【正文】 傳送及其顯示電路原理和過載時(shí)基本一致，在風(fēng)機(jī)的每一相中都接了一個(gè)繼電器線圈，有缺相時(shí)，繼電器的常開觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)缺相運(yùn)行，缺相 信號經(jīng)過光電隔離送入主控室的單片機(jī)，單片機(jī)接到低電平信號，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。 為了能保證系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)中為了方便的看到系統(tǒng)狀態(tài)，設(shè)置了三套監(jiān)測與指示裝置，變壓器的安裝現(xiàn)場有一套，它是由控制風(fēng)機(jī)起停的接觸器、檢測故障的繼電器的常開或常閉觸點(diǎn)控制的。 LOAD的上升沿必須在第 16個(gè)時(shí)鐘脈沖上升之后和下一個(gè)脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。用戶可以根據(jù)自己的需要，自第一位到第八位顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)，芯片內(nèi)部還具有使數(shù)碼管中每一段二極管都點(diǎn)亮的測試模式。在芯片內(nèi)部集成了一個(gè) BCD 譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動(dòng)以及一個(gè) 8? 8 位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。但這會(huì)占用大量的端口，且硬件電路也十分復(fù)雜。當(dāng) SET 鍵按下時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤服務(wù)子程序，表明進(jìn)入溫度的設(shè)定狀態(tài)，系統(tǒng)的初始值是 45℃ — 55℃，對于溫度的設(shè)定是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行遞增或遞減，再次按下 SET 鍵時(shí)，表明進(jìn)入上限值的設(shè)定，由 UP 鍵 / DOWN 鍵對溫度值進(jìn)行調(diào)整，假如不需要設(shè)定溫度值，則按取消鍵退出，連續(xù)按下 SET 鍵三次，則進(jìn)入下限值的設(shè)定。 R1=200KΩ ,R2=174,R3=33KΩ ,C1=47P,R4= ,C2=33P,R5=270Ω , R6=RP1=50KΩ， C3=C4=C5=C6=。 K1 已知的情況下， IFmax 又確定了 IPD1 的最大值 IPD1max，這樣，由于 Vo 的范圍最小可以為 0，這樣，由于考慮到 IFmax 大 ， 有利于能量的傳輸，這樣，一般取 10KΩ。 運(yùn)放可以是單電源供電或正負(fù)電源供電，上面給出的是單電源供電的例子。 Agilent 公司的 HCNR200/201 的手冊上給出了多種實(shí)用電路 [11]，其中較為典型的一種如圖 312所示： 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA3D a t e : 1 5 J un 2 00 9 S he e t o f F i l e : G : \趙承翡原理圖 .d db D r a w n B y :Q22 N 3 90 6L T 1 09 7N 11N 12L T 1 09 7R52 70R42 .2 KR66 .8 KR21 74 KR33 3KR12 00 KC30 .1 u FC40 .1 u FC14 7p FC23 3p FC50 .1 u FC60 .1 u FH L 1R P 15 0KP D 12 C U 1BP D 22 C U 1BV D 11 N 4 15 0+ 15 V B 1 5V B 1 5V A+ 15 V AA G N DA G N DA G N DA G N DS G N DS G N DS G N DIn pu t溫度信號 圖 312 線性光耦的隔離應(yīng)用電路 設(shè)運(yùn)放負(fù)端的電壓為 iV ， 運(yùn)放輸出端的電壓為 0V ， 在運(yùn) 放不飽和的情況下二者 滿足下面的關(guān)系： o DD iV V GV?? (1) 其中 0V 是在運(yùn)放輸入差模為 0 時(shí)的輸出電壓， G 為運(yùn)放的增益，一般比較大。相對于 HCNR200，HCNR201 提供更高的線性度。 2引腳之間的電流記作 IF， 4引腳之間和 6 引腳之間的電流分別記作 IPD1 和 IPD2。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號隔離的解決方案，如 ADI 公司的 AD202，能夠提供從直流到幾 K的頻率內(nèi)提供 %的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓 頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生的交流信號進(jìn)行變壓器隔離，然后進(jìn)行頻率 電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。 常用的光耦器件為 TLP5211， TLP5214， 4N25， HCRN200， SLC800等。由分壓原理可知，即使干擾電壓的幅值較大，但饋送到光電耦合器輸入端的噪聲電壓很小，只能形成微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被抑制。若基極有引出線，則可滿足溫度補(bǔ)償檢測調(diào)制要求。當(dāng)輸入端加電信號時(shí)，發(fā)光器件發(fā)出光信號，光檢測器接受到光信號后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電 光 電”轉(zhuǎn)換。而 A點(diǎn)電壓由參考電壓 VREF 和 R2/ R3 的值共同決定 ,因此 ,應(yīng)選擇輸出電壓比較低的參考電壓源 (圖 32中選 ) ,此外 R2/ R3 的值也要比較低。