基于80C51单片机的漏电保护装置设计

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1、 直流稳压电源及漏电保护装置（L题）摘 要稳压电源是各种电子电路、电子设备所必不可少的动力来源，对于整个电路的重要性是不言而喻的。研究直流稳压电源，就是为了提高电源的使用性能和提高电源的电气性能。此直流稳压电源及漏电保护装置是基于升降压电路和LDO低压差稳压电路设计的线性直流稳压电源。该控制器由两个独立的控制器和低压差稳压电路组成。由于低压差线性稳压器LDO具有极低噪声、高稳压性能和低成本等优点，在便携式电子产品的低耗电源系统中得到广泛应用。完善开关电源的直流稳压电源应具有漏电保护装置，漏电动作电流30mA的漏电保护装置，作为防止人体直接或间接保护。关键字：LDO线性直流稳压、漏电保护目 录一

2、、系统方案设计11.1 设计要求11.2 总体方案设计11.3 总体电路图设计21.4方案论证与比较31.4.1 主控芯片单片机（MCU）的设计方案论证与选择31.4.2 稳压电源的设计31.4.3 漏电检测电路的设计41.4.4 关断保护电路的设计4二、主要单元电路的设计52.1 稳压电源电路的设计52.2 采样电路的设计62.3 漏电检测电路设计72.4 放大电路的设计82.5 报警电路的设计9三、程序设计9四、测试方案与测试结果104.1测试仪器104.2 指标测试和测试数据114.2.1输出电压范围测试结果如表1：114.2.2电压调整率测试结果如表2：114.2.3负载调整率测试结果

3、如表3：114.2.4 过流保护：114.3 系统对题目的完成情况：124.4 结果分析：12五、结论12参考文献：13一、系统方案设计1.1 设计要求1、基本要求设计一台额定电压为5V，额定输出电流为1A的直流稳压电源。（1）转换开关S接1端，RL阻值固定为5。当直流输入电压在725V变化时，要求输出电压为50.05V，电压调整率SU1%。（2）连接方式不变，RL阻值固定为5。当直流输入电压在5.57V变化时，要求输出电压为50.05V。（3）连接方式不变，直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率SL1%。（4）制作一个功率测量与显示电路，实时显

4、示稳压电源的输出功率。2、发挥部分设计一个动作电流为30mA的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。（1）转换开关S接2端，将RL接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为20，R和电流表A组成模拟漏电支路（见图1）。调节R，将漏电动作电流设定为30mA。将漏电保护装置动作后，RL两端电压为0V并保持自锁。排除漏电故障后，按下K恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压 4.6V。（2）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值5%。（3）尽量减少漏电保护装置的接入功耗。（4）其他。1.2 总体方案设计系统框图如下图所示。其中主控部分由STC89C58RD及相关电路

5、组成，它是整个系统的核心。电源部分由及相关电路组成，为整个系统正常稳定地工作提供稳定的电压。电压检测和引脚判定有康铜丝和ADC0804组成，完成AD采样和芯片引脚个数的判定。待测芯片部分的所有管脚都受MCU的控制，MCU能够读取它的所有信息。显示部分由1602液晶组成，方便显示相关信息。 图1 系统设计框架1.3 总体电路图设计图2 电路框图当直流输入电压在725V变化时，通过一个Buck-Boost电路拓补结构让其稳定输出5V的电压，再使用康铜丝链接一个放大电路，通过ADC0804采样获得是是实时的电流、电压值并在1602上显示，当检测电路电流超过30mA时，漏电保护电路启动，断开电路并进行

6、报警。最后可以通过键盘控制电路复位。1.4方案论证与比较1.4.1 主控芯片单片机（MCU）的设计方案论证与选择方案一：采用Atmel公司的AT89S52。AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。此芯片价格比较便宜，但抗干扰能力差。方案二：采用STC89C58RD+。它也是基于80C51内核，管脚与89S52完全兼容。不需要外围电路，硬件和软件的开支比较小，更重要的是他的抗干扰能力比较强，但它的价格要比AT89S52要高。综合比较后，选择方案二。1.4.2 稳压电源的设计方案一：用固定式三端集成稳压电路7805设计制作连续可调直

7、流稳压的实际电路中两个电阻主要用来调整输出电压最高输出电压受稳压器最大输入电压及最小输入输出压差的限制，该固定式三端集成稳压集成电路7805最大输入电压为35V，输入输出差要保持2V以上，因此该电路中由于稳压器的直流输入电压为725V，所以该电路的输出最大值为523V。优点：在稳压器的稳压范围内，其稳压精度可达0.03。缺点：在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器 （当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。方案二：将Buck与Boost两种形式的变换器结合起来，产生一种新的变换器，叫做BUCK-BOOST变换器，也叫升降压式变换器。既然我们不能直

