【正文】 68～1002MHz15～6815～684MHz15～6815～68 HS 8MHz10～6810～6816MHz10～2210～22以上值僅為推薦值所使用的諧振器455kHzPanasonicEFO——A455K04B177。（2）采用偏大的電容值將有利于提高振蕩器的穩(wěn)定，但同時(shí)會(huì)增加起振時(shí)間；（3）由于每一種陶瓷諧振器或晶體都有它自己的特性，最好要求制造廠商能提供所需要的最佳配合外部元器件的數(shù)值；（4）為避免超過晶體驅(qū)動(dòng)能力，可在HS和XT方式下加上串聯(lián)電阻Rs。PIC16F87X系列芯片的振蕩器設(shè)計(jì)要求使用以平行方法切割的晶體,給出的頻率才能在晶體制造廠家特性的范圍之內(nèi)。第二節(jié) 振蕩器配置選擇在本次設(shè)計(jì)中，我們需要用到振蕩器，下面對(duì)振蕩器做個(gè)初步的了解介紹。（僅用于40/44引腳芯片）。10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。兩個(gè)捕捉/比較/脈寬調(diào)制（PWM）模塊。定時(shí)器TMR1：帶有前分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振/時(shí)鐘增量計(jì)數(shù)。低功耗型：在4MHz時(shí)鐘下，電源電壓為5V時(shí)，典型工作電流值小于2ma；在32kHz時(shí)鐘下，電源電壓為3V時(shí)，典型工作電流值小于20μA；典型待命狀態(tài)電流值小于1μA。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電休眠（Sleep）方式。工作速度：DC～20MHz時(shí)鐘輸入，DC～200ns指令周期。（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。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]。nRF401還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。nRF401 是一個(gè)433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)的真正單片無線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。溫度檢測(cè)電路通過預(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)電路包括過壓，過載，缺相等。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。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)。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)的距離就可以觀察到溫度值，所以這里采用液晶不能滿足要求。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。復(fù)位電路采用MAX6304芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。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)。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。兩條傳輸線通常使用雙絞線，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。（℃）。使用時(shí)將3腳接地，可起到屏蔽作用。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℃）。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)。提供數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)的DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來監(jiān)視LOCK 信號(hào)（在引腳CHP_OUT）。下一個(gè)發(fā)送的位是讀/寫位（高電平寫，低電平讀），在傳輸?shù)刂泛妥x/寫位期間，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。在10MHz的PCLK頻率工作下，完成整個(gè)配置所需時(shí)間少于60μs。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)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。無線通信芯片種類繁多，方案選擇CC1000來實(shí)現(xiàn)無線通信。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)卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。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)其寫入。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（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。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MAXMAX6304芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。溫度控制器系統(tǒng)框圖如圖22所示。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)。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。PIC16F877共有A口、B口、C口、D口、E口五組I/O口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求，另外在其中嵌入一個(gè)8 輸入通道的A/D模塊，不需要專門的芯片進(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，具有看門狗定時(shí)器和睡眠功能；還可以在線串行編程、在線調(diào)試。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要I/O口較多的系統(tǒng)。使用戶隨時(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。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)。5℃。（3）在自動(dòng)方式運(yùn)行下，當(dāng)變壓器油溫超過上限時(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)在變壓器周圍間隔安裝），自動(dòng)切換到另外3組（這三組風(fēng)機(jī)也在變壓器周圍間隔安裝），1小時(shí)后又切換到原來的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）撰寫設(shè)計(jì)說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。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。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)。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足工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并適合高溫環(huán)境。 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，用戶可通過面板按鍵輕松設(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。變壓器溫控器總存在一些問題，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題。在發(fā)電廠或變電所，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。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。