1低压断路器及智能化脱扣器概述
1.1 低压断路器
随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。
特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。
1．2 脱扣器的发展过程
脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热
式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。
特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。
脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的
别是其人机对话功能是原来必须由制造厂整定后交付用户使用变成了使用单位可以根据线路中变化的过载情况或可能的短路故障随时自行调整整定值，断路器同样能达到高精度的保护要求。
脱扣器的种类繁多，但按功能来划分，基本上可以分为过电流，漏电，分励和电压脱扣器；按照结构来划分可以分为普通脱扣器，电子式脱扣器和智能式脱扣器。下面将详细讨论智能化脱扣器。
1．3智能化脱扣器及其关键技术
智能化脱扣器在结构上大致可以分为监测和传感模块，信号处理模块，动作模块，即将电路参数检测，信号处理，执行单元分离开来，故只要在参数检测和信号处理单元进行相应的设计和修改，一个字脱扣器可以实现传统意义上的几个脱扣器的功能。智能化脱扣器采用了微处理芯片，从而可使其配备应用软件，在硬件不变的情况下具备较大的适应性和升级能力。智能化的另一个较大的功能是可以实现通信化。课通信化是在脱扣器产品中加
入相关通信芯片或电路，是脱扣器的各种状态和工作参数能通过各种传输媒质（如现场总线，串行接口线等）与线路上的其他电气设备交流，适应了当前电气设备智能化及网络化的趋势。
国际上的名牌企业都有各自的智能化产品，如美国西屋公司的SPB系列（250~5000A）和C系列（150~1600A）塑壳式断路请，德国西门子公司的3WN系列产品，日本寺崎电气公司的AT系列（630~3200A）万能式和XH系列塑壳式断路器以及法国Merlin Gerin公司的Masterpact系列万能式断路器，没过通用电气公司退出的带数字化固态脱扣系统的多功能塑壳式断路器等。ABB公司的SACE Megamax F系列产品中的SACE PR1脱扣器和ISOMAX S系列产品中的PR2I2脱扣器，这两种脱扣器能通过网络对断路器进行运行参数设置和操作，通过简单的扩展便可以实现能源集中管理。
智能化脱扣器的结构见下图。在一个脱扣器上可以集成过电流，电压，分励等功能。在硬件上，微处理器模块，辅助功能模块和执行单元都可以是相同的，对电流和电压信号处理，现实等的不同都可以在设计软件里实现，过电流保护功能需配置过电流信号检测单元；而电压保护则需要配置电源，整流滤波，稳压，欠压延时等单元；分励功能只需要增加一个开关即可。
1.4 监测和传感技术
电压检测通常用电压传感器（电压互感器），而电流检测常用电流传感器（电流互感器），后者有实心和空心之分，两者各有利弊。采用实心电流互感器在小电流时线性度好，但大电流时铁心易于饱和，线性度差，测量范围小；采用空心电流互感器，线性度好，测量范围广，但小电流时，信号较小，测量误差大。要提高小电流时的测量精度，必须改变互感器线圈匝数，增加互感器副边输出信号幅度。点小电流时，若副边输出信号过大，大电流
时则信号难以采样，甚至破坏电路的正常工作。因此，如何提高小电流时的测量精度，实现全范围电流的精度测量，是断路器实现智能化的关键技术之一。为此，信号检测单元在采用适当的传感器后，还应该采取各种信号放大器进行适当的放大，及采取噪声滤波器进行噪声滤波等。
此外，需要考虑的因素还有很多，如输入输出特性，灵敏度，频率响应，时间常数，温度系数，测量范围等。
ABB的新产品的检测元件就选择了高质量的空心电流互感器。1.5 微处理器及其接口技术
对位处理器的基本要求是具有硬件通用化，应用灵活化及记忆，计算，查表能力，指令系统应具有实时控制，执行速度快等一系列有点，因为这是断路器智能化的核心。目前微处理器已形成多系列，多品种局面。我国当前使用的较多的是MCS-51系列，有10多种型号。
接口技术是微处理器与外围设备之间的技术，既包括硬件技术，也包括软件技术。接口电路有多钟，常用的有：微处理器通用接口，键盘，显示器接口，打印机接口，A/D（模/数转换）接口，D/A（数/模转换0接口等。
1.6 应用软件设计技术
可以说软件是智能脱扣器的灵魂，微处理器与数字电路的本质区别就是在于它具有软件系统，很多硬件电路能实现的，软件也能做到，因此在电路设计时，有时可以考虑用软件来部分或全部实现硬件的功能。从软件的功能来看可以分为两大类，一类是执行软件，要能完成各种实质性的功能，如实时采样，数据处理，现实，打印，输出控制，通讯，人工智能，优化技术等。另一类是监控软件，，这是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在
系统软件中充当组织调度的软件。这两了软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重于算法效率，与硬件关系密切，千变万化；监控软件着眼全局，逻辑严密。
当前重点放在前者上，由于脱扣器的工作特点，快速反映对其工作性能的作用不言而喻，在加强传感器技术研究的前提下，采用先进的算法也是很有必要的。ABB新的断路器所采用的算法在几百μs内就能检测出增大的短路电流，此段时间包含了相电流的A/D转换时间，噪声滤波器的动作时间，信号处理以及发出开断指令所需要的时间。在最佳短路参数条件下（短路发生在接近90°相位时），此算法能够在小于200μs内检测到短路电流。此算法能够区分短路和噪声脉冲，且速度相当快（总检测时间＜1ms）。
而且，为了能够早期检测增加的短路电流值，仅检测现在的电流指示不够的，必须能够预测电流的变化趋势。可以同该观察相电流的一阶或多阶导数di（t）/dt获得，即可对所预测的情况的实际电流i（t）和它的导数之间的联系进行跟踪。这也是需要现金复杂的算法。
此外，断路器不仅要早短路故障发生时开断电路，而且当系统正常运行时保持闭合状态。若是由于误报警导致停电，会造成极大浪费，要设法避免。这样是要采取相关的算法。
1.7 抗干扰技术
电子电器的干扰来自各个方面，有电气干扰，还有环境温度变化以及电压，振动，时间等各种因素造成的干扰，其中电气干扰是各类干扰中的主要因素。干扰通过各种线路侵入微处理器系统。也可以以场的形式从空间侵入微机系统，供电线路是电网中各种浪涌电压入侵的主要途径。有的断路器工作环境恶劣，干扰因素多，他常常工作在大电流（几KA，短路时可达50KA以上）。以场
的形式入侵时干扰传播的主要途径，表现为通过静电感应，电磁感应灯方式在微处理器系统中形成干扰，引起断路器误动作。抗干扰的措施有硬件抗干扰，软件抗干扰，也有软硬件结合的措施。分析干扰源及干扰波的传播途径，合理选择抗干扰措施是低压断路器实现智能化的重要内容。
1.8可靠性技术
电子产品的可靠性设计的范围很广，诸如元器件的可靠性，技术设计，工艺水平和技术管理等共同性决定了电子产品的可靠性指标。提高产品的可靠性，必须掌握产品失效规律，只有对产品的失效规律有全面的了解，才能采取有效的措施去提高产品的可靠性。
