智能型剩余电流式电气火灾监控探测器的设计

　　3.2.1 单片机电路

　　单片机选用PIC24FJ96，它是由Microchip 公司设计的一款改进型哈佛架构的高性能CPU， 是探测器的核心， 它完成探测器的各种控制功能， 包括三相电压、三相电流和漏电电流的采样、数据处理、报警输出、与上位机通信、液晶显示及按键等功能。

　　3.2.2 剩余电流检测电路

　　剩余电流检测电路是一个零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心， 构成了互感器的一次线圈， 缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈， 如果没有漏电发生， 这时流过相线、中性线的电流向量和等于零， 因此在二次线圈上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零， 就使二次线圈上产生感应电动势，这个信号就会被送到中间环节进行进一步的处理， 如图3 所示。

图3 剩余电流检测电路。

　　处理后的信号送入到单片机中，单片机每个周期采样20 个点，根据式（1）可以计算出剩余电流的有效值。

　　其中X 为采样值。

　　3.2.3 三相电压电流检测

　　电压检测由线性光隔器、运算放大器和整流滤波电路路组成。由于探测器对电压的精度要求不高，采用光隔器可以大大减小系统的体积。

　　电流检测由三相交流互感器、运算放大器和整流滤波电路组成。其中三相交流互感器把电流转换为电压信号，经运算放大器构成的电路调理后整流滤波输入到单片机的A/D 转换器进行转换。

　　3.2.4 RS485 总线硬件电路

　　图4 RS485 总线硬件电路。探测器与上位机采用RS485 总线通信，一台主机可以控制多达250 台探测器，RS485 通信系统采用主从式结构，从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。

　　因此在一个通讯系统中， 只用一台上位机作为主机， 其它各台从机之间不能通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。与上位机通信硬件电路如图4 所示。

图4 RS485 总线硬件电路。

　　4　探测器的软件设计

　　软件完成整个探测器的功能，采用模块化结构化的C 语言程序设计方案，C 语言具有生成代码质量高，程序执行效率高， 可移植性好等优点。软件部分包括电压、电流及漏电采样、数据处理、报警输出、按键输入及液晶显示等。软件的系统框图如图5 ：

图5 软件系统框图。

　　剩余电流探测报警判定是软件设计中较重要的部分，它通过对A/D 转换后的数据进行分析、比较、判断，并转入相应的子程序。如果检测到的剩余电流值小于设定值但是大于0.8 倍的设定值时，探测器则以声光报警的形式提醒值班人员。如果剩余电流大于设定值时，为防止干扰， 探测器对剩余电流连续检测， 超过设定时间后跳闸。

　　与上位机之间采用  通信协议，Modbus 通信协议是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通信协议之一。当上位机发送通信命令至探测时，符合相应地址码的从机接收通信命令，并根据功能码及相关要求读取信息。如果CRC 校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC 校验码。如果CRC 校验出错， 就不返回任何信息。

　　5 结束语

　　采用单片机进行剩余电流式电气火灾探测器的智能化设计， 实现传统断路器功能的组合化和智能化， 并能够通过总线通信技术的应用实现断路器控制的系统化和网络化。经过实际工作的测试，本文中的剩余电流式电气火灾探测器达到预期的目的并通过国家消防电子质量检验了鉴定。