基于ATmega32的漏電保護(hù)器智能化測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

漏電保護(hù)器作為一種新型的低壓保護(hù)電器無(wú)論在城市還是在鄉(xiāng)村安裝使用非常普遍，它工作的可靠性直接影響人身安全。在美國(guó)是政府強(qiáng)制規(guī)定推行的用電安全保護(hù)裝置，并且每?jī)赡瓯仨毟鼡Q。我國(guó)對(duì)漏電保護(hù)器的使用雖然沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定更換的年限，但從用電安全的角度考慮，定期對(duì)漏電保護(hù)器工作性能檢測(cè)是必須要做的。本文介紹了漏電保護(hù)器動(dòng)作特性自動(dòng)測(cè)試儀，可測(cè)量和記錄漏電保護(hù)器的觸頭分?jǐn)鄷r(shí)間、漏電動(dòng)作電流和不動(dòng)作電流，提供了改善漏電保護(hù)器工作性能的重要技術(shù)指標(biāo)，檢測(cè)自動(dòng)化水平高，能檢測(cè)在線與非在線運(yùn)行的漏電保護(hù)器。

1硬件設(shè)計(jì)方案

反映漏電動(dòng)作性能的主要3個(gè)參數(shù)是：額定漏電動(dòng)作電流（I△n）、漏電動(dòng)作時(shí)間和額定漏電不動(dòng)作電流（I△n0）。

I△n表征漏電動(dòng)作的靈敏度，是漏電保護(hù)器的漏電動(dòng)作電流值。漏電動(dòng)作時(shí)間是指對(duì)漏電保護(hù)器施加漏電動(dòng)作電流到切斷電路為止所需的時(shí)間。I△n0是防止漏電保護(hù)器誤動(dòng)作，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不動(dòng)作的漏電電流值，通常取0.5I△n.

測(cè)試漏電動(dòng)作電流的方法是：從小于0.2I△n開始施加測(cè)試電流，在30s內(nèi)線性地增加至I△n，若漏電保護(hù)器斷開瞬間的電流值為I△，當(dāng)滿足I△n0n0＜I△＜I△n時(shí)，漏電保護(hù)器的漏電動(dòng)作電流值為合格。因此，測(cè)試的漏電電流值均勻增長(zhǎng)將直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。使用傳統(tǒng)的手動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器的方法很難使測(cè)試漏電的電流值均勻增加，難以控制測(cè)量的隨機(jī)誤差。采用單片機(jī)實(shí)時(shí)控制漏電的電流值，使漏電電流均勻增長(zhǎng)，能有效提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。圖1所示為漏電保護(hù)器動(dòng)作特性測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)框圖。

圖1測(cè)試儀構(gòu)成框圖

測(cè)試儀以單片機(jī)ATmega32為核心，擴(kuò)展可編程的漏電電流源、漏電電流的檢測(cè)電路、觸頭狀態(tài)的監(jiān)測(cè)電路、鍵盤和顯示等外圍設(shè)備。ATmega32是基于增強(qiáng)型AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位微控制器，指令集先進(jìn)，指令執(zhí)行時(shí)間采用單時(shí)鐘周期，速度是普通8051單片機(jī)的8～12倍。工作頻率達(dá)16MHz，片內(nèi)32K字節(jié)Flash程序存儲(chǔ)器、1個(gè)硬件16位定時(shí)器和2個(gè)8位定時(shí)器、4路PWM輸出、8路A/D轉(zhuǎn)換、1個(gè)全雙工異步串行口、32個(gè)通用I/O口。具有低功耗、高速、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中具有較高的性價(jià)比。

1.1可編程漏電電流源

保證測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是可編程漏電電流源能產(chǎn)生均勻變化的漏電電流，該漏電電流源由50Hz的正弦波發(fā)生器、交流量數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。

1.1.1 50Hz正弦波發(fā)生器

50Hz的RC正弦波振蕩電路由運(yùn)算放大器組成。穩(wěn)定振蕩信號(hào)的幅度是采用非線性負(fù)反饋，同時(shí)，采用低溫度系數(shù)的電阻與電容元件構(gòu)成RC正弦波振蕩電路的選頻電路，保證振蕩頻率的穩(wěn)定，為了提高帶負(fù)載的能力，正弦波輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸出。

1.1.2交流量數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

圖2交流量數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

交流量數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是可編程漏電電流源的核心部分，正弦交流量振幅的大小是通過(guò)改變數(shù)字量來(lái)控制，具有良好的線性度。用DAC08 08構(gòu)成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，該器件是二進(jìn)制快速乘法式8位D/A芯片。交流量數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。為了保證實(shí)現(xiàn)數(shù)字到正弦交流模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)變，圖中VD是預(yù)置直流偏壓，大小等于50Hz正弦波發(fā)生器輸出信號(hào)的幅值。
根據(jù)圖示電路，可得到如下關(guān)系：

從式（5）可見，當(dāng)電阻R1、R4、R5、R、Rf為定值時(shí)，輸出電流的大小與RL無(wú)關(guān)，僅由數(shù)字量控制。當(dāng)A1、A2、…A8全為“1”時(shí)，調(diào)整電路參數(shù)，使IL=0.5A，當(dāng)A1、A2…A8全為“0”時(shí)，使IL=0A.0～0.5A的電流變化范圍完全滿足我國(guó)目前生產(chǎn)的漏電保護(hù)器的測(cè)試要求。為了提高測(cè)量速度，在保證模擬漏電電流準(zhǔn)確度的條件下，將輸出電流分為50mA、100mA、200mA和500mA四檔，各檔的選擇由ATmega32切換電阻R1的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不同的擋位，電流增加的數(shù)值大小是不一樣的。當(dāng)選50mA檔位時(shí)，電流是按照0.196mA（50mA/255）遞增；當(dāng)選擇500mA檔位時(shí)，電流是按照1.96mA（500mA/255）遞增，因此，可完全滿足為漏電保護(hù)器提供線性增加的漏電電流的要求。