2 系统功能与硬件设计
智能脱扣器的主要原理框图如图1所示。主要由电源模块、电流检测调理单元、P89LPc938单片机、脱扣器检测和脱扣控制电路、I2C总线和通讯模块六大部分组成。工作时，电流互感器(空心线圈)采集三相电流和地线电流，送入整流电桥，通过采样电阻将电流信号转换为电压信号，输出两路信号。一路是通过整流电桥对输入的交流信号进行滤波、转换，变成+15V直流电压，再通过7805电路和7103电路，对产生的直流电进行电压变换，产生+5V和+3V直流电源，分别给单片机和脱扣器检测电路供电。一路是从直流部分取样，通过LM324电路进行放大，并对放大信号进行取样和计算。从LM324电路放大后的取样信号，又输出两路信号。一路送往P89LPC938单片机的A／D转换器接口，单片机对信号进行数字转换、计算和判断；另一路送往Hc00和LM358电路组成的模拟脱扣检测电路，单片机将检测到的电流信号与整定值比较，判断是否脱扣，若脱扣则确定动作时间并发出控制信号及报警信号，将直接驱动脱扣电路发出跳闸信号。通过I2 C总线8位远程I／O扩展口芯片扩展了键盘接口，扩大了脱扣器整定量程，可以更大限度地对脱扣器的各种保护特性的参数进行设置和检验。提供标准RS485接口，实现与上位PC机通讯。
智能脱扣器框图
图1
图2
2.1 电源模块
智能控制器采用双电源供电，一路为自生电源，用电流互感器从主电路感应出电流，经过三相整流、滤波、稳压，输出+3V、+5 V、+15V电压，分别供单片机、电流电压采样电路及脱扣驱动机构工作，当线路电流不低于0．4倍额定电流值时，即可保证控制器的正常工作；另一路为辅助电源，选用宽电源输入的开关电源模块，不仅在主电源不能工作时提供电源，还可在断路器断开的情况下使智能脱扣器继续工作，如参数整定、状态显示和通信。同时在系统断电的情况下，我们用电池来维持单片机的低功耗状态。
2.2 电流检测调理单元
电流检测调理单元由采样电阻、整流滤波、放大电路组成。其主要功能包括对信号进行低通滤波、跟随、放大、带通滤波4个环节，这样能够去掉大部分干扰信号。采样信号通过LM324电路进行放大，然后对放大信号进行取样和计算。最后，将取样电流信号送到单片机A／D采样通道口，以使系统进行数据AD转换。
2.3 微处理器单元
单片机以其高性价比和可靠性成为智能化断路器智能控制系统的首选。微处理器单元由高性能的自带A/D 转换、看门狗监视器、I2C 串行总线和高速输入输出通道、通讯接口和标准的JTAG 程序烧写口的单片机及其外围电子电路组成。配以优化的软件, 组成的单片机控制系统所需外围元件少, 使得设计简单, 布线方便, 而且在稳定性和抗干扰能力上都有极大的提高。
各交流量分别经信号输入回路、低通滤波器送到CPU 控制的多路开关, 经模数转换后, 由DB 数据总线送到数据存储器（RAM）。CPU 通过调用程序存储器（EPROM）中的程序对采集的数据进行计算, 其计算结果与存放在电可擦存储器（E2PROM）中的整定值进行比较, 作出相应的故障判断处理。再通过输入输出端口（I/O）将处理信号送到相应外设（信号与出口）发出报警信号, 或执行跳闸。微处理单元除了要完成整个系统的测量、保护、逻辑等功能外, 还具有自我故障诊断和监察的能力,当断路器本身发生故障或环境温度超过允许范围时, 能发出相应的信号显示或报警, 同时重新起动。自诊断的项目主要有EPROM出错、A/D 转换出错、环境超温、CT 断线、跳闸线圈断线、断路器拒动及触头维护。微处理单元的自诊断功能不仅大大提高了断路器的运行可靠性, 更给后期维修、故障判断工作提供了极大的方便。
2．4 脱扣器检测和脱扣控制电路
主要任务是实时检测和显示三相电路的电流、电压等参数，同时判断电流是否大于所设定的故障电流值而决定是否发出脱扣控制信号，并实时处理过载、短路、接地故障等故障信号，按保护特性要求延时或瞬时控制执行元件分断断路器，从而达到保护的目的。本设计采用过载长延时(反时限)、短路短延时(反时限+定时限)、短路瞬动三段保护，各种故障保护的电流整定值和动作时间可通过键盘设定，并存储在单片机的EEPROM中。单片机将检测到的电流值与这些整定值相比较，判断阈值是否脱扣，在A／D 中断模块的每一个中断中执行瞬动保护子程序，若超过设定的瞬动阈值，即脱扣；若未超过阈值，则继续采样。若脱扣，则先确
定动作时间，再发出控制信号，同时显示故障电流、故障类型和动作时间；否则，刷新显示。为保证断路器的可靠动作，还提供模拟脱扣方式，当故障信号超过规定值时，不经过单片机的检测而直接使断路器脱扣。
2.5 显示和键盘单元
在智能化设备中, 不仅要实现自动控制, 还要能把相关信息传递给操作运行人员, 还要能够接受外部输入并做出响应。良好的用户界面是人机对话所不可缺少的, 灵活的键盘管理及直观的信息显示给用户提供了极大的便利。通过液晶屏或发光管能够适时显示各种状态和负载的参数值及故障电流、故障类型和保护动作、试验整定情况, 结合按键还可以进行保护的整定、预警值的设定、开关的试验和各种功能的检测。
2．6 通信模块
通过RS一485／RS一422收发器模块MAx3082E，脱扣器能与上位PC机进行Rs485通信，将脱扣器设置的参数、检测的电流情况、记录的重要事件等传送到上位PC机。同时，上位PC机可通过RS485通信对断路器进行遥控(断路器分、合闸)、遥测、遥调(调整保护整定值)、遥信的“四遥”功能。
3 系统软件设计
3.1 软件设计过程
软件设计主要分为两个部分, 主程序和中断程序。主程序包括故障处理、键盘处理、显示处理、通信处理等子程序; 中断程序包括定时器中断、键盘中断、通讯中断等。
单片机对工频电流信号进行采样, 利用一种基于小波分析和FFT 的改进算法计算电流的有效值,可以提高采样的精度, 满足系统对延时保护高精度的要求。小波算法在采样过程中检测到可疑信号点后, 由FFT 算法进行有效值判断, 如果没有超过门槛值, 则可疑信号点无效, 回到小波算法中继续寻找采样可疑点; 如果有效值超过门槛值, 则认为可疑点有效, 根据各保护条件输出相应信号。
多功能脱扣器实时控制采用定时器中断方式,判断瞬时故障为最优先中断; 判断短延时、长延时和接地故障为次优先级中断, 按键操作为低级中断。每一相电流依次采样, 分别与前一次保存的数据比较, 保存较大的数据。接着计算出最大相电流,与瞬时整定电流值比较, 判断是否瞬时故障。按键闭合时产生中断请求, I/0 响应中断, 执行中断服务程序扫描按键, 判别键盘上闭合键的键号并作出相应的处理。这时还需排除键抖动引起的误操作, 以及避免对同一个键的一次闭合作多重处理的错误, 采用双键封锁的键盘工作方式来排除上述误操作, 在去抖动周期内有两个键按下, 则认为是同时按下, 只有最后释放的那个键作闭合处理。根根计算出的
键号,执行相应的程序, 实现脱扣器的各种操作保护功能。
3.2 智能化脱扣器软件流程主程序
心得体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．在这次设计过程中，体现出自己单独设计智能化脱扣器的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的种老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。
