【正文】 本設(shè)計中選用的單刀雙擲開關(guān)是HSQ6200。繼電器的工作原理是當(dāng)某一輸入量（如電壓、電流、溫度、速度、壓力等）達到預(yù)定數(shù)值時，使它動作，以改變控制電路的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)既定的控制或保護的目的。輸出有直流輸出方式和交流輸出方式。交流過零型固態(tài)繼電器，因有其電壓過零時開啟、負(fù)載電流過零時關(guān)斷的特性，它的最大接通、關(guān)斷時間是半個電源周期，在負(fù)載上可得到一個完整的正弦波形，也相應(yīng)地減少了對負(fù)載的沖擊。在輸入電路控制端加入信號后，IC1光電耦合器內(nèi)光敏三極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，R1串接電阻對輸入信號進行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。當(dāng)施加觸發(fā)信號后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)；無信號時，呈阻斷狀態(tài)。兩種方案的區(qū)別在于同樣實現(xiàn)了小風(fēng)機的保護，但前者的用的器件較多，成本比后者高，對于這樣一套控制系統(tǒng)可以選經(jīng)濟型的后者，雖然前者的安全系數(shù)較后者高，但由于器件多，可靠性就會降低，設(shè)計系統(tǒng)是一套應(yīng)該能長期運行的無間斷設(shè)備，所以這里選擇了圖325的方式。例如：當(dāng)溫度超過風(fēng)機溫度上限時，單片機就會通過軟件將輸出端置為低電平，進而使CMOS導(dǎo)通，對繼電器加上220V電壓，從而使風(fēng)機加電，開起風(fēng)機；若溫度再高，達到超溫報警溫度上限，就會發(fā)出超溫報警；若溫度高到超溫跳閘溫度上限，就會發(fā)生超溫跳閘。電動機在運行中往往會出現(xiàn)過載故障、過壓故障、缺相故障、短路故障、漏電故障等，在本設(shè)計中，由于是對變壓器的油溫進行檢測及控制，啟動風(fēng)機是為了控制變壓器的油溫，所以只涉及了風(fēng)冷式電動機的過載、過壓、缺相故障，下面對這三種保護簡要說明一下：過載保護——過載保護是通過對電動機熱容量的跟蹤計算來保護電動機，免于因過熱而縮短壽命或損壞，電動機的熱量值可以直接顯示在操作面板上，同時通過總線上傳給上位機。 V。具體連接可在芯片使用時，設(shè)定好工作頻率，進入正常工作狀態(tài)后，根據(jù)需要進行收發(fā)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)送／接收數(shù)據(jù)或進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。對nRF401來說，ts 最長的時間是3ms?；鶞?zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器，產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。天線接口設(shè)計為差分天線,便于使用低成本的印刷電路板天線。通信可以采用無線和有線兩種方式實現(xiàn)，設(shè)計中要求采用無線通信來實現(xiàn)。在風(fēng)機正常運行時，控制回路中繼電器的常開觸點就會因為繼電器線圈的得電而接通，觸點一側(cè)的發(fā)光二極管點亮，指示風(fēng)機處于正常運行狀態(tài)。即單片機將16 位二進制數(shù)逐位發(fā)送到DIN端,在CLK上升沿到來前準(zhǔn)備就緒，CLK的每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入MAX7219 內(nèi)移位寄存器，當(dāng)16位數(shù)據(jù)移入完，在LOAD 引腳信號上升沿將16位數(shù)據(jù)裝入MAX7219內(nèi)的相應(yīng)位置，在MAX7219內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示[13]。設(shè)計采用美信公司的集成顯示芯片來實現(xiàn)溫度的顯示，其不但硬件電路十分簡單，而且占用的端口又較少可以滿足設(shè)計要求[12]。第四節(jié) 按鍵輸入和顯示電路部分設(shè)計 按鍵輸入電路模塊設(shè)計系統(tǒng)中共用了四個按鍵，一個為清除鍵，其余三個為溫度設(shè)定鍵，四鍵共用一個鍵盤服務(wù)程序。TI公司的LT1097單運放電路能夠滿足以上要求，可以作為HCNR200/201的外圍電路。從上面可以看出，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流，要想真正隔離電壓，需要在輸入和輸出處增加運算放大器等輔助電路。本設(shè)計采用HCNR200/201進行設(shè)計。對于模擬信號，光耦因為輸入輸出的線形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號隔離的應(yīng)用。光電耦合器之所以能在傳輸信號的同時有效的抑制尖脈沖和各種噪聲干擾，大大提高通道上的信噪比，其主要原因如下。所以溫度信號要引入單片機必須經(jīng)過光耦隔離。圖39 電橋型溫度檢測電路圖310 參考電壓源電路圖310中REF192是AD公司的精密參考電壓源,輸出為+ ,即VREF=VD=+,故VA=VD(1+ R2/ R3) = +2. 5(1 + R2/ R3)。振蕩器配置 上電掉電鎖存休眠喚醒=0=1XT、HS、LP72ms+10241 02472ms+10241 024RC 72ms 72ms表37 不同情況下的上電延遲時間表38 狀態(tài)寄存器STATUS的位和它們的意義說明0X11上電復(fù)位（POR）0X0X無效，在上電復(fù)位時，被設(shè)置為10XX0無效，在上電復(fù)位時，被設(shè)置為11011掉電鎖存復(fù)位（BOR）1101WDT復(fù)位1100WDT喚醒復(fù)位11UU在正常運行時復(fù)位1110在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒復(fù)位通過對以上進行分析說明，本設(shè)計選用了XT方式即晶體/陶瓷諧振器方式。