【正文】 型，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；使用無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間的數(shù)據(jù)通三 相 電 源 接 觸 器 熱繼電器 風(fēng)冷電機(jī) 變壓器過(guò)負(fù)荷 變壓器油溫檢測(cè) 機(jī)電邏輯處理系統(tǒng) 信。這種方式對(duì)風(fēng)機(jī)的控制只能由人工完成，風(fēng)機(jī)同時(shí)全部投入，同時(shí)全部停止，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，會(huì)對(duì)器件造成損傷。 2℃，溫度控制精度為177。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能 （ 1）將采集到的油溫在就地和遠(yuǎn)端（控制室）用 LED 實(shí)時(shí)顯示油溫，主機(jī)和從機(jī)之間的通訊采用無(wú)線(xiàn)通信方式； （ 2）系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、停止三種運(yùn)行方式，正常時(shí)采用自動(dòng)方式運(yùn)行，主控板檢修時(shí)采用手動(dòng)方式運(yùn)行，并且 能夠靈活選擇運(yùn)行方式。 （ 4）根據(jù)設(shè)計(jì)原則完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)主要完成的工作。電力系統(tǒng)中常用的油浸風(fēng)冷式電力變壓器多采用多組風(fēng)機(jī)降溫，控制變壓器的油溫在工藝要求的范圍之內(nèi)。 最后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控， 控制室通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，可任意對(duì)各 種事故做出及時(shí)地反映， 實(shí)現(xiàn)了變壓器的無(wú)人控制。 針對(duì)電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以采用的智能溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的自 動(dòng)采集、顯示、風(fēng)機(jī)的順序起停。且由于無(wú)法和控制室聯(lián)系，所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)變壓器的無(wú)人控制，增加了運(yùn)行成本。變壓器冷卻系統(tǒng)決定了變壓器的正常使用壽命及能否正常運(yùn)行，因此變壓器的冷卻系統(tǒng)對(duì)變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又極其重要的意義。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 、 變壓器 冷卻系統(tǒng) 、風(fēng)機(jī)故障、油溫采集 目 錄 摘 要 ................................................................ 1 ABSTRACT ............................................................. 2 緒 論 ................................................................ 5 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ................................................. 6 第一節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) ................................................ 6 第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 ................................................ 6 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 .................................................. 8 第一節(jié) 系統(tǒng)工作的一般原理 ............................................ 8 第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 .................................... 8 方案一 ........................................................ 9 方案二 ....................................................... 10 方案三 ....................................................... 12 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 ............................................... 13 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) ................................................... 16 第一節(jié) 單片機(jī)的選型 ................................................. 16 第二節(jié) 振蕩器配置選擇 ............................................... 18 晶體振蕩器 /陶瓷諧振器方式 .................................... 18 RC 振蕩器 .................................................... 20 第三節(jié) 溫度采集電路模塊設(shè)計(jì) ......................................... 22 溫度檢測(cè)電路 ................................................. 22 光電耦合隔離放大電路 ......................................... 24 第四節(jié) 按鍵輸入和顯示電路部分設(shè)計(jì) ................................... 29 按鍵輸入電路模塊設(shè)計(jì) ......................................... 29 顯示電路部分設(shè)計(jì) ............................................. 