1低压断路器及智能化脱扣器概述 1.1 低压断路器 随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 1．2 脱扣器的发展过程 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热
式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。
《数字电子技术》课程设计报告 8路智力抢答器 设计与制作 设计要求： 1、可同时供8名选手或8个代表队参加比赛； 2、主持人控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答 的开始； 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能； 4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由 主持人设定； 5、具有报警功能。 成绩：评阅人： XX科技学院理学院
8路智力抢答器 设计与制作 8路智力抢答器是一种用数字电路技术实现由主持人控制、定时抢答、报警功能的装置。他是在规定的时间内进行抢答。一旦有人抢答，显示器上会同时显示抢答时间和抢答选手号码。当超出规定时间时，即使抢答，不会显示选手号码。 8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时序电路。通过此次设计与制作，进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。 一、设计要求 （一）设计指标 1、计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、 2、 3、 4、 5、 6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0——S7。 2、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管行显示出选手的编号，
同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 4、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响。 5、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 6、如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。 （二）设计要求 1、画出电路原理图（或仿真电路图）； 2、元器件及参数选择； 3、电路仿真与调试； （三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 （四）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 二、原理框图 抢答器系统原理框图如下所示。它由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路完成基本抢答后，选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成定时
课程设计报告 课程名称电器智能化原理及应用 课题名称基于单片机智能化脱扣器的设计 专业 班级 学号 姓名 指导教师钟义长 2010年12 月20 日
课程设计任务书 课程名称电器智能化原理及应用 课题基于单片机智能化脱扣器的设计 专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审批 任务书下达日期2010 年12月6 日 任务完成日期2009 年12 月20 日一、设计内容与设计要求
1. 设计内容： 基于单片机智能化脱扣器的设计 2．设计要求： 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，说明书撰写等具体要求） 1. 合理脱扣电路的总体方案并画出方框图； 2. 实现以下功能：①四段保护功能，包括过载长延时、断路瞬时和短延时、单相接地的保护功能。②电流表和电压表功能，能显示各相电流、电压值。③参数整定和试验功能，可对脱扣器的各种参数(电流、时间等)进行整定;可对脱扣器的各种保护特性进行检查。④远端监控和自诊断功能，当脱扣器发出分断断路器信号时，能通过触头或光藕输出，向远端发出报警信号;脱扣器也具有本机故障诊断功能，并进行报警。⑤负载监控和热记忆功能，负载监控是当断路器运行电流达到设定限时，能发出预警信号。⑥通信功能，脱扣器具有串行通信接口，能与远端计算机、PLC等进行连接，实现遥测、遥调、遥控、遥信功能。 3. 用16K纸和protel99绘制详细电路原理图，电路图应符合电气要求； 4. 设计并用16K纸绘制软件流程图，流程图要模块化并具有可读性（即根据流程图知道程序功能实现过程）；编制模块化源程序； 5. 按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书（6000 字左右）； 6.设计说明书应详细说明设计思路、特点和电路工作原理，并通过计算表明所设计的系统满足测量精度和要求的功能。 7.写出心得体会。 二、进度安排 第 14 周星期一内容介绍与查找资料 星期二总体电路方案确定 星期三～星期五电路分析、设计 第 15 周星期- ～星期四电路设计、仿真及调试 星期五资料整理及答辩 附： 课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。 正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。 正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现（至少要有一个主要模块的流程图）；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）。 正文总字数要求在5000字以上（不含程序原代码）。 电气信息系课程设计评分表
目录 第一章概述 (1) 1.1 智能抢答器的简要介绍 (1) 1.2 抢答器的控制要求 (1) 1.3 抢答器的控制特点分析 (2) 第二章硬件电路设计 (2) 2.1 PLC机型的选择步骤与原则 (2) 2.2 LED显示器的设计 (4) 2.3 PLC与七段数码管直接连接阻值计算 (4) 2.4 IO分配表 (5) 第三章程序设计 (5) 3.1 梯形图设计 (5) 3.2 程序运行过程分析说明 (8) 第四章组态简介 (9) 4.1组态王的简单介绍 (9) 4.2关于组态的设计 (10) 4.3组态王的运行结果 (12) 总结 (13) 文献参考 (14)
