浙江科技学院毕业设计（论文）
检测电流的方法有串联电阻检测法，霍尔元件和CT法。
（1） 串联电阻检测电流法： 简单，精确，成本低。但是缺点是，如果检测电阻上通过的电
流较大，那么在产生的能耗就很大。而且，此法输出信号小，需另加放大器。
（2） 霍尔元件：简单，但是成本高。
（3） CT法就是利用电流互感器：电流互感器检测电流在保持良好波形的同时还具有较宽的
带宽，电流互感器还提供了电气隔离，并且检测电流小损耗也小。
考虑到电流互感器产生的损耗小，成本低，还能够反映主电路中的电流,并能将控制电路与主电路隔离,从而提高安全性,降低干扰选择其测量通过家用电器的电流[7]。 2.3.2电流互感器原理
电流互感器的构造是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子及绝缘支撑物等组成。其一次绕组的匝数较少，串接在需要测量电流的线路中，流过较大的被测电流，二次绕组的匝数较多，串接在测量仪表或继电保护回路里[5]。它的工作原理和变压器相似。电流互感器的特点是：
(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；
(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器的二次回路不允许开路。它在工作时，二次回路始终是闭合，接近短路状态，一次电流所产生的磁化力大部分被二次电流所补偿，总磁通密度不大，二次绕组电势也不大。当电流互感器开路时，二次回路阻抗无限大，电流等于零，一次电流完全变成励磁电流，在二次绕组产生很高的电势，威胁人身安全，造成仪表、保护装置、互感器二次绝缘损坏。电流互感器的二次回路必须接地，以防止一次绝缘击穿，二次串入高压，损坏设备。
电流互感器将整个瞬态电流，包括直流分量耦合到副边的检测电阻上进行测量。一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n
因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。
由于各种家电的待机电流及各种品牌的家电待机电流都不一样，现将主要具有待机功能
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的家电待机平均电流及待机功耗列出，如下表所示：
在编写中断程序时，在这些家用电器当中选出待机电流最大的作为判断待机模式的依据
产品 空调 电视机 微波炉 DVD VCD 功放 打印机 平均待机功耗（W） 平均待机电流（mA） 3.04 8.07 2.78 13.37 10.97 12.35 9.08 表2.1
2.3.3电流互感器选择
电流互感器的选用要考虑到多项数据：家用电器的正常工作电流，启动电流，待机电流，单片机的分辨率以及单片机所能承受的电压。以空调为例，2匹空调正常工作电流在6.8A左右，而三匹空调的正常工作电流在10A左右，而启动电流则会达到0正常工作电流的6到8倍。根据下表的线性参数可得，三匹空调的输出电压会超过5V，这样大的电压是不能进入单片机的。所以应在二次侧接入稳压二极管，当电压大于5V时候，就无法进入单片机，以免损坏单片机。电流互感器还应该感应到几十毫安的电流。考虑到以上要求系统选用RSCL-06电流互感器（RSCL-06 current mutual-inductor）
一、用途： 用于变频空调等家用电器电流采样。（用户专用器件） 二、技术参数： a）输出特性：
一次电流（A） 2.5 输出电压（V） 1.59 5 3.18 7.5 4.77 表2.2
测试条件：
10 6.36 12.5 7.95 15 9.4 16 36 12 61 50 56 41
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一次电流：正弦波（畸变小于1%）50Hz（±1%） 测量用仪器输入阻抗：10MΩ b) 互换精度：±3%
c) 环境温度：－15℃～+75℃
d) 绝缘电阻大于100 MΩ 500VDC (中线与绕组间) e) 耐压大于1KVAC/1分钟 (中线与绕组间)
如以60mA为判断待机电流的标准，那么二次侧的电压输出将会是32.5mV。在单片机中，分辨率是2的十次方，也就是1024。5V/1024=5mV。2.5mV-7.5mV可以作为1输出。以此类推，那么60mA经过A/D转换将是8，用二进制表示即00001000。小于此值，都可认为是待机电流。
2.3 STC12C5410AD单片机
STC12C5410AD系列单片机是单时钟/机器周期（1T），高速/低功耗/超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速10位A/D转换。工作电压在5.5V – 3.8V（5V单片机）