8、接把725V的输入电压变为固定的5V输出，那我们就先把725V降压，然后再升压，从而达到题目要求的固定输出5V、1A的要求。优点：效率高、电路简单、电压变比可由零到无穷大，即可升压又可降压。 缺点：开关晶体管发射极不接地，使驱动电路复杂化、成本高。方案三： LDO基本工作原理是：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值

9、上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：Vout=(R1+R2)R2 Vref。优点：压差小、静态电流小、外接元件小。缺点：效率不高。方案四：先将电路的电压由5.5V25V通过降压变为4V,再通过升压变为5.5V，最后再通过一个LDO直流稳压电路，具有较低的静态电流和压差，主要用于压差较小的场合，可固定输出电压5V。如果输入电压和输出电压不是很接近，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。由于此电路的低压差特性和升降压电路的高效性。所以此电路具有效率高、压差小、静态电流小、外接元件小的优势。这种设计方案简化了开

10、关电源的多路输出设计,减小了负载调整率,提高了电源抑制比,并加强了开关电源的过流保护功能。综合比较之后，选择方案四。1.4.3 漏电检测电路的设计方案一：三相交流电电压电流漏电检测电路。电流漏电检测电路实现对三相交流电电压、电流和漏电的检测，以实现对过压、欠压、过流和漏电的保护。电压检测由三相交流变压器、整流滤波电路和分压电路组成。电流检测由三相交流互感器、整流滤波电路和分压电路组成。其中漏电电流互感器把电流转换为电压信号，分压电路完成电压调整。此电路质量可靠，抗干扰性强。方案二：利用欧姆定律，当电流通过康铜丝时，就会有电压降，电流越大，压降就越大。选用0.0022的康铜丝，让ADC0804能

11、测得康铜丝两端的电压差。由于电压差实在太小，不利于检测，再用INA128对采集到的电压差值放大1000倍后将数据传给A/D。价格便宜、对电路影响可忽略不计、其阻值低、精度高、温度系数低、具有无电感、高过载能力。方案三：康锰铜电阻丝是电流测量中很常用取样电阻，其特点在于温度漂移量非常小。经过测试，在1的康锰铜电阻丝上通过约2A电流，由于产生的热量引起的升温，只会引起0.02左右的阻值变化，对电流的稳定起了很重要的作用。综合考虑后，选择方案二。1.4.4 关断保护电路的设计方案一：漏电保护电路主要包括：检测元件（零序电流互感器）、中间环节（放大器、比较器、脱扣器）、执行元件（主开关）等几个部分。没

12、有发生漏电或触电的情况下，通过零序电流互感器一次测的电流相量和等于零。当发生漏电或者有人触电时，通过零序电流互感器一次测各相电流相量和不再等于零，产生了漏电电流。二次侧产生了感应电动势，此漏电信号经过中间环节处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈通电，驱动主开关自动跳闸，切断故障点，从而实现保护。方案二：通过单片机I/O口控制，驱动电磁继电器。当输入高电平时，晶体管饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。当输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点断开。系自动断开电路，并且报警并显示，在实际中很实用。方案三：IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极

13、型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点。当出现短路过流时，必须采取有效的保护措施。为了实现IGBT的短路保护，则必须进行过流检测。适用IGBT过流检测的方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断；或者采用间接电压法，检测过流时IGBT的电压降Vce，因为管压降含有短路电流信息，过流时Vce增大，且基本上为线性关系，检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较，比较器的输出控制驱动电路的关断。考虑到可行性，综合比较之后：选择方案二。二、主要单元电路的设计2.1 稳压电源电路的设计当输入电压在725V变化时，通过降压，然后再将降

14、压后的电压通过升压，从而达到实际所需的额定输出电压5.5V，然后通过低压差稳压路固定输出一个5V的值。公式：。图3 降压电路图4 升压电路图5 后接直流稳压电路原理2.2 采样电路的设计输出端串接选用温漂小的康铜丝，保护电路选用的电流取样电阻要综合考虑电流、功率及热稳定性三个因素。电阻增大则电路效率下降，而我们选用的康铜丝电阻仅为0.0022，所以康铜丝对电路的影响可以完全忽略不计。接着用ADC0804测康铜丝两端的电压差。因取样电压很小很小，故使用INA128对它进行放大1000倍，使它有一个稳定的电压值。电压信号需放大后送给单片机进行A/D 采样。 图6 采样电路的设计2.3 漏电检测电路