皖西学院2013届本科课程设计报告 第一章概述 1.1 智能抢答器的简要介绍 抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一名选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。 1.2 抢答器的控制要求 （1）竞赛抢答器能使4个队同时参加竞赛抢答。 （2）设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始按钮SB0和复位按钮SB5；参赛台设有按钮。1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4。 （3）智能抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下开始按钮SB0后30s内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。30s时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。抢到题的队必须在30s内答完题，如30s内还没答完，则作超时处理。赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。 （4）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答做好准备。 表1-1各硬件与座位的对应关系
低压断路器智能脱扣器的设计与实现 黄绍平,李永坚(湖南工程学院,411101) 摘要:智能化开关设备是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和通信技术而形成的新一代开关设备。本文介绍了低压断路器智能脱扣器的设计方案和具体实现方法,这种智能脱扣器具有测量、保护、通信和断路器状态在线监测等功能。文中着重阐述了硬件系统的原理和具体电路,并对软件设计要点进行了介绍。 关键词:低压断路器;智能脱扣器;测量;保护 中图分类号:TM561文献标识码:B文章编号:1004-0420(2004)03-0008-03 Design and implement on intellectualized release of low voltage circuit breaker HUANG Shao-ping,LI Yong-jian (Hunan Institute of Engineering,411101) Abstr act:Intellectualized switchgear is a new generation switchgears,which syncretizes microco mputer technology,digi2 tal processing technology,and communication technolo gy.In this paper,a design project and the implement methods for the in2 tellectualized release of low voltage circuit br eaker are introduced.This kind of intellectualized r elease have some functions, such as measurement,protection,co mmunication and on-line monitor ing fo r the status of cir cuit breaker.The principle of its hardware system and the detailed circuits ar e explained,and the design points of software are o ffered. Key wor ds:low v oltage cir cuit breaker;intellectualized r elease;measurement;protection 0引言 低压断路器(又称自动空气开关)是低压电网中一种重要的控制电器和保护电器,应用非常广泛。低压断路器一般由触头系统、灭弧装置、脱扣器和操动机构等4部分组成。其中,脱扣器是低压断路器的检测和故障处理单元,它对被保护电路进行电参数的检测和判断,决定断路器是否动作和如何动作。传统的低压断路器采用电磁式和热式脱扣器,其动作精度低,动作值整定困难;而且,为了获得不同的保护特性,要配置不同的脱扣器。随着配电自动化的发展,使用传统脱扣器的低压断路器已不能适应新的要求。于是,运用计算机技术、数字信号处理技术和通信技术的智能脱扣器成为国内外开关电器行业的研究开发热点。 智能脱扣器也叫做智能控制器或智能控制/保护单元,它一般具有以下功能: a.保护包括电流三段保护(长延时过电流、短延时过电流、瞬时短路)、单相接地故障保护、欠压保护等,而且保护参数可设定; b1测量可测量电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电能等各种电量,并可以显示; c1断路器状态在线监测例如:1断路器操作次数统计)))监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数;o开断电流加权值)))间接监测断路器触头的电磨损,预测其剩余电寿命; d1通信智能脱扣器与配电自动化系统的主控计算机(上位机)进行通信,一方面,上传电参数测量值、断路器工作状态(断开还是闭合)、故障信号、断路器自诊断信息等;另一方面,上位机可对断路器进行遥控(断路器分、合闸)、遥测、遥调(调整保护整定值)、遥信的/四遥0功能。目前,世界上各大开关电器制造商均推出了智能型低压断路器(装有智能脱扣器的断路器),如ABB公司的F 系列,施耐德公司的M系列,西门子公司的3W N 系列和3VF系列,三菱公司的AE系列等,这些产品均在国内有所应用。国内一些电器厂家也推出 ) 8 ) 机床电器2004.3研究#开发)))低压断路器智能脱扣器的设计与实现
脱扣器 定义：与断路器机械上相连的（或组成整体的），用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。（GB 10963.1-2005/IEC 60898-1:2002）一般说来，传统的双金属片机械式或电子电磁式脱扣器与脱扣机械部分组成整体，目前智能脱扣器则不包含机械脱扣部分，仅指控制板（即可理解为断路器的内置“控制器”）。 脱扣器是配漏电保护器的，作用是当线路有漏电或人身触电时通过零序电流互感 脱扣器 器的电流的矢量和不等于零，互感器二次线圈的二侧产生电压，并经集成电路放大，当达到整定值时，通过漏电脱扣器在0.1秒内切断电源，从而起到触电和漏电保护作用。 脱扣器具有过载、断路、漏电、欠压、过压、不平衡、欠频、过频、逆功率、相序等保护功能；还具有负载监控、实时值测量、需量测量、谐波测量、测量表设置、维护、通信、DI/DO、区域选择性联锁、试验联锁、LCD界面显示等等功能。 编辑本段脱扣器的分类 电磁脱扣器只提供磁保护，也就是短路保护，其实际上是一个磁回力，当电
