基于单片机智能防触电装置的研究与设计

news2024/10/7 14:27:43

摘要：针对潮湿天气下配电线路附近易发生触电事故等问题，对单片机的控制算法进行了研究，设计了一种基于单片机的野外智能防触电装置。首先建立了该装置的整体结构框架，再分别进行硬件设计和软件流程分析，重点介绍了人体感应模块和告警单元工作的条件和方法。该装置使用常见单片机模块，拥有间歇工作的工作机制，满足了野外工作对低成本和高续航能力的要求，在潮湿环境下野外防触电应用方面具有现实意义。

关键词：单片机；温湿度传感器；人体红外传感器；防触电

０引言

配电线路处于电网末端，是电能从发电厂传输到用户端的最后一个环节。部分配电线路处于人员较密集区域，且架设高度较低，存在触电风险。目前，１０ｋＶ配电网点多面广、基础较差、线路复杂，时常发生人身触电事故，而且在潮湿天气，人体与大地接触部分电阻降低，电流更易经人体到达大地，因此在雨雾等天气条件下，由于视线模糊、天气潮湿等原因更易发生触电危险。然而，目前配电线路预防触电的措施并不完善，多用标识牌警示。本文从潮湿天气下配电线路易发生触电事故的实际情况出发，设计一种基于单片机的智能防触电装置，以改善配电线路缺少安全可靠防触电措施的现况。

１系统整体设计原理

本设计是一种实用型智能防触电装置，放置在配电线路触电事故易发区。利用单片机的键盘矩阵输入设定温度、湿度上下限，利用温度、湿度传感器获得外界温度和湿度值，通过单片机接收温度、湿度传感器数据，并与事先设定好的温度、湿度范围作对比。温度传感器和湿度传感器用与门电路连接后与人体红外传感器串接，如果测得的温度值和湿度值均在设定范围，那么人体红外传感器开始工作；检测到有人接近危险区后，告警单元开始工作，对接近人员示警。

２系统硬件设计

２．１系统总体结构

系统主要包括电源、单片机、温度传感器、湿度传感器、人体红外传感器和告警单元。其中，温度传感器、湿度传感器和人体红外传感器分别与单片机的信号输入端连接；人体红外传感器与单片机的信号输出端相连；电源与单片机形成供电连接。

基于单片机的智能防触电装置为内外两层结构。内层为信号接收处理层，主要包括单片机、温湿度传感器和人体红外传感器，主要作用为接收外部温湿度值和判断有无人员接近；外层为发出信号示警层，主要包括告警单元。电源设置在装置内层，单片机通过一侧设置的ＵＳＢ充电接口与电源相连。系统结构如图１所示。电源采用电池组；单片机型号为ＡＴ８９Ｓ５１；温湿度传感器型号为ＤＨＴ１１；人体红外传感模块为ＨＣ－ＳＲ５０１热释电人体红外传感器；告警单元中，蜂鸣器、ＬＥＤ灯均与单片机电相连。

２．２温湿度传感器

ＤＨＴ１１温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的复合传感器，应用专用的数字模块采集技术和湿度传感技术，确保具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。ＤＨＴ１１温湿度传感器包括１个电阻式感湿元件和１个ＮＴＣ测温元件，并与１个高性能８位单片机相连。ＤＨＴ１１温湿度传感器电路如图２所示。

２．３人体红外感应模块

ＨＣ－ＳＲ５０１热释电人体红外传感器具有全自动感应功能，当有人进入其感应范围时输出高电平，当人离开感应范围时则自动延时关闭高电平，输出低电平。该传感器同时具有可设置感应封锁时间功能，感应模块在每次感应输出后，可紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号，这样既可实现感应输出和封锁的间隔工作，也可有效抑制负载切换过程中的干扰。人体感应模块电路如图３所示。

２．４告警单元及组成

告警单元由中文文字转语音合成带喇叭播放器、蜂鸣器、ＬＥＤ灯、ＬＥＤ显示屏构成，设置在防触电装置外部，其结构组成如图４所示。告警单元以声光两种方式进行告警：ＬＥＤ灯、ＬＥＤ显示屏为光警；中文文字转语音合成带喇叭播放器、蜂鸣器为声警。告警单元中每个装置都与单片机的输出端相连。

３温湿度及红外传感系统软件设计

３．１系统控制流程

开始时，温湿度传感器、人体红外传感器、ＬＥＤ灯、ＬＥＤ显示屏、蜂鸣器、中文文字转语音合成带喇叭播放器均不工作。接通电源后，利用单片机上矩阵键盘输入温湿度范围数据储存于单片机中。温湿度传感器开始工作，单片机接收温湿度传感器获取的外界温湿度数据，与设定范围进行比对，满足设定条件则人体红外传感器开始工作，同时单片机开始接收人体红外传感器的数据。若有人接近危险易发地，则告警单元示警，ＬＥＤ灯点亮，蜂鸣器工作，中文文字转语音合成带喇叭播放器播放警示语，显示屏开始滚动警示语，声光告警同时发出，简单又有效地达到在天气潮湿、视野较差的环境中避免触电事故发生的目的。控制流程如图５所示。