δ =Δ R/ R； VB = R(1 +δ ) VA/ R4 ,則有 : V0 = R1VAδ / R4 由此可知 ,該電路的輸出電壓與鉑電阻阻值的變化 δ (或Δ R) 呈線性關(guān)系。基于鉑電阻的電橋型溫度檢測電路具有精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試容易、對器件要求不高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn) [3]。 第三節(jié) 溫度采集電路模塊設(shè)計(jì) 溫度檢測電路 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。表 37 為不同復(fù)位方式下的上電延遲時(shí)間。 推薦值： 3k? ≤ Rext≤≦ 100k? ； Cext﹥ 20pF 圖 36 RC振蕩器工作方式復(fù)位 PIC16F877 芯片有以下幾種復(fù)位方式： （ 1）芯片上電復(fù)位（ POR）； （ 2）正常工作狀態(tài)下通過在外部 MCLR 引腳上加低電平復(fù)位； （ 3）在休眠狀態(tài)下通過在外部 MCLR 引腳上加低電平復(fù)位； （ 4）正常工作狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT 超時(shí)溢出復(fù)位； （ 5）在休眠狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT超時(shí)溢出復(fù)位； （ 6）掉電鎖定復(fù)位（ BOR）。 30 610? 20MHz Epson CA301 177。 20 610? 200kHz STD XTL 177。 % 4MHz Murata Erie 177。 （ 2）對于 AT 方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻 Rs。在這 3種方式下，也可以用外部時(shí)鐘源加在 OSC1 引腳上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這時(shí) OSC2 引腳可以直接開路，如圖 32所示。 （ 1） LP 方式： 低功耗晶體振蕩器方式； （ 2） XT 方式： 晶體 /陶瓷諧振器方式； （ 3） HS 方式： 高速警惕 /陶瓷諧振器方式； （ 4） RC 方式： 阻容振蕩器方式。用于鎖定（ Brownout） 復(fù)位（ BOR）的鎖定檢測電路。具有地址第九位檢測的通用異步接收器和發(fā)送器（ USART/SCI）。 16 位的捕捉輸入的最大分辨率為 ， 16 位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制（ PWM）輸出的最大分辨率為 10位。定時(shí)器 TMR2：帶有 8 位周期寄存器 .前分頻器和后分頻器的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 TMR0：帶有 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。通過 2個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，編程只需要 5V 電源，通過 2 個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，處理器有通道能對程序存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 /寫。中斷能力多達(dá) 14 個(gè)內(nèi)部 /外部中斷源。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，綜合多方面的因素，我選擇了 PIC16F87X系列的 PIC16F877單片機(jī) ，它與其他 3種單片機(jī)性能對照表如下所示。 （ 2）高速： PIC 采用哈佛總線和精簡指令集建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快 4～ 5倍。 以上只是對本方案簡單地做了介紹，對于本系統(tǒng)的具體的硬件電路的設(shè)計(jì)說明將在下一章節(jié)中作具體的闡述。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)。 信號通過無線通信芯片 nRF401 傳輸?shù)娇刂剖摇? 圖 25 溫度控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 PIC 16 F 877過壓檢測缺相檢測過載保護(hù)LED 顯示風(fēng)機(jī)控制電路無線通信鍵盤輸入溫度檢測故障顯示光電隔離光電隔離光電隔離光電隔離 如上系統(tǒng)框圖所示，本設(shè)計(jì)以 PIC16F877 單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集結(jié)果送入 MCU 進(jìn)行處理，然后按照工藝要求進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對變壓器溫度的全自動(dòng)遠(yuǎn)程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具有完善的保護(hù)功能，包括過壓、過載、缺相檢測和保護(hù)，還要具備故障自診斷功能，在故障出現(xiàn)時(shí)，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；使用無線通信方式實(shí)現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間的數(shù)據(jù)通信。綜上所述，本方案具有較高的性價(jià)比。 在方案一中，單片機(jī)選用了 PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等優(yōu)點(diǎn)。 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 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF收發(fā)芯片。