电磁脱扣器 流足够大时产生的磁场力克服反力弹簧吸合衔铁打击牵引杆从而带动机构动作切断电路。 热磁脱扣器提供磁保护和热保护，热保护也就是过载保护。热保护：电流经过脱扣器时热元件发热（直热式电流直接过双金属片），双金属片受热变形，当变形至一定程度时，打击牵引杆从而带动机构动作切断电路。一般来说，电路中都用热磁脱扣器来提供短路和过载保护，只有一些特殊场合用电磁脱扣器提供短路保护，而由其它元件（如热继电器）来提供过载保护。 电子脱扣器可以有以上所有功能，并可以方便地进行整定。电子脱扣器就是用电子元件构成的电路，检测主电路电流，放大、推动脱扣机构。 编辑本段三种脱扣器各自的优缺点 电磁脱扣器的缺点是只能提供短路保护，其优点就是成本低，寿命长，受环境影响小。 热磁脱扣器的缺点是只能提供二段保护；动作值误差比较大，不可以调节（现在所谓的新一代断路器可以机械调节，但调节幅度很小，且误差相当大）；受环境影响较大。其优点就是成本低，性能稳定，可靠性相对较高，不受电压波动影响，寿命长，有些型号可以倒进线。 电子脱扣器的优点是其可以提供三段甚至四段保护；灵敏度高，动作值比较精确，而且可以调节；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制；基本不受环境温度影响。其它缺点就是成本过高，而且国货可靠性不高，还有一般不可以倒进线。 目录
四人智力抢答器课程设计 报告 Prepared on 22 November 2020
数字电子技术课程设计报告 设计课题: 四人智力竞赛抢答器 学院: 专业: 电子信息工程 班级: 2010级电信(1)班 姓名: 学号: 日期 2012年 12月9日——2012年12月23日指导教师:
摘要 在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。 通过本学年的《数字电路技术》的学习我们知道了它的原理其实是比较简单的，主要就是通过四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统控制选手的抢答情况，再通过逻辑电路将输入开关、脉冲及输出LED灯、数码管和扬声器连接起来即可。电路由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路主要由74LS175，即4D触发器来构成抢答锁存器，由主持人来控制74LS175的清零端。当清零端为高电平“1”时，选手开始抢答，最先按键的选手相应的LED发光二极管发光，并且扬声器发出声音，同时，由4个Q及门电路组成的锁存电路来控制其他选手再按键时不再起作用。扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，并且在设计中加入了报警电路，以提示选手和观众。 经Proteus仿真软件验证抢答器原理图无误，可实现设计所要求功能。 关键词：四人智力竞赛抢答器、74LS175、脉冲、锁存器 目录 1 设计任务及要求 (1) 2 比较和选定设计的系统方案、画出系统框图 (1) 方案比较 (1) 系统框图 (3)
3单元电路设计、参数计算和器件选择 (3) 抢答电路设 (3) 定时电路设计 (6) 报警电路设计 (9) 4完整的电路图及电路的工作原理 (10) 完整电路图 (10) 工作原理..............................................................................11 5经验体会. (12) 参考文献 (12) 附录A：系统电路原理图 (13) 附录B：元器件清单 (14)
智能脱扣器（电子型过流脱扣器）简介 智能脱扣器主要功能简而言之是过流保护（短路、过载保护），是用电子元件来完成传统断路器上双金属片的过载保护和磁轭与衔铁组成的短路保护。 传统的过流脱扣器（由双金属片受热变曲和短路时大电流产生的电磁力使断路脱扣）简称为热动电磁型过电流脱扣器。 智能脱扣器（由电流采样互感器，对流过断路器的采样，经过单片机进行处理和判断，由脱扣线圈执行脱扣，简称为电子型过流脱扣器，无论电子型还是热动电磁型，脱扣器应能满足GB14048.2-2001有关要求，并且对电子型有附加要求（见GB14048.2-2001附录F）。 主要是： 1．抗扰度试验（EMC电磁兼容性）。 2．干热试验。 3．温热试验。 4．热冲击试验。 5．射频发射验证。 电子型要完成传统热动电磁式的过流保护功能并不困难，而要防止电子型在各干扰情况下不出现误动作和拒动作现象是应特别注意的问题。另外还有一个要注要的问题，就是在大电流短路时，其脱扣速度是越快越好，脱扣速度的快慢将直接影响到断路器的分断能力。 电子型的工作原理： 通过电流采样互感器把通过断路器电流作为信号和工作电源取出（1、作为电流大小信号。2、作为电子元件的工作电源。3作为脱扣线圈的工作电源）。 单片机对采样信号进行判别（大小、及是否干扰信号等）。并作为相应的信号输出或执行脱扣。 例：1．负载电流的指示 2．预报警的指示 3．过电流的指示等 单片机也接受人们对过流保护动作特性曲线的设定，简单地说就是多大的电流对应多长的时间跳闸。通过旋动电子组件板上的6个电位器来完成。 例： 1.电流设置值Ir 2.长时延迟动作时间T L 3.短时延迟脱扣电流Is 4.短时延迟动作时间Ts 5.瞬时动作电流I I 6.预报警电流Ip 当单片机判定条件满足时触发可控硅，使脱扣线圈得电。从而使断路器跳闸。 下面对电子型脱扣器的旋钮及接口等作简要说明，以800型断路器为例。 70% 负载电流指示发光二极管 当流过断路器的电流≥Ir（A）×70%时（Ir：电流设定值）其发光二极管开始发光（发绿色光）。 例：Ir（A）旋钮指向400档 那么当流过断路器的电≥400A×70%（即≥280A）时，其发光二极管开始发绿色光。
学年论文 （课程论文、课程设计） 题目：四路智力竞赛抢答器 作者：戎飞 所在学院：信息科学与工程学院 专业年级：电信 09-1 指导教师：王建英 职称：讲师2011 年 06 月 24 日
四路智力抢答器 摘要 抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B 号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。 数字抢答器由抢答电路,定时电路,报警电路,时序电路组成。优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,用控制电路和报警电路实现报警功能。以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。 关键字抢答电路定时电路报警电路 DXP Multisim 引言 当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。那么也就必然离不开抢答器，而现在的抢答器朝着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场本文设计
