基于单片机智能防触电装置的研究与设计

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 。

３．２ 人体红外传感程序

ｖｏｉｄｍａｉｎ （）

｛

ｕｃｈａｒＤＨＴ ［ ５ ］；

ｕｃｈａｒｔｍｐ ；

Ｔｉｍｅ０ ＿ Ｉｎｉｔ （）；

ｗｈｉｌｅ （ １ ）

｛

ｉｆ （ Ｆｌａｇ ＿ １ｓ＝＝ １ ）

｛

Ｆｌａｇ ＿ １ｓ＝ ０ ；

ＤＨＴ ＿ Ｓｔａｒｔ （）；

ｔｍｐ＝ ＤＨＴ ＿ ＢｙｔｅＲｅａｄ （ ＤＨＴ ）；

ｉｆ （ ｔｍｐ＝＝ １ ）

｛

Ｈｕｍｉ＝ ＤＨＴ ［ ０ ］；

Ｔｅｍｐ＝ ＤＨＴ ［ ２ ］；

｝

｝

ｉｆ （ Ｈｕｍｉ ＞ ７０ ）

｛

ｉｆ （ ＥＬＥＣ ＝＝ １ ）

｛

ＢＥＥＰ ＝ ０ ；

ＬＥＤ ＝ ０ ；

｝

ｅｌｓｅ

｛

ＢＥＥＰ ＝ １ ；

ＬＥＤ ＝ １ ；

｝

｝

Ｄｉｓｐｌａｙ （）；

｝

｝

４ 结语

本文介绍了一种基于单片机的智能防触电装置 。 根据 天气条件的不同， 单片机选择性地在易发生触电危险的潮 湿天气条件下工作， 从外传感器获取附近环境信息 ， 然后 控制告警单元工作， 达到在视野较差的环境中也能有效避 免触电事故发生的目的。 该装置具有结构原理简单 、 成本 低、 续航能力强等优点 ， 具有较大的实用价值 。