基于瑞萨单片机的智能限电、防雷和防火控制器设计

　　0 引言

　　在学校学生宿舍用电管理一直是一个难题，特别是砖木结构的学生宿舍，各种违章大功率电器的使用屡禁不绝。由于违章电器的使用引起火灾的事故时有发生，给国家的财产造成了严重的损失，同时也对学生的生命构成了一定的威胁，本文所研究的智能限电和防火控制器能很好保障学生宿舍的用电安全，维护学校的安全稳定工作。

　　1 智能限电和防火控制器的设计

　　1.1 系统的硬件设计

　　智能限电和防火控制器以瑞萨单片机(M3062P)为控制核心，外围电路有电源电路、按键电路、继电器驱动电路、时钟电路、128×64液晶显示电路、电流采样、电压采样、漏电采样、E2PROM电路、光耦输入、通信RS485接口。系统硬件框图如图1所示。

图1 智能限电和防火控制器硬件结构图

　　电流采样电路用于检测电路电流的大小，用于过载、短路等保护等;电压采样电路用于检测电路电压的高低和频率测量;光耦电路将传感器接口和控制电路接口隔离;漏电采样可能检测线路中是否存在漏电;通信电路可能实现远程24小时在线监控;E2PROM电路可实现参数和故障信息的掉电保存;电源电路为整个系统提供电源。

　　1.1.2 电源电路

　　由于系统的控制核心和外围电路的工作电压为5V，继电器线圈电压为5V，同时考虑成本和抗干扰性能，因此采用三端稳压器78L05为系统供电。T1为5W的工频变压器。

图2　电源电路图

　　1.1.3 电压和电流采样电路

　　电流采样用穿线式电流互感器，电压采样用经过互感器后用电阻采样，再通过放大电路给单片机采样计算有效值，再计算功率和功率因数，根据有功功率可检测是否有纯阻性负载接入，实现智能限电功能。漏电采样可能检测线路中是否存在漏电，如果单片机(M3062P)检测到线路有漏电，当漏电电流达到设定值，单片机发出动作信号驱动继电器全负载断开，从而避免由漏电导致的火灾的发生。Ia1、Ib1和Ic1是穿线式电流互感器。电压采样和电流采样电路如图3所示。

图3 电压采样和电流采样电路图

　　1.1.4 LCD显示电路

　　LCD显示采用128×64点阵式液晶，其具有体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示无法比拟的优点，不仅可以显示数字、字符，还可以显示汉字，可实现屏幕上下左右滚动、动画、反转显示、显示闪烁多种功能。设计采用中文图形显示界面，使人机界面更为友善。

　　1.1.5 光耦隔离电路

　　光耦电路将感度传感器温、烟雾传感器、可燃气体探测器和1路DC24V远程消防控制信号输出接口和CPU的控制端口隔离，提高系统的抗干扰性。