的抢答器，电路简单，成本较低，操作方便，灵敏可靠，具有较高的推广价 值。 而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要 进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判 定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。抢答器 在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。通过抢答器 的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。 正文 一、设计内容及要求 1、设计内容 设计一台供4名选手参加比赛的数字抢答器。 2、设计要求 （1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮S0 ～ S3表示。 （2）设置一个复位和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 （3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 （4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动“开始”键后，定时器进行倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。 （5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 （6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。
课程设计 课程名称_数字电子技术课程设计 题目名称四人智力竞赛抢答器 学生学院 专业班级 学号 学生__ _________ 指导教师 四人智力竞赛抢答器课程设计报告 一、设计题目 题目：四人智力竞赛抢答器 二、设计任务和要求 1）设计任务 设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。 2）设计要求
(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。 (2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。 (3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 (4)抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。 (5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。 (6)可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1H z的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。 三、原理电路和程序设计 1．数字抢答器总体方框图 如下图所示为总体方框图。电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，优先判断，编号锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再将数字显示在显示器上同时产生音响。接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，而当主持人将开关置“开始”状态，即当主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由9计到0，选手在定时时间抢答，如有选手抢答，倒计时停止。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示零。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。 主持人
湖南工程学院 毕业设计说明书题目：低压断路器智能脱扣器的设计 专业班级： 学生姓名：学号： 完成日期： 2012年6月10号 指导教师：黄绍平 评阅教师：谢卫才 2012年6月10号
湖南工程学院 (论文) 诚信承诺书 本人慎重承诺和声明：所撰写的《低压断路器智能脱扣器的设计》是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。 设计(论文)的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年月日
湖南工程学院应用技术学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：低压断路器智能脱扣器的设计 姓名专业电气工程及其自动化班级学号 指导老师黄绍平职称教授教研室主任林友杰 一、基本任务及要求： 本课题要求设计一个以单片机作控制器的低压断路器智能脱扣器，要求具有过载、短路、欠电压、过电压、三相不平衡、接地保护、负荷监控、电气量测量、通信（RS-485）等功能，采用LCD 显示。在规定时间内，完成以下工作： 1．整体方案的确定； 2．硬件系统设计； 3．程序设计与仿真调试； 4．提交毕业设计论文。 二、进度安排及完成时间： （1）2月27日至3月11日：查阅资料，熟悉课题；撰写文献综述和开题报告 （2）3月12日至3月25日：整体方案的确定 （3）3月26日至4月8日：毕业实习.撰写实习报告。 （4）4月9日至4月29日：硬件系统设计 （5）4月30日至5月21日：程序设计与软件仿真调试 （6）5月22日至6月10日：撰写毕业设计论文。 （7）6月11日至6月16日:毕业设计答辩
目录 摘要...................................................................... I Abstract ................................................................. II 第1章绪论 (1) 1.1脱扣器概述 (1) 1.2 课题研究目的及意义 (1) 1.3 课题内容概述 (2) 1.3.1 硬件电路设计 (2) 1.3.2 软件设计 (2) 第2章智能脱扣器硬件设计 (3) 2.1 硬件总体方案 (3) 2.2单片机的选用 (4) 2.3 模拟信号检测单元 (5) 2.4 单元电路设计 (7) 2.4.1 真有效值转换电路 (7) 2.4.2 过载保护 (9) 2.4.3 短路保护 (12) 2.4.4 模拟脱扣电路 (14) 2.4.5 脱扣输出电路 (16) 2.5 负载监控 (17) 2.6 自诊断和监察 (18) 2.7 电源选择 (18) 2.8 通信接口 (18) 2.8.1 RS-485 通信接口电路 (19) 2.9 硬件抗干扰设计 (20) 2.9.1 抗干扰设计 (21) 2.9.2 RS-485抗干扰措施 (23) 第3章软件设计 (24) 3.1 软件系统的总体设计 (24) 3.2 初始化子程序 (25)
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《数字电路》课程设计报告