RC振蕩器的頻率是電源電壓、振蕩電阻、電容C的數(shù)值和工作溫度函數(shù)，再加上由于制造中正常的工藝參數(shù)的變化，另外封裝時引腳結(jié)構(gòu)分布電容的差異也會影響振蕩頻率，特別是在采用的振蕩電容值較小時，這種影響更明顯。%16MHzMurata Erie 177。（2）采用偏大的電容值將有利于提高振蕩器的穩(wěn)定，但同時會增加起振時間；（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)動能力，可在HS和XT方式下加上串聯(lián)電阻Rs。第二節(jié) 振蕩器配置選擇在本次設(shè)計中，我們需要用到振蕩器，下面對振蕩器做個初步的了解介紹。10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。定時器TMR1：帶有前分頻器的16位定時器/計數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振/時鐘增量計數(shù)。它的可編程代碼具有保護功能，省電休眠（Sleep）方式。（4）低價實用：PIC配備有OTP型、EPROM型和FLASH型諸多形式的芯片，其OTP型芯片的價格很低。nRF401還有待機工作方式,可以更省電和高效。溫度檢測電路通過預(yù)埋在變壓器中的鉑電阻傳感器獲得油溫信號，經(jīng)信號調(diào)理電路處理后直接送入控制器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，PIC單片機根據(jù)信號數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照程序自動計算與處理，自動顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)的控制信號，控制風(fēng)機的起停，電機的保護電路包括過壓，過載，缺相等。通信芯片nRF401,其通信距離遠(yuǎn)，且不用編碼，軟件較容易實現(xiàn)。在方案三中，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。第三節(jié) 設(shè)計方案的確定根據(jù)上一節(jié)中三個設(shè)計方案，下面對這三種設(shè)計方案進行比較：在方案二中，溫度檢測采用由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。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。使用時將3腳接地，可起到屏蔽作用。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)。下一個發(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 個數(shù)據(jù)位（D7：0），PDATA 在PCLK 下降沿有效。具有250Hz步長可編程頻率能力，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。在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序跑飛” 等現(xiàn)象，而用仿真器調(diào)試時卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。I/O為數(shù)字信號輸入/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接地）。復(fù)位電路采用MAXMAX6304芯片來實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的監(jiān)控電路。nRF401 發(fā)射速率可達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)性強的特點。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8 輸入通道的A/D模塊，不需要專門的芯片進行A/D轉(zhuǎn)換；CCP模塊可提供外部信號的捕捉、內(nèi)部比較輸出、及脈寬調(diào)制PWM功能；中斷源多，具有看門狗定時器和睡眠功能；還可以在線串行編程、在線調(diào)試。使用戶隨時了解變壓器及風(fēng)機運行情況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。5℃。（5）撰寫設(shè)計說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。目前現(xiàn)場還有相當(dāng)數(shù)量的油浸風(fēng)冷電力變壓器由電接點式溫度計采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機的啟動和停止，實現(xiàn)變壓器的溫度控制，即在變壓器油溫大于上限溫度時啟動全部風(fēng)機，當(dāng)油溫降至下限溫度時停止全部風(fēng)機。 根據(jù)現(xiàn)場運行要求，本設(shè)計選用了PIC16F877單片機構(gòu)成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設(shè)備操作簡單，用戶可通過面板按鍵輕松設(shè)定控制風(fēng)機起停、報警及跳閘閥值，所有設(shè)定參數(shù)掉電后均不會丟失。在發(fā)電廠或變電所，風(fēng)冷式變壓器采用多組風(fēng)機降溫，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。隨著變壓器容量的增大，變壓器的損耗同樣會增大，單靠箱壁和散熱器已不能滿足散熱要求，需采用子循環(huán)風(fēng)冷或強迫油循環(huán)風(fēng)（水）冷，使熱油經(jīng)過強風(fēng)（水）冷卻器，冷卻后再用油泵送回變壓器。而早期的溫度控制器，由于體積大、操作復(fù)雜、抗干擾能力差，給工程現(xiàn)場的使用也帶來了很大不便。由于采取了以上措施，可以保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，設(shè)計具有很好的擴展性，能滿足各種型號變壓器的要求。（2）方案設(shè)計。