本系統(tǒng)以PIC16F877單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器油溫的實(shí)時(shí)采集、LED顯示、數(shù)據(jù)無線傳輸，并參考油溫變化對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本章主要通過對(duì)樣機(jī)的實(shí)際測(cè)試，對(duì)樣機(jī)的測(cè)試中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析，通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，給出性能指標(biāo)的是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；并對(duì)樣機(jī)出現(xiàn)的誤差進(jìn)行理論分析，最終找出應(yīng)改進(jìn)的措施，即使設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，也應(yīng)從理論上分析在進(jìn)一步提高測(cè)量精度上應(yīng)采取的措施，在誤差方面還有那些不足，應(yīng)如何改進(jìn)，給出改進(jìn)得措施；167。 通信軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 結(jié)合第三章的內(nèi)容，介紹通信的內(nèi)容和功能，在軟件上如何實(shí)現(xiàn)。在程序流程圖中介紹風(fēng)扇的投切規(guī)則；167。最后給出主程序框圖，并介紹各模塊的功能。 遠(yuǎn)程通信電路的設(shè)計(jì) 介紹采用的遠(yuǎn)程通信方式，通信電路的原理，通信的各個(gè)物理量，通信內(nèi)容，通信波特率等；167。167。 電力變壓器油泵的監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)給出油泵檢測(cè)電路圖，并介紹電路圖的工作原理。 電力變壓器溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)給出具體的電路原理圖，并分析如何實(shí)現(xiàn)電力變壓器的溫度檢測(cè)，給出各物理量參數(shù)的計(jì)算公式，并進(jìn)行深入的分析。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)本章是根據(jù)系統(tǒng)方案的各功能模塊，進(jìn)行分電路的設(shè)計(jì)原理和工作原理分析。 電力變壓器風(fēng)扇的控制電路方案的選擇根據(jù)以上分析，給出系統(tǒng)的整體電路原理框圖。 系統(tǒng)的功能及技術(shù)指標(biāo) 在本節(jié)給出系統(tǒng)的整個(gè)電路原理框圖；167。 目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀167。 問題的提出167。167。 電力變壓器冷卻設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)對(duì)于油泵，說明油泵的重要性，油泵的作用，常規(guī)對(duì)油泵的監(jiān)測(cè)方法，本課題如何實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；提出檢測(cè)方案；對(duì)于電風(fēng)扇：說明風(fēng)扇的重要性，分析風(fēng)扇可能出現(xiàn)的幾種故障類型，并根據(jù)故障類型，給出電風(fēng)扇可能幾種檢測(cè)方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較；當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，有幾種報(bào)警方式，以及實(shí)現(xiàn)的方法；167。 通信電路的方案選擇 介紹目前常見的幾種通訊方式、適應(yīng)的場(chǎng)所、特點(diǎn)，并對(duì)各個(gè)通信方式進(jìn)行比較，并結(jié)合課題的要求，介紹選擇rs485的通信標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)采取的一切方案（包括RS485電路應(yīng)采取的保護(hù)等問題）。167。167。介紹對(duì)于在不同的溫度下，如何開停電風(fēng)扇，電風(fēng)扇的投切規(guī)則等問題（這部分也可以放到第四章中介紹）。（根據(jù)參數(shù)設(shè)定內(nèi)容，例如溫度、濕度上限和下限值的確定）包括報(bào)警時(shí)，應(yīng)顯示的方式；167。 軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 介紹程序的整體框架，軟件系統(tǒng)是由哪幾個(gè)模塊組成，在軟件上如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，采取了哪些措施等；利用了單片機(jī)的那些資源，各個(gè)資源是如何分配的。 電風(fēng)扇檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)分別介紹所涉及的模擬量信號(hào)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集的方法，計(jì)算方法（結(jié)合第三章的給出的公式）；在數(shù)據(jù)處理方面采用了哪些措施（比如：數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換、數(shù)據(jù)測(cè)量的非線性處理、測(cè)量數(shù)據(jù)的備份方法以及交流信號(hào)的同步測(cè)量原理等算法原理、計(jì)算公式）；并結(jié)合程序流程圖進(jìn)行說明；本節(jié)可分成多節(jié)來分別介紹。167。第五章 系統(tǒng)誤差分析總體介紹系統(tǒng)的誤差組成的部分，系統(tǒng)誤差的計(jì)算方法，對(duì)每一個(gè)誤差環(huán)節(jié)應(yīng)對(duì)措施。參考文獻(xiàn) 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、無法進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊等問題，設(shè)計(jì)了一套智能化變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 Keywords: SCM (Single Chip Micyoco), transformer cooling system, Fan Failure, Oil temperature`s collection目 錄摘 要 1ABSTRACT 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) 無線通信系統(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第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 60致 謝 62參考文獻(xiàn) 63附錄一 程序清單 64附錄二 元器件明細(xì)表 78緒 論近年來，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。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。且由于無法和控制室聯(lián)系，所以無法實(shí)現(xiàn)變壓器的無人控制，增加了運(yùn)行成本。針對(duì)電力變壓器在運(yùn)行過程中存在的問題，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。最后通過無線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制室通過無線通信及時(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)了變壓器的無人控制。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)。設(shè)計(jì)主要完成的工作。（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)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)之間的通訊采用無線通信方式；（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。2℃，溫度控制精度為177。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。 三 相電 源接觸器熱繼電器 風(fēng)冷電機(jī)變壓器過負(fù)荷變壓器油溫檢測(cè)機(jī)電邏輯處理系統(tǒng)圖21 傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)工作原理圖第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)以PIC16F877單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對(duì)油溫進(jìn)行實(shí)