智力竞赛抢答器逻辑电路设计 计算机与信息工程学院2009级2009******* 指导教师戚桂美讲师 摘要设计一个可以容纳4名选手或4个代表队比赛的抢答器。设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优先抢答选手的编号保持到显示器上，直到主持人将系统清除为止。 关键字抢答器电路图74LS74 1引言 智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们增加些科学知识和生活常识。 在进行智力竞赛抢答时，各参赛者考虑好后都想抢先答题。如果没有合适的设备，有时难以分清它们的先后，是主持人感到为难。为了使比赛能顺利进行，需要有一个能判断抢答先后的设备，来做一个公正的裁判员。称之为智力竞赛抢答器。 2设计任务及主要技术指标和要求 2.1 主要的设计指标和要求 主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用；在主持人宣布抢答开始后，可以进行抢答。它的任务是从若干名参与者中确定出最先的抢答者，立即将其编号锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时用声和光提示。此外，封锁输入电路，禁止其他选手抢答，优先抢答选选手的编号一直保存到主持人将系统清零为止。为此我们小组决定就这次机会设计一个低成本但又能满足需要的四路智力竞赛抢答器。
2.2 设计任务和要求 (1) 设计一个可以容纳4名选手或4个代表队比赛的抢答器。 (2)设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 (3) 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并将优先抢答选手的编号保持到显示器上，直到主持人将系统清除为止。 3工作原理 接通电源后： 主持人的开关拨到“清除”状态，此时抢答器处于禁止状态，编号显示器处于“0”；主持人将开关设置为“开始”状态，并宣布“开始抢答”，此时抢答器开始工作。 当参加智力竞赛的选手摁下手中的抢答器时，蜂鸣器和LED数码管会用声和光提示，并显示该小组的编号。 只有最先抢答者的编号才能被锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时用声和光提示。 由以上两个条件可以想到： 用D触发器来实现，D触发器是一个输出跟输入一样的触发器。 将主持人的开关和D触发器的清零端相连。 D触发器是一个在CP脉冲上升沿时反转的触发器。所以只要有一个抢答器输出为1时，就让所有抢答器的脉冲没有上升沿，这样就轻而易举的让其他小组的抢答无效了。 蜂鸣器和LED数码管的提示延续到主持人清零为止，不能在变。 当一轮抢答结束后，主持人将其清零，准备下一轮抢答。
智能型塑壳式断路器脱扣器的设计 摘要:介绍了智能型塑料外壳式断路器(HSM1z-160)脱扣器的内部结构、工作原理、零件设计与制造时应注意的问题及不同结构零件中技术参数的分析比较。通过技术改进，使该结构装置具有加工方便、成本低，性能准确、可靠等优点。0引言随着科学技术的不断进步，特别是电子技术、微电子技术、计算机、通信技术和电力工业自动化的飞速发展，产品逐渐趋于智能化、模块化、组合化，将不同功能的模块按不同的需求组合，是当今低压电器产品的发 摘要: 介绍了智能型塑料外壳式断路器(HSM1z-160) 脱扣器的内部结构、工作原理、零件设计与制造时应注意的问题及不同结构零件中技术参数的分析比较。通过技术改进，使该结构装置具有加工方便、成本低，性能准确、可靠等优点。 0 引言 随着科学技术的不断进步，特别是电子技术、微电子技术、计算机、通信技术和电力工业自动化的飞速发展，产品逐渐趋于智能化、模块化、组合化，将不同功能的模块按不同的需求组合，是当今低压电器产品的发展趋势。塑料外壳式断路器中的智能型塑料外壳式断路器( 简称智能型断路器)的智能化优势在使用中越发突出。脱扣器作为一个部件，是电子式和智能型断路器的重要组成部分。由于脱扣器是控制器的执行部件，其性能对电子式和智能型断路器有着至关重要的作用。现阶段的智能型断路器中所用脱扣器技术已趋成熟，本文对不同壳架电流所用脱扣器的设计作一比较。 1 脱扣器结构组成及原理 1. 1 脱扣器结构 HSM1z-160 脱扣器主要有壳体、端板、推杆、衔铁、垫块、导磁片、磁钢、称套、线圈、弹簧、轴等零件组成，其结构如图1 所示。 1. 2 脱扣器机构工作原理 脱扣器是一种含有复位装置的断路器脱扣装置。它将磁性元件、导磁体、线圈、衬套、储能器、驱动元件等紧凑地安装在一个体积很小的壳体内，并由磁性元件、壳体、导磁片、动作元件组成一个特定的磁回路。常态下，衔铁在永磁体作用下保持吸合状态，即磁回路将储能器处于最大的势能状态，当控制器检测到主回路过载或短路时，给脱扣器一个一定强度的短时持续脉冲信号( 持
一、设计题目 四人电子抢答器 二、设计功能 1．基本功能 （1）抢答器同时供4名选手比赛，分别用4个按钮key5~key8表示。 （2）设置一个系统重置和抢答控制开关start（key1），该开关由主持人控制。 （3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 2.扩展功能 （1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。 （2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 （3）在设定的抢答时间内如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效， 3.自主功能 （1）抢答器具有自动计时功能，当有选手抢答答题时间（10秒）自动开始。 （2）报警电路设计：当答题时间和抢答时间将到或结束（还剩3秒时）发出蜂鸣声结束答题。 （3）每个选手有一个记分板，答对题目可以由主持人控制start键给予加分。每加一分响一次。 （4）长按start可以自动准备计时和系统清零，短按开始计时和暂停。 三、原理电路设计：
1、方案 抢答电路：使用74175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74175立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74148作为编码器，对输入的型号进行编码。输出在共阳数码管显示主持人电路： （1）利用2个74168计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，2个74168被置29，同时将开始倒计时。假如在30秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。 （2）利用4个74160分别控制4位选手的得分，分别显示在4个共阳数码管。每得1分响一下 （3）start键输出后分为两路，一路是进入key模块，一路控制30秒倒计时。其中为了区分重置计时电路和暂停计时电路。根据线路的特点，一个接到T 触发器进行短按控制，一个只接到除颤电路通过100hz的控制进行长按控制。 显示电路和分频电路上课老师讲的很具体明了就不一一详叙。 2、单元电路设计 （1）、锁存器电路的设计 锁存器电路采用以74175为中心的锁存器系统，当4个抢答输入端中出现低电平输入时信号时，锁存器立即锁存，禁止抢答，其原本为4个高电平的输出端也变成3高一低，可以利用一个4输入与非门将其与非，再接一个非门后，可以与74175的时钟信号相与非，使得CLK端的输入信号为底电平，从而阻止其余选手的抢答，从而达到锁存的目的74175的真值表如下： 锁存器的单元电路设计如下：