溫度上限值和下限值可以通過硬件靈活設(shè)置，以適應(yīng)不同類型和不同環(huán)境使用的變壓器；變壓器油溫超過上限值時，風(fēng)機群全部投入運行時，采用順序啟動方式依次啟動，防止啟動電流過大情況發(fā)生造成設(shè)備損壞；（4）系統(tǒng)具有故障自診斷功能，當(dāng)某一風(fēng)機工作異常時如過壓、缺相、過載時，系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場和控制室發(fā)出報警信號，顯示故障類型和故障發(fā)生的位置，便于工作人員及時進行設(shè)備檢修；（5）系統(tǒng)設(shè)置正常運行、故障運行、油溫超過75℃三項遠(yuǎn)傳開關(guān)信號；（6）本設(shè)計中油溫的上限缺省值為55℃，下限缺省值為45℃，要求上限值和下限缺省值能夠方便的通過按鍵調(diào)節(jié)； （7）系統(tǒng)要采用必要的抗干擾措施（包括硬件和軟件）?？刂破飨到y(tǒng)采用繼電器、熱繼電器、接觸器邏輯電路控制，控制邏輯顯得很復(fù)雜，在運行過程中會出現(xiàn)接觸器的觸點長時間接觸及多次開斷造成觸點燒毀問題。信號通過無線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖?以便對現(xiàn)場情況及時做出反應(yīng)。信號通過無線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖?。PIC16F877單片機按鍵輸入電 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圖22 溫度控制系統(tǒng)框圖 方案二：溫度檢測采用由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,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器, 采用DALLAS公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實現(xiàn)與MCU的通信。DS18B20單總線數(shù)字傳感器工作溫度范圍是55℃～125℃，在30℃～85℃范圍內(nèi)溫度測量精度為177。（二）顯示部分可以用數(shù)碼管顯示，電路如下圖24所示。CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)， CMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。在低電位模式設(shè)置時，僅需發(fā)射一個幀，所需時間少于2μs。當(dāng)PLL 鎖定時，該信號為邏輯高電平。不同公司產(chǎn)品的分檔情況及技術(shù)指標(biāo)可能會有一些差異。這表明，其輸出電流與熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比。不僅可以實現(xiàn)半雙工通信，而且可以實現(xiàn)全雙工通信。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。故不選用此方案。具體的硬件框圖如下所示。nRF401 發(fā)射速率可達20 kb/ s。PIC系列單片機具有以下幾個大的特點： （1）開發(fā)容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且全部為單字長指令，易學(xué)易用，相對于采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機可節(jié)省30%以上的開發(fā)時間，2倍以上的程序空間。具有高達8K字（14位字長）的FIASH程序存儲器；高達368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；高達256字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。外圍功能模塊特性： 而用順序方法切割的晶體，給出的頻率不在晶體制造廠家特性范圍之內(nèi)。%2MHzMurata Erie 177。508MHzEpson CA301 177。但在休眠期間WDT超時溢出復(fù)位不會影響這些寄存器的值，這是因為這種復(fù)位被看成是一種正常的操作，故不應(yīng)使任何寄存器的值發(fā)生變化。由于電力變壓器內(nèi)部帶有鉑電阻，為了硬件上便于實現(xiàn)，設(shè)計不采用模擬集成溫度傳感器和智能集成溫度傳感器，而是使用鉑電阻電橋型溫度檢測電路進行溫度檢測。電流流過鉑電阻將會引起鉑電阻溫度升高,稱其為自加熱現(xiàn)象,從而帶來一定的測量誤差,為了減小這種誤差,必須減小流經(jīng)鉑電阻電流,可以通過減小A 點的電壓和適當(dāng)選取R4 的阻值實現(xiàn)。當(dāng)輸入為低電平“0”時，沒有電流（或者電流非常小）流過發(fā)光二極管，二極管不發(fā)光，光敏三極管處于截至狀態(tài)，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時，有一定的電流流過發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，照射到光敏三極管上，產(chǎn)生一定的基極電流，使光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平“0”。使用光電耦合器還具有很好的安全保障作用，因為光電耦合器的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會影響到單片機等重要的核心設(shè)備。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個用于反饋的光接受電路用于反饋。HCNR200和HCNR201的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，差別在于一些指標(biāo)上。輔助電路與參數(shù)確定：上面的推導(dǎo)都是假定所有電路都是工作在線性范圍內(nèi)的，要想做到這一點需要對運放進行合理選型，并且確定電阻的阻值。 確定Vcc=5V，輸入在04V之間，輸出等于輸入，采用LMV321運放芯片以及上面電路，下面給出參數(shù)。一般的顯示大都采用使用單片機的I\O口作為數(shù)碼管的位選線和段選線，或者使用移位寄存器。這個芯片具有低功耗工作模式以