29 第五節(jié) 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................... 33 第六節(jié) 主回路部分設(shè)計(jì) ............................................... 38 風(fēng)冷機(jī)的保護(hù)簡(jiǎn)要介紹 ......................................... 38 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ............................................. 38 第七節(jié) 直流電源的設(shè)計(jì) ............................................... 46 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) ................................................... 50 第一節(jié) 軟件需求分析 ................................................. 50 第二節(jié) 各模塊的流程圖 .............................................. 52 緒 論 近年來(lái)，隨著我國(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展， 電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和運(yùn)營(yíng)效益 。 電力變壓器溫度監(jiān)控冷卻系統(tǒng) 摘 要 本設(shè)計(jì)針對(duì)電力變壓器冷卻系統(tǒng)中使用常規(guī)控制系統(tǒng)時(shí)存在的控制回路復(fù)雜、可靠性低、風(fēng)機(jī)保護(hù)方式簡(jiǎn)單、油溫測(cè)量精度低、控制誤差大、無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套智能化變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 電力變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心設(shè)備之一，因此，電力變壓器安全可靠的運(yùn)行是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本保障。在發(fā)電廠(chǎng)或變電所，風(fēng)冷式變壓器采用多組風(fēng)機(jī)降溫，控制變壓器的油溫在額定范圍之內(nèi)，保證變壓器正常工作。 變壓器溫控器總存在一些問(wèn)題，如測(cè)溫誤差大、抗干擾能力差等，這些都是在工程界非常棘手的問(wèn)題。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，本設(shè)計(jì)選用了 PIC16F877單片機(jī)構(gòu)成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，用戶(hù)可通過(guò)面板按鍵輕松設(shè)定控制風(fēng)機(jī)起停、報(bào)警及跳閘閥值，所有設(shè)定參數(shù)掉電后均不會(huì)丟失。系統(tǒng)整體具有測(cè)溫誤差 小、分辨力高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所有器件的選擇均滿(mǎn)足工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并適合高溫環(huán)境。目前現(xiàn)場(chǎng)還有相當(dāng)數(shù)量的油浸風(fēng)冷電力變壓器由電接 點(diǎn)式溫度計(jì)采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)變壓器的溫度控制，即在變壓器油溫大于上限溫度時(shí)啟動(dòng)全部風(fēng)機(jī)，當(dāng)油溫降至下限溫度時(shí)停止全部風(fēng)機(jī)。 本設(shè)計(jì)須完成風(fēng)冷式電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)部分的設(shè)計(jì)，主要包括以下工作 ： （ 1）收集電力變壓器溫度控制系統(tǒng)的控制原理的實(shí)際資料，確定要保證變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)正常運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班所需的遠(yuǎn)程通訊功能，必須采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)來(lái)完成；為保證風(fēng)機(jī)能可靠安全運(yùn)行，必須收集一既能被單片機(jī)驅(qū)動(dòng)又能保證風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行的元件。 （ 5）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制系統(tǒng)電路原理圖。 （ 3）在自動(dòng)方式運(yùn)行下，當(dāng)變壓器油溫超過(guò)上限時(shí)，風(fēng)機(jī)全部投入；當(dāng)溫度低于工藝下限時(shí)，風(fēng)機(jī)全部停止；當(dāng)溫度由高下降到上限和下限的中間值時(shí)，只投入 3 組風(fēng)機(jī)；在投入 3 組風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，先運(yùn)行的 3 組風(fēng)機(jī)運(yùn)行 1小時(shí)后（這三組風(fēng)機(jī)在變壓器周?chē)g隔安裝），自動(dòng)切換到另外 3 組（這三組風(fēng)機(jī)也在變壓器周?chē)g隔安裝）， 1 小時(shí)后又切換到原來(lái)的 3 組，如此交替運(yùn)行，既延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，又能使變壓器均勻降溫。 5℃。當(dāng)溫度在 45℃ 55℃ 時(shí)，通常采用全部投入的方式，不利于節(jié)能，也不利于設(shè)備的維護(hù)。使用戶(hù)隨時(shí)了解變壓器及風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。 顯示電路采用 MAX7219，其只需要三根線(xiàn)就可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要 I/O 口較多的系統(tǒng)。 PIC16F877 共有 A口、 B口、 C 口、 D口、 E口五組 I/O 口，完全可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求，另外在其中嵌入 一個(gè) 8 輸入通道的 A/D 模塊，不需要專(zhuān)門(mén)的芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換； CCP 模塊可提供外部信號(hào)的捕捉、內(nèi)部比較輸出、及脈寬調(diào)制 PWM 功能；中斷源多，具有看門(mén)狗定時(shí)器和睡眠功能；還可以在線(xiàn)串行編程、在線(xiàn)調(diào)試 。