低压断路器电压脱扣器的选择 低压断路器（曾称自动开关）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远方遥控操作。低压断路器的分类方式很多，按使用类别分，有选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）；按结构型式分，有万能式（又称框架式）和塑壳式断路器；按灭弧介质分，有空气式和真空式（目前国产多为空气式）；按操作方式分，有手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作；按极数分，可分为单极、二极、三极和四极式；按安装方式分，有固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。低压断路器容量范围很大，最小为 4A，而最大可达5000A。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护。 2 低压断路器的结构低压断路器由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置等组成。 2.1 触头系统触头（静触头和动触头）在断路器中用来实现电路接通或分断。触头的基本要求为：（1）能安全可靠地接通和分断极限短路电流及以下的电路电流；（2）长期工作制的工作电流；（3）在规定的电寿命次数内，接通和分断后不会严重磨损。常用断路器的触头型式有，对接式触头、桥式触头和插入式触头。对接式和桥式触头多为面接触或线接触，在触头上都焊有银基合金镶块。大型断路器每相除主触头外，还有副触头和弧触头。断路器触头的动作顺序是，断路器闭合时，弧触头先闭合，然后是副触头闭合，最后才是主触头闭合；断路器分断时却相反，主触头承载负荷电流，副触头的作用是保护主触头，弧触头是用来承担切断电流时的电弧烧灼，电弧只在弧触头上形成，从而保证了主触头不被电弧烧蚀，长期稳定的工作。 2.2 灭弧系统灭弧系统用来熄灭触头间在断开电路时产生的电弧。灭弧系统包括两个部分：一为强力弹簧机构，使断路器触头快速分开；一为在触头上方设有灭弧室。 2.3 操动机构断路器操动机构包括传动机构和脱扣机构两大部分。（1）传动机构：按断路器操作方式不同可分为：手动传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动；按闭合方式可分为：贮能闭合和非贮能闭合。（2）自由脱扣机构：自由脱扣机构的功能是实现传动机构和触头系统之间的联系。 2.4 保护装置断路器的保护装置由各种脱扣器来实现。断路器的脱扣器型式有：欠压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器等。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路脱扣器。欠压脱扣器用来监视工作电压的波动，当电网电压降低至70%?35%额定电压或电网发生故障时，断路器可立即分断，在电源电压低于35% 额定电压时，能防止断路器闭合。带延时动作的欠压脱扣器，可防止因负荷陡升引起的电压波动，而造成断路器不适当地分断。延时时间可为1s、3s和5s。分励脱扣器用于远距离遥控或热继电器动作分断断路器。过电流脱扣器用于防止过载和负载侧短路。一般断路器还具有短路锁定功能，用来防止断路器因短路故障分断后，故障未排除前再合闸。在短路条件下，断路器分断，锁定机构动作，使断路器机构保持在分断位置，锁定机构未复位前，断路器合闸机构不能动作，无法接通电路。
电子技术课程设计报告设计课题：智能数字抢答器的设计 专业班级：电气工程及其自动化094班 学生姓名： *** 指导教师：***、***、***、*** 设计时间： 2011年6月28日 自动化与电气工程学院
智能数字抢答器的设计 一、设计任务与要求 设计任务： 1、设计一个5V稳压电源，用于给抢答器电路供电； 2、设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路。 要求： 基本要求： 1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。 扩展要求： 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 二、方案设计与论证 八路竞赛抢答器是竞赛问答中一种常见的必备装置，根据系统功能及技术要求，要完成以上逻辑功能的数字逻辑控制系统，至少应包括以下几个部分：抢答判别和显示部分、定时部分、时序控制部分、报警部分。各部分功能如下：1）判别和显示部分：立即分辨出抢答者的编号，并进行锁存，然后由译码显示电路显示编号。 2）定时部分：由主持人设定并进行减计时，当选手回答完问题后由主持人操作控制开关，使系统回复到抢答状态以便进行下一轮抢答。 3）报警部分：使扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意。 4）时序控制部分：要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次抢答；要控制报警电路，控制扬声器何时发出声响以及响多长时间；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
第1章低压断路器及智能化脱扣器概述 1.1 低压断路器 随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 1．2 脱扣器的发展过程 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该脱扣器只能实现瞬时保护功能。随着断路器的发展，其额定工作电压，电流以及分段能哭和保护功能不断发展，脱扣器也随之发展起来。在采用油阻尼，空气阻尼，钟表结构等作为延时元件后，脱扣器实现了过载延时和短路延时等功能。采用热双金属片的热
式脱扣器也逐步出现，到20世纪60年代初，由于电子技术的普及和应用，出现了半导体脱扣器。现用的脱扣器出来热式脱扣器，电磁式脱扣器外，还有半导体是脱扣器。进入20世纪90年代初依赖，低压断路器的保护紧跟国际发展趋势，由电子式向数字智能化方向发展，脱扣器的过流脱扣系统由微处理器控制。它除了保持了电子式脱扣器的各种优点外，还具有保护精度高，调节范围广，操作方便等特点。特脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。 早起的脱扣器是空气断路器采用的电磁式过电流脱扣器，该随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大, 系统的网络结构和运行方式日趋复杂, 对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。 特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。 脱扣器是能使断路器在电气设备遭受过载，短路，欠电压，过电压等故障时实施各种保护功能的机构。