家用多功能用电保护器的设计

余鹏蜚

摘要

近年来，伴随我国电力事业的飞速发展以及国家建设规模的逐步扩大，社会用电量呈现出持续增长态势，但与此同时，由于充电短路、漏电保护器保护功能不全等而引发火灾的现象也频频发生，安全用电日益受到人们的重视。为保护家庭多功能用电安全，本文基于AT89S52单片机，介绍了一种能够有效实现对家庭电路过流及过功率的保护，并且当家庭电路出现短路或超负载时，能够实现自动断电保护的智能化家用多功能用电保护器。

【关键词】AT89S52单片机 多功能 用电保护器

1 系统总体设计方案

本次设计利用电压、SCT211FK电流互感器以及峰值检测电路等，就入户线上的电流加以实时检测，并将所检测到的数值经数模转换电路ADC0809传输给AT89S52单片机，最后再通过单片机，在LCD液晶显示屏中显示出电流与电压的值。此外，在保护器的按键电路上设定功率上限值，当家用电器的功率值超出上限，AT89S52单片机会向继电器发出保护动作的信号，此时，继电器会自动切断电源，并将电流、电压值反映到LCD显示屏中。与此同时，在保护器的具体设计过程中，适当加入烟雾传感器MQ-2模块，还能在一定程度上实现对可燃气体的检测。当烟雾传感器检测到有可燃气体存在时，会直接向AT89S52单片机发出信号，再由单片机通过控制继电器，最终实现对可燃气体的控制，从而保障用电安全。电路设计框图如图1所示。

2 单元电路设计

2.1 电流互感器放大电路

SCT211FK是一款精密度非常高的电流互感器，其输入额定电流一般为5A，额定输出电流为2.5mA，线圈扎数占比1/2000，可耐冲击电流100A*1秒，对于耗电量较低的家庭等场所较为适用。如果用户想要将电流输出信号变为电压信号，则可以参照图2，将反馈电阻中的R和r的电阻值进行调整，最终得出所需电压输出值。

2.2 峰值检测电路

本文在对入户电压的峰值加以检测过程中，主要选用的是运放LF353、二极管和电容构成的检波电路，这里的LF353主要是指以JFET型为标准的线性运算放大器，上图中的用电压跟随器既可以充当缓冲器，还可以在其中发挥隔离功能。此外，该电路还使用了二极管中的单向导通能力以及电容的充放电特性等，对于提高峰值的准确性大有裨益。

2.3 数模转换电路

本系统所使用的数模转换器是由美国国家半导体公司推出的逐次逼近型的ADC0809芯片，其属于8路输入通道，分辨率较高，由单个+5V电压为其提供电源，一般耗能为15mW左右，功耗较低。其内部含有八个具备锁存功能的通道模拟多路开关，可以分时段对8通道0-5的輸入模拟电压进行转换。同时还带有锁存电路、逐次逼近寄存器、控制和时序电路等等，并且可以输出具备TTL三台锁存功能的缓冲器，与单片机总线相连。

2.4 MQ-2烟雾传感器

在用电保护器设计过程中，所使用的MQ-2烟雾传感器的气敏材料为清洁空气中具有较低电导率的Sn02，当MQ-2烟雾传感器检测到周围环境中有可燃气体存在时，Sn02电导率会伴随空气中所弥漫的可燃性气体浓度而变化，此时，只需借助简单的电路，便可实现电导率变化向与该气体浓度对应的输出信号的转换。

2.5 微控制电路

AT89S52单片机是一种耗能较低，且具备较强的性能的CMOS8位微控制器，其可编程Flash存储器大约为8K，是由Atmel公司高密度非易失性存储器技术编制而成，可以与工业上的80C51产品指令与引脚达到兼容。此外，在该控制器的单芯片中，还具有8位CPU和在系统可编程Flash，也因此为众多控制系统提供了具备较强灵活性、行之有效的方法。该主控芯片具体含有以下性能：8k字节Flash，32位I/O口线，看门狗定时器，3个16位定时器/计数器，256字节的RAM，2个中断结构全双工串行口，片内时钟振荡器。当微控制器处于闲置状态时，CPU会立刻停止工作，但RAM、定时器/计数器、串口、中断等其他功能模块可以继续运行。

3 结束语

综上所述，本文所设计的家用多功能用电保护装置对于家庭等耗能较低的场所非常适用。通过利用电压、SCT211FK电流互感器以及峰值检测电路等，检测入户线上的电流，并在按键电路中为保护器设定功率上限值，不但可以对超出上限功率的家用电器进行实时保护，而且通过LCD液晶显示屏，还能够及那关电路工作状态及其危险信号及时显示出来，进而为家庭安全用电提供保障。

参考文献

[1]肖远新.智能化多功能安全用电保护器的设计[J].现代电子技术，2012（13）.

[2]韦桂丘.浅谈漏电保护器的应用[J].大众科技，2016（01）.