顯示采用單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展四片串并轉(zhuǎn) 換的移位寄存器 74LS164 驅(qū)動(dòng)四只 寸共陽級數(shù)碼管，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。 半雙工通信芯片有 SN7517 SN7527 SN75LBC18 MAX48 MAX308 MAX1482等。如果以 10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12m ，而用 100Kbps時(shí)傳輸距離可達(dá) 。 AD590 配以 ICL7106 型單片 A/D轉(zhuǎn)換器，即可構(gòu)成 3位半液晶顯示的數(shù)字溫度計(jì)。 AD590 等效于一個(gè)高阻抗的恒流源，其輸出阻抗大于 10MΩ，能大大減小因電源電壓從 5V 變化到 10V 時(shí)，所引起的電流最大變化量僅為 1μ A，等價(jià)于 1℃的測溫誤差。例如，由 ADI 公司生產(chǎn)的 AD590，就有 90J/K/L/M 四檔。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測溫誤差小、動(dòng)態(tài)阻抗響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行線性校準(zhǔn)。 方案三： 溫度檢測采用美國模擬器件公司（ ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器 AD590。經(jīng)過低電位狀態(tài)下編程的配置信息才會(huì)有效，但是不能關(guān)閉電源 [5]。所有寄存器都可讀。一個(gè)完整的 CC1000 配置，要求發(fā)送 29 個(gè)數(shù)據(jù)幀，每個(gè) 16 位（ 7 個(gè)地址位， 1 個(gè)讀 /寫位和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位）。它的工作頻帶在 31 868 及 915MHz，但CC1000 很容易通過編程使其工作在 300～ 1000MHz 范圍內(nèi)。單片機(jī)監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門狗兩個(gè)功能。采用了 MAX7219 驅(qū)動(dòng)器，對溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出顯示，根據(jù)精度要求，設(shè)置一位小數(shù)。光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的。 5℃；具有溫度報(bào)警功能，用戶可設(shè)置最高和最低 圖 23 DS18B20引腳分布圖 PIC16F877 單片機(jī) 按鍵輸入 電 源 變壓器油溫采集模塊 主回路控制模塊 nRF401通 訊電路 LED 顯 示電路 光電耦合電路 報(bào)警溫度，且設(shè)置值掉電不丟失；采用 DALLAS 公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實(shí)現(xiàn)與 MCU 的通信；此外， DS18B20 能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無需外部電池供電 [4]。 通信采用 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF 收發(fā)芯片。它具有體積小，接口方便 ，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 nRF401 還有待機(jī)工作方式 ,可以更省電和高效。以便對現(xiàn)場情況及時(shí)做出反應(yīng)。 MAX7219 為 8位 LED顯示驅(qū)動(dòng)電路，可以連續(xù)的驅(qū)動(dòng) 8位 7 段數(shù)據(jù)顯示。 方案采用 PIC16F877 單片機(jī)， PIC 處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最小。 溫度信號的采集在設(shè)計(jì)中是最重要的部分之一，其可以采用鉑電阻電橋組成的溫度檢測電路，也可以使用溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)。風(fēng)機(jī)缺乏必要的過壓、過載、缺相保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中降低系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加運(yùn)行成本。主 電路控制元件采用了接觸器，靠機(jī)械觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 主要技術(shù)指 標(biāo) 控制系統(tǒng)的工作電源為 220V/50HZ 的工頻交流電，容量為 31500KVA；風(fēng)機(jī)有 6 組， 每組 2 個(gè)風(fēng)機(jī)，均勻排列在變壓器四周，每個(gè)風(fēng)機(jī)功率為 ；溫度測量范圍為0100℃，溫度采集精度為177。 第二節(jié) 設(shè)計(jì)要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1）完 成系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （ 2）選擇合適的單片機(jī)，作為主機(jī) CPU； （ 3）獨(dú)自完成主機(jī)硬件、軟件設(shè)計(jì)，其中硬件部分主要包括溫度采集、 LED 顯示、主控電路、無線通訊、電源電路等，軟件部分主要包括流程圖設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)及調(diào)試； （ 4）完成相關(guān)的設(shè)