15、设计图7 30mA漏电检测电路2.4 关断保护电路的设计51单片机控制继电器驱动原理：1、当51单片机引脚输出低电平时，三极管2N3906饱和导通，5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，同时状态指示的发光二极管也点亮，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。2、当51单片机引脚输出高电平时，PNP三极管2N3906截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，继电器的常开触点释放，相当于开关断开。注：在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管IN4148释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势

16、对其他电路的干扰，这就是二极管D1的保护作用。图8 继电器保护电路2.4 放大电路的设计电路的电压信号由于太小所以需要用如图所示的放大电路予以放大之后才能够被采集到电压信息。采用低噪声、高共模抑制、高输入阻抗、低功耗的高性能仪表放大器INA128。 图9 电压放大电路图10 INA128内部结构2.5 报警电路的设计当电路中电流超过30mA时，进行报警。图11 报警电路三、程序设计主程序设计：图12 主程序流程图四、测试方案与测试结果4.1测试仪器UT39A数字万用表、KXN-30400高精密数字万用表、UT805微机电源。4.2 指标测试和测试数据4.2.1输出电压范围测试结果如表1： 表1

17、 输出电压范围测试输入电压（V)5.5V6.0V7V12V17V22V25V输出电压（V)4.99V4.99V4.99V5.00V5.00V5.00V5.00V4.2.2电压调整率测试结果如表2： 表2 电压调整率测试测试条件为输出电压5V，输出电流为1.00AU1 /V输出电压(V)U2(V)输出电压(V)U3/V输出电压(V)4.9914.9924.9984.9944.9974.9944.9954.9964.9914.9984.9924.9914.9974.9974.9964.9974.9924.998电压调整率为：(4.991-4.999)/4.999*100%=0.16%。4.2.3负

18、载调整率测试结果如表3：表3 负载调整率测试输出电流（A）111输出电压（V)5.024.995负载调整率： （5.02-4.99）/5*100%=0.6%。4.2.4 过流保护：过流保护动作电流为30mA。4.3 系统对题目的完成情况：表4 系统对题目的完成情况对照表基本部分要求实现输出电压5V输出电压5V最大输出电流1A符合要求电压调整率Su1%电压调整率为0.16%负载调整率SL1%负载调整率0.6%输入变化时输出为50.05V输入变化时输出为50.018V显示输出功率有显示过流保护的动作电流30mA发挥部分漏电保护装置没有动作时，输出电压4.6V实际输出4.65V漏电保护装置电流误差绝

19、对值5%实际误差1%要求接入功耗低实际功耗低4.4 结果分析： 各项结果都符合系统指标，产生误差的原因包括：电阻精度不够等。五、结论经过四天三夜的辛勤努力，我们实现了题目的全部要求，在某些方面系统性能还超过了题目的要求，但由于时间紧，工作量大，系统还存在许多可以改进的地方。本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能力，虽然我们遇到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。参考文献： 1 童诗白，模拟电子技术 北京：高等教育出版社，2011年 2 胡翔骏，电路分析 北京：高等教育出版社，2004年 3 阎石，数字电子技术基础（第四版） 北京：高等教育出版社，

20、2002年 4 黄智伟，全国大学生电子设计竞赛训练教程 北京：电子工业出版社，2005年 5 谭浩强，C语言程序设计（第二版） 北京：清华大学出版社，1999年g an employment tribunal claimEmployment tribunals sort out disagreements between employers and employees.You may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employ

21、er has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly.For more information about dismissal and unfair dismissal, seeDismissal.You can make a claim to an employment tribunal, even if you haventappealedagainst the disciplinary action your employer has

22、 taken against you. However, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal.Remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about

23、 happened. If your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept it.If you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed underFurther help.Employment tribunals are less formal than some other courts, but it

24、is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation.Most people find making a claim to an employment tribunal challenging. If you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed u

25、nderFurther help.If you are being represented by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. This is known as adamages-based agreement. In England and Wales, your solicitor cant charge you more than 35% of y

26、our compensation if you win the case.If you are thinking about signing up for a damages-based agreement, you should make sure youre clear about the terms of the agreement. It might be best to get advice from an experienced adviser, for example, at a Citizens Advice Bureau. To find your nearest CAB,

27、including those that give advice by e-mail, click onnearest CAB.For more information about making a claim to an employment tribunal, seeEmployment tribunals.The (lack of) air up there Watch mCayman Islands-based Webb, the head of Fifas anti-racism taskforce, is in London for the Football Association

