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摘 要

目前，电网在中国已经普及到各个地区，广泛的电网系统给我们带来了很多方便。但随着用户的增加，电器和多样化的用户需求引起了电压的不稳定，这已经成为了损坏电气设备的主要因素。该设计能在电压高于限定电压或低于限定电压时自动断开电路，切断用电设备的工作电源。而在电压恢复正常后，除了能够自动恢复供电以外,还提供了用户复位电路,使得客户能够及时检查是否家庭用电有异常,自动和手动相结合,提高了保护器的保护能力。系统主要由交流电整流电路、分压电路、采样电路、控制电路、基于51单片机智能控制等模块组成。采用ADC0832实时采样,同时LCD1602实时显示监控电压，电路工作原理清晰明了，性能优良。

关键词： 51单片机，欠压保护，过压保护，LCD1602液晶显示

Abstract：Currently, power grid in China has spread to all regions, extensive grid system has brought us a lot of convenience. But with the increase in users, electrical and diverse user needs caused by voltage instability, which has become a major factor in damage to electrical equipment. The circuit is designed to automatically disconnect when the voltage is higher than the limit voltage or lower than the limit voltage, the power supply off electrical equipment. And after the voltage returns to normal, except to automatically restore power, but also provides a user reset circuit, enables customers to check for household electricity and timely abnormal, automatic and manual combine to improve the protection protector. System consists of an AC rectifier circuit, voltage divider circuit, sampling circuit, a control circuit, based on 51 single-chip intelligent control module. ADC0832 using real-time sampling, while LCD1602 display real-time monitoring of voltage, the circuit works clarity and excellent performance.

Keywords : 51 MCU, under-voltage protection ,over-voltage protection, LCD1602

目 录

1 绪论 3

1.1 概述 3

1.2 过电压 3

1.3 欠电压 4

2 系统的总体方案选择和设计 4

3 硬件系统设计 5

3.1 单片机最小系统设计 6

3.2 晶振电路 8

3.3 电压峰值采样电路 9

3.4 ADC0832采样电路 10

3.5 单片机对ADC0832 的控制原理 10

3.6 SPI串行接口方式 11

3.7 LCD1602显示部分 12

3.8 报警模块 13

4 程序设计 13

4.1 ADC0832 子程序流程图 14

4.2 LCD1602显示程序设计 15

5 整体仿真设计图和仿真效果 16

5.1 仿真设计原理图 16

5.2 仿真效果 17

结论 19

参考文献 20

致谢 21

1绪论

随着国防、工业、农业生产用电设备的普及，科学技术带来了革命性的变化，加快了社会的发展。人类进入了电气化时代，也使得生活质量有了很大的提高，生活与越来越多的电器设备更加密不可分。科技的发展，精密电子设备正在逐步改善，并有了翻天覆地的变化，但如何保护电气设备免受外界干扰这些问题成为当今科学技术发展的主要问题。在各式各样的需求中，一个可以用来保护家用电器的设计就非常有必要了，它已经成为目前的一个研究前沿课题。

1.1 概述

基于单片机的家庭节能断电保护电路设计是自动引入电源过压和欠压保护，其主要功能是电源电压低于10%或高于10%时，负载会自动切断供电线路，从而实现防止电气设备内部欠压或过压而损坏的目的。在一次断电后，系统将切断工作部份的电源。当再次通电时，电器仍然处于断电状态，避免短时间内的二次启动，从而会实现更有效的节能保护作用。

1.2 过电压

过电压指的是rms交流电压升高到正常值的10%以上，并且持续时间大于1分钟的电压波动现。过电压的出现通常是负荷投切的结果，用于实例的结果是：切断了大容量的电容器组负载或增加能量（过量的无功功率补偿导致的过电压）。

电力系统在特定条件下所出现的异常电压升高超过工作电压的现象，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。处于绝缘长期的工作电压的电工设备，为了保证电力系统安全可靠的运行，一定幅度的过电压有时候是电工设备必须承受的。从各种过电压的起因来看，幅值的预测，并采取一定的措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电力系统运行和电工设备制造都具有重要意义。过电压可分为外过电压和内过电压两大类。

雷电过电压、大气过电压都可以称为过电压。这些是由于地面受大气中的雷云放电而产生的。可以分为感应雷过电压和直击雷过电压两种。一般来说雷电过电压的持续时间约为几十微秒，并且具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。电工设备导电部分被雷闪直接击中时所出现的过电压称为直击雷过电压。直接雷击是指带电的导体被雷闪击中直接击中，如架空输电线路导线。反击是指正常情况下雷闪击中处于接地状态的导体，使其电位升高以后又对带电的导体放电的现象，如输电线路铁塔。上百万伏幅值的直击雷过电压，大多数情况下会破坏电工设施绝缘，从而会引起短路接地故障。雷闪击中电工设备附近地面的现象称感应雷过电压，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。

1.3 欠电压

工频下交流电压均方根值降低，小于10%的额定值，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象称为欠电压。引起欠电压的因素正好与过电压相反，某一电容器组的断开或某一大容量负荷的投入（由于无功功率欠压严重不足）都可能引起欠电压。

2 系统的总体方案选择和设计

单片机的功能强大，性能稳定可靠，功耗很低。特别是用于本系统这样一个控制相对简单的系统，具有高的性价比。单片机主要完成了系统的控制功能和信息处理功能(具体功能会在下一章节做介绍)。

AT89C51系列的单片机率先把MCS-51单片机的内核与Atmel公司擅长的Flash ROM技术相结合。Atmel公司所生产的AT89C51系列单片机与8051兼容，且内部含有Flash储存器。它源于8051而又优于8051的单片机系列。主要有以下特点：

1. 内部含Flash储存器；
2. 与80C51引脚兼容；
3. 错误编程也无废品产生；
4. 可反复进行系统实验。

该方法基于AT89C51单片机，具有设计智能，可以集成等优势。同时采用LCD1602实时显示用户家庭供电电压的实际数值，具有用户界面好，家庭电压情况清晰准确监控，同时反应迅速，具有手动复位等功能，真正体现了智能化的特性，具有较好的扩展性和实用性，故本设计选择AT89C51来完成设计，方案流程框图如图2-1所示。

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