基于P87LPC764型單片機延時型漏電繼電器

　　1 引言

　　漏電繼電器是一種可在被保護線路漏電電流達到設定值（額定動作電流IΔ）后切斷被保護線路供電電源的保護裝置。漏電信號的檢測由零序電流互感器來完成，它 可將檢測到的被保護線路的漏電電流轉換成毫伏級的交流電壓信號，再通過信號整流、放大和濾波得到一個直流電壓，然后配合相應的控制電路來驅動執(zhí)行回路，以 實現切斷保護線路供電電源的控制目的。簡單的實現過程是信號檢測→濾波→二級放大→控制電路→驅動執(zhí)行回路→切斷被保護線路電源。

　　本文給出的延時型漏電繼電器解決方案就是利用P87LPC764型單片機構成控制電路來取代傳統(tǒng)的電路，該電路可在不同IΔ條件下實現不同的延時動作時間及其他相關功能。

　　2 繼電器的功能

　　根據漏電保護標準及延時型漏電繼電器驅動要求，該保護裝可以實現以下功能：

　?。?）用戶可選擇3檔額定動作電流（分別記為IΔ1、IΔ2、IΔ3），在使用中由用戶根據被保護線路的實際狀況來決定。一般可以設定IΔ1

　?。?） 每一種額定動作電流下（1倍情況下）均設有3檔延時動作時間T1a、T1b、T1c(設定T1a

　　（3） 與第一點對應，在5倍額定動作電流下，這3檔電流可分別記為5IΔ1、5IΔ2、5IΔ3，相應的3檔延時動作時間為T2a、T2b、T2c，同樣設定 T2a

　?。?）在電路中保留重合閘功能。如選擇該功能，當保護裝置動作并切斷被保護線路電源后，將在延時T3時間后自動恢復供電。否則，裝置必須手動恢復并回到初始狀態(tài)。

　?。?） 根據漏電動作基本要求，當選擇第條功能后，裝置可以在T3延時時間后自動恢復，但此時若檢測的漏電信號仍然超過裝置設定的額定動作電流（可稱為“二次漏 電”），軟件中在延時T3后緊接著設定T4（T4

　　3 P87LPC764簡介

　　P87LPC764是Philips公司推出的51內核、改進型單片機，運行速度為標準80C51型機的2倍，豐富靈活的端口定義、內含二個精確模擬量比較器是選用該型號的理由。該單片機的主要功能如下：

　　運行速度快；

　　程序存儲器為4KB OTP（一次編程），32B用戶代碼區(qū)；

　　2個16位定時/計數器；

　　2個精確模擬量比較器；

　　可編程的I/O口輸出模式；

　　20mA的口線驅動能力。

　　4 硬件電路

　　4．1 信號檢測與放大電路

　　圖1所示是漏電保護裝置中信號檢測與放大部分的局部電路。該裝置對漏電電流的檢測用一個零序電流互感器來完成，以將檢測到的被保護線路的漏電電流轉換成毫 伏級的交流電壓信號。再由運算放大器構成的線性電路整流放大、通過對零二級放大，得到一個直流電壓U20。顯然，通過對零序電流互感器及相應電路參數的設 定，可使U20在一段漏電電流的范圍內正比于漏電的電流。這樣，對漏電電流信號的處理在電路中就轉化為對U20的處理。前面提到，用戶可以選擇、3種額定 動作電流，實際上是在電路中通過調節(jié)R28、R29、R30將U20整定在3種不同的電壓，并用三選一開關S2A（提供給用戶 ）來實現，每次只有一種（必須有一種）選擇；額定動作電流下T1a、T1b、T1c時間的設定及5倍額定動作電流下T2a、T2b、T2c時間的設定均通 過三選一開關S3A判斷，同樣每次只有一種（必須有一種）選擇；重合閘選用單選開關S1進行設定，具體電路如圖2所示。

　　在P87LPC764的16腳外接電阻分壓器可以設定參考電位VREF，可以理解用戶選擇的3種不同額定動作電流所對應的U20是不同的，而參考電位 VREF只有一種標準，該標準一旦設定就不能改變，所以S2A的作用就是將U20信號通過開關的引導與電位器的分壓來把不同數值的U20調整到合適的大 小，進而與設定的參考電位VREF進行比較。

　　4．2 P87LPC764的外圍電路

　　圖2是P87LPC764的外圍電路部分，其中16腳是VREF電壓設定端，按照圖中參考可以得出VREF=2V。12腳P1.0用于重合閘判斷，用戶可 以選擇裝置是否執(zhí)行重合閘，P1.0為0時裝置具有重合閘功能；P1.1、P1.2、P1.3用于額定動作電流下T1a、T1b、T1c時間和5倍額定動 作電流下T2a、T2b、T2c的判斷和選擇。二級放大后的U20，一路直接送至比較器CIN1A的輸入端（17腳），另外一路通過電阻分壓器送至比較器 CIN2A的輸入端（19腳），以分別用于輸入額定動作電流下的U20和5倍額定動作電流下的U20，P0.0來驅動執(zhí)行電路中的繼電器，初始狀態(tài)設定為 0（低電平，繼電器吸合），將其連接于后面的執(zhí)行電路即可使繼電器處于吸合狀態(tài)，配合交流接觸器維持被保護線路的供電。

　　5 軟件設計

　　軟件設計主要圍繞不同狀態(tài)下的延時時間的設定來進行，首先判斷比較器1和比較器2的輸出以確定當前漏電電流的大小，具體可有三種情況：一是小于當前設定的 額定動作電流；二是大于當前設定的額定動作電流但小于5倍的額定動作電流；三是大于5倍的額定動作電流，這些可以在軟件中通過判斷比較器1和比較器2的輸 出來控制。并可根據P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的狀態(tài)來決定是否實際重合閘及不同的動作時間。其程序流程如圖3所示。

　　6 結束語

　　于要區(qū)分多種延時時間，因而采用單片機的實現方案，克服了傳統(tǒng)分立元件帶來的離散性大且不易控制的弊端。P87LPC764內含電壓比較器，可以很方便地 控制額定動作電流和5倍額動作電流下的動作時間。軟件編寫中，延時時間主要以“軟件延時和定時器定時”來實現，利用傳遞不同變量的方式來完成多種延時時間 的控制，事實證明，這是軟好的實現方案。