【正文】 在故障顯示電路中，過載故障顯示是當其中的任意一組風機發(fā)生過載后，過載繼電器的常開觸點就會因為繼電器線圈的得電而接通，觸點一側的發(fā)光二極管點亮，指示現在風機過載運行，過載信號經過光電隔離送入主控室的單片機，單片機接到低電平信號，立即做出響應，將接在相應端口的風機組切除。 圖 314 MAX7219的時序圖 芯片的數據傳輸時序如圖 314所示，在時鐘脈沖 CLK上升沿的作用下， 16位串行數據依次從 DIN端輸入到 MAX7219的移位寄存器，然后在 LOAD的上升沿被鎖存到芯片內部的數據或控制寄存器中。 MAX7219 為 8 位 LED 顯示驅動電路，可以連續(xù)的驅動 8位 7段數據顯示。 SET 鍵為溫度范圍設定開始鍵， UP 為溫度的遞增鍵， DOWN 為溫度的遞減鍵，每按下一次，溫度 變化一度。 電阻的選型需要考慮運放的線性范圍和線性光耦的最大工作電流 IFmax。下面對 HCNR200/201 的典型電路進行分析，對電路中如何實現反饋以及電流 電壓、電壓 電流轉換進行推導與說明。 HCNR200/201 的內部框圖如 311 所示 圖 311 HCRN200內部框圖 其中 2引腳作為隔離信號的輸入， 4 引腳用于反饋， 6引腳用于輸出。 對于高頻交流模擬信號，變壓器隔離是最常見的選擇，但對于支流信號卻不適用。 （ 1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源阻抗較大，通常為幾百 K歐姆。 光耦（ Optical Coupler）器件也稱為光電耦合器或者光電隔離器，它是一種以光為中間媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器件和光檢測器封裝在管殼內。圖 32中 R8是鉑電阻，其阻值為 R(1 +δ ),其中 R為鉑電阻在 0℃時的阻值 。石英晶體選用 4MHz 的 ESC40201型， OSC1 和 OSC2 的電容選擇了 30pF。當然，用戶還必須 考慮所使用的振蕩電阻和電容變化的影響，圖 36 是 PIC16F877 芯片與外部振蕩 電容和電阻連接的電路圖。 % 所有諧振器都不帶內部電容值 表 34 陶瓷諧振器 OSC 類型 頻率 C1/pF C2/pF LP 32kHz 33 33 200kHz 15 15 XT 200kHz 47～ 68 47～ 68 1MHz 15 15 4MHz 15 15 HS 4MHz 15 15 8MHz 15～ 33 15～ 33 20MHz 15～ 33 15～ 33 以上值僅為推薦值 所使用的石英晶體 32kHz Epson C— 177。 圖 32 LP、 XT和 HS的石英 /陶瓷振蕩器 注： （ 1） C1 和 C2 的推薦值見表 34 和表 35。 PIC16F87X 系列芯片都能在 4種不同的類型的振蕩器方式下工作，用戶可以通過對配置寄存器中的振蕩器選擇位 FOSC1 和 FOSC0 進行編程選擇其中的一種工作方式 [9]。 還 可選擇不同的振蕩器工作方式，有高速，低功耗 CMOS FLASH/EEPROM 技術。 PIC還提供程序監(jiān)視器和程序可分區(qū)保密的保密位等功能，提供了基于Windos98的方便易用的全系列的產品開發(fā)工具和大量的子程序庫和應用例程，使產品開發(fā)更容易和更快捷。此外 ,該芯片只需少量外圍元件 ,使用十分方便。 顯示電路采用 MAX7219，其只需要三根線就可控制八個數碼管，特別適用于需要 I/O 口較多的系統(tǒng)。另外本方案還具有很好的經濟性和可擴展性，可滿足各種不同變壓器的要求。它兼有集成恒流源 和集成溫度傳感器的特點，具有測溫誤差小，動態(tài)阻抗低，傳輸距離遠，體積小，微功耗等特點。但價格較高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。 AD 系列產品以 AD590M 的性能最佳，其測溫范圍是 55— +150℃，最大非線性誤差為 ℃，相應時間僅 20μ s，重復性誤差低至 ℃，功耗約為 5mW。 （一）溫度采集電路 AD590 是由美國哈里斯（ Hrris）公司、模擬器件公司（ ADI）等生產的恒流源式模擬溫度傳感器。當 8位數據位中的最后一個字節(jié)位 D0 裝 入后，整個數據字才被裝入內部配置寄存器中。 CC1000 可通過簡單的三線串行接口 (PDATA、 PCLK 和 PALE) 進行編程，有 36 個 8位配置寄存器，每個由 7位地址尋址。有時會發(fā)現在關閉電源后的短時間內再次開啟電源，單片機系統(tǒng)會工作不正 常，這些都很可能是由單片機監(jiān)控電路設計的不可靠引起的。 DS18B20 主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 MAX6304 是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。天線接口設計為差分 天線 ,便于使用低成本的印刷電路板天線。 顯示電路采用 MAX7219，其只需要三根線就可可控制八個數碼管，特別適用于需要 I/O 口較多的系統(tǒng)。整個課題包括系統(tǒng)設計，主機溫度信號采集與調理電路設計，主機 LED 顯示電路設計，主控電路設計，缺相檢測與保護電路設計，過載保護與檢測電路設計，從機設計，從主機 LED 顯示電路設計，無線通信電路設計，主電路設計，主機從機電源設計，系統(tǒng)軟件流程圖設計，軟件編程等。 第二章 系統(tǒng)的設計方案 第一節(jié) 系統(tǒng)工作的一般原理 傳統(tǒng)的電力變壓器由人工控制風機，每臺變壓器有 6組風冷式電動機需要控制，每組風機的保護通過熱繼電器實現，控制風機電源回路通過接觸器，而風機啟停的邏輯判斷通過測量變壓器的油溫和變壓器的過負荷實現，工作原理如圖 21所示。 （ 6）完成指定內容的外文資料翻譯。