只需要一個(gè)外部電阻，就可以正確地驅(qū)動(dòng)所有 LED 的段地址。 nRF401 發(fā)射速率可達(dá) 20 kb/ s，發(fā)射功率可調(diào) , 最大發(fā)射功率 10 dBm,接收靈敏度 105dBm，具有工作半徑大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。 溫度控制器 系統(tǒng)框圖如圖 22 所示。復(fù)位電路采用 MAXMAX6304 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 I/O 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端， GND 為電源地， VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地）。溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL以及配置寄存器的設(shè)置值均以一個(gè) 字節(jié)的形式存儲(chǔ)在 EEPROM 中，使用一個(gè)存儲(chǔ)功能命令可對(duì)其寫(xiě)入。在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序跑飛” 等現(xiàn)象，而用仿真器調(diào)試時(shí)卻無(wú)此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。無(wú)線(xiàn)通信芯片種類(lèi)繁多，方案選擇 CC1000 來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信。其 FSK 可達(dá) ，具有 250Hz 步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過(guò)串行總線(xiàn)接口編程改變，使用非常靈活。在 10MHz 的 PCLK 頻率工作下，完成整個(gè)配置所需時(shí)間少于 60μs 。下一個(gè)發(fā)送的位是讀 /寫(xiě)位（高電平寫(xiě)，低電平讀），在傳輸?shù)刂泛妥x /寫(xiě)位期間， PALE （編程地址鎖存使能）必須保持低電平，接著傳輸 8 個(gè)數(shù)據(jù)位（ D7： 0）， PDATA 在 PCLK 下降沿有效。提供數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)的 DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來(lái)監(jiān)視 LOCK 信號(hào)（在引腳 CHP_OUT）。 AD590 配以 ICL7016 型單片 A/D 轉(zhuǎn)換器即可構(gòu)成三位半液晶顯示的溫度傳感器，通信采用 RS485標(biāo)準(zhǔn)。該產(chǎn)品有 3 種封裝形式； TO52封陶瓷封裝（測(cè)溫范圍是 55— +150℃）。使用時(shí)將 3 腳接地，可起到屏蔽作用。在 （對(duì)應(yīng)于 ℃）時(shí)輸出電流恰好等于 μ A。兩條傳輸線(xiàn)通常使用雙絞線(xiàn)，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。另外 RS485 實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互聯(lián)，最多可達(dá) 256臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和 256臺(tái)接收器，非常便于多器件的連接。 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 根據(jù)上一節(jié)中三個(gè)設(shè)計(jì)方案，下面對(duì)這三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較： 在方案二中， 溫度檢測(cè) 采用由 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的智能集成溫度傳感器DS18B20 型單線(xiàn)智能溫度傳感器，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。復(fù)位電路采用 MAX6304 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。 在方案三中，溫度檢測(cè)采用美國(guó)模擬器件公司（ ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器 AD590。此方案具有很高的可靠性，液晶具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)漢字的顯示等，但設(shè)計(jì)中要求在較遠(yuǎn)的距離就可以觀(guān)察到溫度值，所以這里采用液晶不能滿(mǎn)足要求。通信芯片 nRF401,其通信距離遠(yuǎn)，且不用編碼，軟件較容易實(shí)現(xiàn)。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。 溫度檢測(cè)電路通過(guò)預(yù)埋在變壓器中 的鉑電阻傳感器獲得油溫信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后直接送入控制器的 A/D 轉(zhuǎn)換輸入端， PIC 單片機(jī)根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照程序自動(dòng)計(jì)算與處理，自動(dòng)顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制風(fēng)機(jī)的起停，電機(jī)的保護(hù)電路包括過(guò)壓，過(guò)載，缺相等。nRF401 是一個(gè) 433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)的真正單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片 ,它采用頻 移鍵控調(diào)制技術(shù)。 nRF401還有待機(jī)工作方式 ,可以更省電和高效。由于有溫度檢測(cè)，需要 A/D轉(zhuǎn)換，且需要較多的 I/O口，所以單片機(jī)采用 PIC系列 微控制器 [8]。 （ 4）低價(jià)實(shí)用： PIC配備有 OTP型、 EPROM型和 FLASH型諸多形式的芯片，其 OTP型芯片的價(jià)格很低。工作速度： DC～ 20MHz 時(shí)鐘輸入， DC～ 200ns指令周期。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電 休眠（ Sleep） 方式。 低 功耗型：在 4MHz 時(shí)鐘下，電源電壓