28、s 150th anniversary celebrations and will attend Citys Premier League match at Chelsea on Sunday.I am going to be at the match tomorrow and I have asked to meet Yaya Toure, he told BBC Sport.For me its about how he felt and I would like to speak to him first to find out what his experience was.Uefa

29、hasopened disciplinary proceedings against CSKAfor the racist behaviour of their fans duringCitys 2-1 win.Michel Platini, president of European footballs governing body, has also ordered an immediate investigation into the referees actions.CSKA said they were surprised and disappointed by Toures com

30、plaint. In a statement the Russian side added: We found no racist insults from fans of CSKA.Age has reached the end of the beginning of a word. May be guilty in his seems to passing a lot of different life became the appearance of the same day; May be back in the past, to oneself the paranoid weird

31、belief disillusionment, these days, my mind has been very messy, in my mind constantly. Always feel oneself should go to do something, or write something. Twenty years of life trajectory deeply shallow, suddenly feel something, do it.一字开头的年龄已经到了尾声。或许是愧疚于自己似乎把转瞬即逝的很多个不同的日子过成了同一天的样子；或许是追溯过去，对自己那些近乎偏执的

32、怪异信念的醒悟，这些天以来，思绪一直很凌乱，在脑海中不断纠缠。总觉得自己自己似乎应该去做点什么，或者写点什么。二十年的人生轨迹深深浅浅，突然就感觉到有些事情，非做不可了。The end of our life, and can meet many things really do?而穷尽我们的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可？During my childhood, think lucky money and new clothes are necessary for New Year, but as the advance of the age, will be more and mo

33、re found that those things are optional; Junior high school, thought to have a crush on just means that the real growth, but over the past three years later, his writing of alumni in peace, suddenly found that isnt really grow up, it seems is not so important; Then in high school, think dont want to

34、 give vent to out your inner voice can be in the high school children of the feelings in a period, but was eventually infarction when graduation party in the throat, later again stood on the pitch he has sweat profusely, looked at his thrown a basketball hoops, suddenly found himself has already can

35、t remember his appearance.童年时，觉得压岁钱和新衣服是过年必备，但是随着年龄的推进，会越来越发现，那些东西根本就可有可无；初中时，以为要有一场暗恋才意味着真正的成长，但三年过去后，自己心平气和的写同学录的时候，突然就发现是不是真正的成长了，好像并没有那么重要了；然后到了高中，觉得非要吐露出自己的心声才能为高中生涯里的懵懂情愫划上一个句点，但毕业晚会的时候最终还是被梗塞在了咽喉，后来再次站在他曾经挥汗如雨的球场，看着他投过篮球的球框时，突然间发现自己已经想不起他的容颜。Originally, this world, can produce a chemical reac

36、tion to an event, in addition to resolutely, have to do, and time.原来，这个世界上，对某个事件能产生化学反应的，除了非做不可的坚决，还有，时间。A persons time, your ideas are always special to clear. Want, want, line is clear, as if nothing could shake his. Also once seemed to be determined to do something, but more often is he backed ou

37、t at last. Dislike his cowardice, finally found that there are a lot of love, there are a lot of miss, like shadow really have been doomed. Those who do, just green years oneself give oneself an arm injection, or is a self-righteous spiritual.一个人的时候，自己的想法总是特别地清晰。想要的，不想要的，界限明确，好像没有什么可以撼动自己。也曾经好像已经下定了

38、决心去做某件事，但更多的时候是最后又打起了退堂鼓。嫌恶过自己的怯懦，最终却发现有很多缘分，有很多错过，好像冥冥之中真的已经注定。那些曾经所谓的非做不可，只是青葱年华里自己给自己注射的一支强心剂，或者说，是自以为是的精神寄托罢了。At the moment, the sky is dark, the air is fresh factor after just rained. Suddenly thought of blue plaid shirt; Those were broken into various shapes of stationery; From the corner at t

39、he beginning of deep friendship; Have declared the end of the encounter that havent start planning. Those years, those days of do, finally, like youth, will end in our life.此刻，天空是阴暗的，空气里有着刚下过雨之后的清新因子。突然想到那件蓝格子衬衫；那些被折成各种各样形状的信纸；那段从街角深巷伊始的友谊；还有那场还没有开始就宣告了终结的邂逅计划那些年那些天的非做不可，终于和青春一样，都将在我们的人生中谢幕。Baumgart

40、ner the disappointing news: Mission aborted. r plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of

41、 the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the bound

42、ary layer (called the tropopause),e can expect a lot of turbulence.The supersonic descent could happen as early as Sunda.The weatheThe balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet ( Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.B

43、elow, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end. Skydiver preps for the big jum

44、pWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins ou

45、t of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will hav

46、e to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).cause there14