智能限電和防火控制器設計方案

在學校學生宿舍用電管理一直是一個難題，特別是磚木結構的學生宿舍，各種違章大功率電器的使用屢禁不絕。由于違章電器的使用引起火災的事故時有發生，給國家的財產造成了嚴重的損失，同時也對學生的生命構成了一定的威脅，本文所研究的智能限電和防火控制器能很好保障學生宿舍的用電安全，維護學校的安全穩定工作。

1 智能限電和防火控制器的設計

1.1 系統的硬件設計

智能限電和防火控制器以瑞薩單片機（M3062P）為控制核心，外圍電路有電源電路、按鍵電路、繼電器驅動電路、時鐘電路、128×64液晶顯示電路、電流采樣、電壓采樣、漏電采樣、E2PROM電路、光耦輸入、通信RS485接口。系統硬件框圖如圖1所示。

圖1 智能限電和防火控制器硬件結構圖

電流采樣電路用于檢測電路電流的大小，用于過載、短路等保護等；電壓采樣電路用于檢測電路電壓的高低和頻率測量；光耦電路將傳感器接口和控制電路接口隔離；漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電；通信電路可能實現遠程24小時在線監控；E2PROM電路可實現參數和故障信息的掉電保存；電源電路為整個系統提供電源。

1.1.2 電源電路

由于系統的控制核心和外圍電路的工作電壓為5V，繼電器線圈電壓為5V，同時考慮成本和抗干擾性能，因此采用三端穩壓器78L05為系統供電。T1為5W的工頻變壓器。

圖2　電源電路圖

1.1.3 電壓和電流采樣電路

電流采樣用穿線式電流互感器，電壓采樣用經過互感器后用電阻采樣，再通過放大電路給單片機采樣計算有效值，再計算功率和功率因數，根據有功功率可檢測是否有純阻性負載接入，實現智能限電功能。漏電采樣可能檢測線路中是否存在漏電，如果單片機（M3062P）檢測到線路有漏電，當漏電電流達到設定值，單片機發出動作信號驅動繼電器全負載斷開，從而避免由漏電導致的火災的發生。Ia1、Ib1和Ic1是穿線式電流互感器。電壓采樣和電流采樣電路如圖3所示。

圖3 電壓采樣和電流采樣電路圖

1.1.4 LCD顯示電路

LCD顯示采用128×64點陣式液晶，其具有體積小、質量輕、超薄和可編程驅動等其他顯示無法比擬的優點，不僅可以顯示數字、字符，還可以顯示漢字，可實現屏幕上下左右滾動、動畫、反轉顯示、顯示閃爍多種功能。設計采用中文圖形顯示界面，使人機界面更為友善。