漏電檢測原理
　　
　　對電力系統(tǒng)回路進(jìn)行漏電檢測的方法有很多，如絕緣監(jiān)測裝置，低頻探測法，變頻探測法，霍爾磁式平衡等。本設(shè)計(jì)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(tǒng)檢測到的漏電大小的影響，采取了將零點(diǎn)設(shè)計(jì)為可以通過按鍵調(diào)整的系統(tǒng)。
　　
　　霍爾磁式平衡檢測的基本原理如圖1所示。觀察直流系統(tǒng)任一支路,從電源正端流出的電流IL+,流經(jīng)支路全部負(fù)載后,返回電源負(fù)端的支路電流為IL-,當(dāng)該支路沒有接地電流時(shí),IL+=IL-,穿過傳感器的電流大小相等,傳感器無輸出。而當(dāng)發(fā)生觸電或漏電事故時(shí),假設(shè)接在正極母線上的支路經(jīng)電阻R接地,接地電流為IR,則IL+=IL-+IR,流經(jīng)傳感器的電流大小不等,傳感器輸出一個反應(yīng)該差值IR大小和方向的信號。據(jù)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(yōu)點(diǎn)
　　
　　·無須向直流系統(tǒng)注入低頻交流信號,與被測系統(tǒng)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(tǒng)分布電容無關(guān);
　　
　　·接地判據(jù)為電流,與系統(tǒng)母線電壓無關(guān);
　　
　　·能檢測同一支路正、負(fù)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(dāng)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(dāng)一次測有電流變化或有電流沖擊時(shí),易發(fā)生剩磁變化,尤其是傳感無源時(shí),受電流沖擊后,剩磁變化更大。這種剩磁變化會嚴(yán)重造成電流、電壓放大器及A/D轉(zhuǎn)換器的直流偏移,導(dǎo)致使用以上方法做成的選線裝置零點(diǎn)不斷漂移,需及時(shí)調(diào)節(jié)裝置的零點(diǎn)及傳感器特性,才能保證選線裝置的精度及穩(wěn)定性,不僅給現(xiàn)場帶來極大的麻煩和不便,而且造成選線裝置的不準(zhǔn)。
　　
　　為了解決傳感器的剩磁的問題，我們特地設(shè)置了一個零點(diǎn)調(diào)整功能，這樣通過校準(zhǔn)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?yàn)閺幕魻杺鞲衅鞯玫降氖侵绷餍盘?信號經(jīng)放大和簡單的硬件濾波后,進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,只需對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的數(shù)字處理即可滿足系統(tǒng)的要求。
　　
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　利用NEC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)霍爾磁平衡原理的漏電檢測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。傳感器能夠在電路回路中，將流進(jìn)和流出的電流轉(zhuǎn)換為直流的電壓輸出，這樣的信號再經(jīng)過放大和預(yù)處理后，就可以送到NEC單片機(jī)上進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。在NEC單片機(jī)中，對采集到的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到漏電電流的大小，并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管顯示，從而根據(jù)該數(shù)據(jù)判斷是否需要對電路采取某種控制處理，如關(guān)斷電路，發(fā)出報(bào)警信號等。　　UPD78F9234單片機(jī)是NEC公司生產(chǎn)的8位ALL-FLASH系列微處理器，該單片機(jī)具有*的性能：集成了一個4通道的10bitA/D轉(zhuǎn)換器;內(nèi)置高精度的環(huán)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(shí)現(xiàn)的，從霍爾傳感器得到的是直流信號，信號經(jīng)過放大和濾波，即可送到單片機(jī)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理。
　　
　　參數(shù)存儲模塊
　　
　　在系統(tǒng)投入工作前要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如產(chǎn)品序列、零點(diǎn)調(diào)整、比例系數(shù)、代碼修改密碼等參數(shù)，系統(tǒng)將這些參數(shù)寫入到EEPROM中。為了減少讀寫EEPROM的次數(shù)，在系統(tǒng)開機(jī)時(shí)將數(shù)據(jù)從EEPROM中讀出，保存在單片機(jī)的RAM中。
　　
　　本系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)，無須設(shè)計(jì)總線接口，且有助于縮小系統(tǒng)的PCB面積和復(fù)雜度。參數(shù)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(jī)I/O的連接線，用于I2C總線時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的傳輸操作。
　　
　　人機(jī)接口模塊
　　
　　人機(jī)接口部分采用簡潔的4鍵輸入控制和五位七段數(shù)碼管顯示。可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和實(shí)時(shí)顯示漏電數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互。本設(shè)計(jì)采用在軟件上對輸入進(jìn)行消抖處理方案，并對按鍵狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的判斷處理，直到按鍵松開為止，然后才執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。漏電數(shù)據(jù)顯示采用五位七段數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，使用74HC595鎖存動態(tài)顯示數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)巧妙地將按鍵輸入與動態(tài)顯示數(shù)位選擇端口共用，減少了單片機(jī)端口的應(yīng)用，從而達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化及降低產(chǎn)品成本的目的。
　　
　　軟件設(shè)計(jì)
　　
　　漏電檢測電路的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示：系統(tǒng)啟動后，立即執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，從EEPROM中讀取設(shè)定的參數(shù)，接著將這些數(shù)據(jù)逐個顯示出來，可供操作人員核對。然后開始調(diào)用A/D采樣子程序，獲取10位精度的漏電信號數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理可以得到zui終的漏電大小，再將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管顯示。　　由于有時(shí)使用人員要對參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)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(jìn)入到參數(shù)檢驗(yàn)和修改設(shè)置狀態(tài)。
　　
　　結(jié)語
　　
　　隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在電氣裝置領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，使各種電氣設(shè)備朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。基于NEC單片機(jī)UPD78F9234芯片設(shè)計(jì)的漏電監(jiān)測儀，結(jié)構(gòu)簡單，軟硬件協(xié)調(diào)，功能全面。