工作频率范围在0 – 35 MHz。片上集成512字节RAM。通用I/O口。外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断。一共2个16位定时器/计数器。A/D转换，10位精度ADC，共8路。通用全双工异步串行口。本系统选用此单片机主要是由于其带有的A/D转换功能。这样可以免去附加的A/D转换芯片，从而简化外部电路，并且可以节约成本。下图为STC12C5410AD（有A/D转换），20—Pin的管脚图：
图2.3 STC12C5410AD（有A/D转换），20—Pin的管脚图
2.3.1主要功能介绍
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在本系统中，此单片机主要完成四个功能：
1） 判断家电的待机模式与工作模式：当电流互感器检测到待机电流，经过放大器转变成较大
的电压信号。信号经过I/O口进入单片机。单片机首先对信号进行模数转换，经程序判断为待机电流时，并不是马上给继电器指令，打开继电器，使家电断电，而是启动延时程序，计时1分钟之后再重新判断是否还是待机电流，如确定流过家电的是待机电流，则给继电器断开信号。这样家电就完全断电，退出待机模式。如果1分钟后流过家电的非待机电流，而是正常工作电流，单片机将不执行任何任务。
2） 接收红外信号，开启家电：当家电被完全切断电流，就要解决重新开启的问题。这同样可
以用红外遥控来实现。当一体化红外接收头接收到红外遥控的开启信号时，将此信号传给INT0。单片机由此接到红外解调信号，进行解码。解码完毕，可以通过给I/O口P3.5相应的高低电平信号，从而可以控制晶体管的导通状态，从而控制继电器触点。
3） 延时功能：在家用电器工作时，单片机接收到待机电流信号的时候，不能立即给继电器动
作指令。而是应该延时1分钟之后再重新判断家电还是否待机。若仍为待机信号，则确定家电已处于待机模式，那么就给继电器断开指令，切除待机电流。家电才完全断电。延时通过一个循环子程序来实现。
4） 一般的51单片机不具有模数转换功能，而STC12C5410具有此功能。电流信号经过整流，
放大，转化成电流信号后可以进入单片机P1口。单片机在内部可以进行模数转换。再对转换后的数字量进行处理，产生相应的控制信号。在此将A/D转换作一简单说明。 在微机检测和控制系统中，很多被测量往往是模拟量。它们经过预处理（放大，I/V转换等）进入计算机之前必须经过A/D转换变成数字量。 2.3.2 STC12C5410AD单片机的A/D转换
A/D转换的功能是把模拟量的电压转换为N位数字量电压。输入A/D转换器的模拟量电压是连续的。由于A/D转换器完成一次性转换需要一定时间，所以模数转换只能间断地进行，因此输出的数字量电压是不连续的。称为离散量。每个数字量都与每个采样时刻的模拟量相对应。相邻两个采样的时间间隔称为采样周期。为了使输出量能充分反应输入量的变化情况，采样周期要根据输入量变化的快慢来决定。显然，一次A/D转换所需要的时间必须小于采样周期。将模拟量转换为数字量的过程称为量化。数字量的最低位是最小有效数位1LSB。与此相对应的模拟电压称为一个量化单位，如果模拟电压小于此值，不能转换为相应的数字量。
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LSB表示A/D的分辨能力。
STC12C5410AD系列带A/D转换的转换口在P1口（P1.7—P1.0），有8路10位高速的A/D转换器，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，可以将8路中的任何一路作为A/D转换，不需作为A/D使用的口继续作为I/O口使用。
作为A/D使用的口需要先将其设置为开漏模式或高阻输入，在P1MO和P1M1寄存器中对相应的位进行设置。在这里，将P1MO、P1M1设置为开漏。
P1M0【7：0】P1M0【7：0】I/O口模式（P1.x 如做A/D使用，需将其设置成开漏或高阻输入 地址：91h 0 0 1 1 地址：92h 0 1 0 1 准双向口（传统8051 I/O口模式） 推挽输出（强上拉输出，可达20mA，尽量少用） 仅为输入（高阻），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式 开漏（open drain），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式 表2.3
ADC_CONTR特殊功能寄存器: A/D转换控制特殊功能寄存器 A/D转换控制寄存器 表2.4
CHS2 0 0 0 0 CHS1 0 0 1 1 CHS0 0 1 0 1 模拟通道输入选择 选择P1.0作为A/D输入来使用 选择P1.1作为A/D输入来使用 选择P1.2作为A/D输入来使用 选择P1.3作为A/D输入来使用 ADC_POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHSO 0XX0,0000 - 10 -