，這時(shí)人體與大地相通，人體與用電器并聯(lián)入電路中，由于人體電阻比較小，總電阻更小，線路的電流急速增大，互感器感應(yīng)的電流也急速上升，流過(guò)漏電保護(hù)線圈LN3的電流隨之增大，LN3產(chǎn)生的磁場(chǎng)力足以能夠把銜鐵吸上，同時(shí)銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。當(dāng)電路某種特殊原因使相電壓由220 V升高到280 V或380 V時(shí)，R3（R1,R2,R3阻值很大）分得的電壓U4將大于三極管VT1的導(dǎo)通電壓，使VT1導(dǎo)通，使過(guò)壓保護(hù)線圈LN2有電流通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng)力把銜鐵吸上，同時(shí)銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。電路出現(xiàn)欠壓時(shí)，Q3點(diǎn)分到的電壓太小，使U3電壓低于VT2導(dǎo)通之下，使VT2截止，流過(guò)欠壓線圈的電流被切斷，欠壓線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)力消失，銜鐵釋放，彈簧拉銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。

1.3 電流過(guò)載安全保護(hù)設(shè)置

電流過(guò)載安全保護(hù)設(shè)置數(shù)據(jù)表如表1所示。

2 安全用電故障語(yǔ)音提示

2.1 安全用電故障語(yǔ)音提示電路結(jié)構(gòu)

為了提高安全用電的監(jiān)控能力，利用磁平衡霍爾電流傳感器對(duì)安全用電進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取電路發(fā)生漏電、過(guò)載、短路的故障信號(hào)，經(jīng)LM324放大器放大后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由AT89C52單片機(jī)的P2.0端口輸出高電平，使三極管VT3導(dǎo)通，保護(hù)線圈LN4通電產(chǎn)生磁場(chǎng)力足以能夠把銜鐵吸上，同時(shí)銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。同時(shí)利用單片機(jī)和語(yǔ)音模塊進(jìn)行故障語(yǔ)音提示，智能保護(hù)和語(yǔ)音安全用電故障提示電路結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

2.2 安全用電故障語(yǔ)音提示工作原理

霍爾電流傳感器采集到相電流信號(hào)uin,送給LM324放大器放大后，從AT89C52單片機(jī)的P1.1端口輸入，由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，判斷出相電流是否超出正常值，從而識(shí)別出電路是否發(fā)生漏電、過(guò)載、短路故障，從單片機(jī)的P2.0端口輸出高電平，使VT3三極管的基極獲得高電平導(dǎo)通，線圈LN4通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)力把銜鐵吸上，同時(shí)銜鐵撞擊杠桿，使開關(guān)脫鉤，線路斷電保護(hù)。

為了讓用戶更好地了解用電故障出現(xiàn)的原因，系統(tǒng)設(shè)置了語(yǔ)音提示功能。首先，通過(guò)Goldwave、Cooledit等音樂制作軟件，以分段模式錄制數(shù)字0~9、“正?！?、“漏電、過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓和觸電，危險(xiǎn)”和一些安慰與安全設(shè)離等提示信息。然后，將聲音文件通過(guò)編程器寫入ISD2560.在系統(tǒng)需要時(shí)，AT89C52單片機(jī)通過(guò)串行接口調(diào)用ISD2560的相應(yīng)信息，輸出到揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示。以下為ISD2560播放指定地址的子程序。

2.3 安全用電故障語(yǔ)音提示控制程序

安全用電故障語(yǔ)音提示控制程序框圖，如圖3所示。

3 比較實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)該智能化多功能安全用電保護(hù)器與傳統(tǒng)的漏電保護(hù)器，進(jìn)行在電路發(fā)生漏電、過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓和觸電等用電故障時(shí)的實(shí)驗(yàn)，比較斷電響應(yīng)時(shí)間及可靠性，語(yǔ)音提示等功能的優(yōu)劣。

實(shí)驗(yàn)時(shí)首先把用電進(jìn)行歸類布線（照明、廚房、電視與電腦）分別控制。再把家庭用電器的名稱、個(gè)數(shù)和功率及設(shè)置安全電壓、安全電流值和時(shí)間時(shí)段分別存入單片機(jī)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)，為智能控制提供數(shù)據(jù)，用智能語(yǔ)音提示學(xué)習(xí)；存入到監(jiān)控器的存儲(chǔ)單元內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

家居用電遠(yuǎn)程監(jiān)控器利用對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分類控制，避免了當(dāng)某個(gè)用電器漏電或短路時(shí)其他用電器都不能用電的現(xiàn)象。通過(guò)電磁線圈獲取安全用電控制信號(hào)，由AT89C52單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)RS 232接口電路與GTM900I無(wú)線收發(fā)模塊經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)用收發(fā)短信的方法把信息發(fā)送到指定的手機(jī)上，同樣手機(jī)也可把控制指令發(fā)送到指定的監(jiān)控上，實(shí)現(xiàn)家庭用電器的智能化、遠(yuǎn)程控制。并且加上時(shí)間繼電器、ISD2560語(yǔ)音芯片和揚(yáng)聲器，不但能實(shí)現(xiàn)對(duì)可視設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，而且還能督促小孩學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)表明，該監(jiān)控器具有良好的安全性、可靠性和實(shí)用性。該監(jiān)控器具有良好的市場(chǎng)前景，值得推廣應(yīng)用。