而實際運行中這種控制方式有不少的缺點，如風機啟動時全部投入，沖擊電流太大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行。溫度采集精度很高， 并且采取了很多措施來保護電機，如過載、缺相保護等。 為了提高電力系統(tǒng)運行的可靠性和延長變壓器的使用壽命，應該對變壓器的油溫進行實時監(jiān)控。本系統(tǒng)以 PIC16F877單片機為核心，實現了對變壓器油溫的實時采集、 LED顯示、數據無線傳輸，并參考油溫變化對風機的運行狀況進行實時控制。大容量的變壓器已經采用導向冷卻 ，在繞組和鐵心內部，設有一定的油路，使進入油箱內的冷油全部通過繞組和鐵芯內部流出，這樣帶走了大量的熱量，可以提高散熱效率。隨著單片機技術的不斷發(fā)展，溫度控制器正向單片集成化、智能化的方向迅速發(fā)展。 第一章 設計任務及要求 第一節(jié) 設計任務 在我們的生活中，電力安全是至關重要的，而電力變壓器又是電力系統(tǒng)的重要組成部分。 （ 3）確定系統(tǒng)配置及功能，并根據系統(tǒng)功能要求完成系統(tǒng)硬件設計。 主要技術指 標 控制系統(tǒng)的工作電源為 220V/50HZ 的工頻交流電，容量為 31500KVA；風機有 6 組， 每組 2 個風機，均勻排列在變壓器四周，每個風機功率為 ；溫度測量范圍為0100℃，溫度采集精度為177。風機缺乏必要的過壓、過載、缺相保護，實際運行中降低系統(tǒng)運行的可靠性，增加運行成本。 方案采用 PIC16F877 單片機， 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。以便對現場情況及時做出反應。它具有體積小，接口方便 ，傳輸距離遠等特點。 5℃；具有溫度報警功能，用戶可設置最高和最低 圖 23 DS18B20引腳分布圖 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 報警溫度，且設置值掉電不丟失；采用 DALLAS 公司特有的單總線通信協議，只用一條數據線就可實現與 MCU 的通信；此外， DS18B20 能夠直接從數據線獲得電源，無需外部電池供電 [4]。采用了 MAX7219 驅動器，對溫度值進行實時輸出顯示，根據精度要求，設置一位小數。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。所有寄存器都可讀。 方案三： 溫度檢測采用美國模擬器件公司（ ADI）生產的恒流源式模擬溫度傳感器 AD590。例如，由 ADI 公司生產的 AD590，就有 90J/K/L/M 四檔。 AD590 配以 ICL7106 型單片 A/D轉換器，即可構成 3位半液晶顯示的數字溫度計。 半雙工通信芯片有 SN7517 SN7527 SN75LBC18 MAX48 MAX308 MAX1482等。 通信采用 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF收發(fā)芯片。 在方案一中，單片機選用了 PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等優(yōu)點。 圖 25 溫度控制系統(tǒng) 結構框圖 PIC 16 F 877過壓檢測缺相檢測過載保護LED 顯示風機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，本設計以 PIC16F877 單片機為核心完成系統(tǒng)的設計，要求對油溫進行實時采集，將采集結果送入 MCU 進行處理，然后按照工藝要求進行相應的控制，實現對變壓器溫度的全自動遠程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具有完善的保護功能，包括過壓、過載、缺相檢測和保護，還要具備故障自診斷功能，在故障出現時，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時進行檢修；使用無線通信方式實現變壓器控制器與中心控制室之間的數據通信。發(fā)射功率可調 , 最大發(fā)射功率 10 dBm,接收靈敏度 105dBm，具有工作半徑大、適應性強的特點。 （ 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)標準，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機要快 4～ 5倍。中斷能力多達 14 個內部 /外部中斷源。定時器 TMR0：帶有 8位定時器 /計數器。 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，脈寬調制（ PWM）輸出的最大分辨率為 10位。用于鎖定（ Brownout） 復位（ BOR）的鎖定檢測電路。在這 3種方式下，也可以用外部時鐘源加在 OSC1 引腳上進行驅動，這時 OSC2 引腳可以直接開路，如圖 32所示。 % 4MHz Murata Erie 177。 30 610? 20MHz Epson CA301 177。表 37 為不同復位方式下的上電延遲時間。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、調試容易、對器件要求不高、實用性強的特點 [3]。而 A點電壓由參考電壓 VREF 和 R2/ R3 的值共同決定 ,因此 ,應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。若基極有引出線，則可滿足溫度補償檢測調制要求。 常用的光耦器件為 TLP5211， TLP5214， 4N25， HCRN200， SLC800等。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個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，從而達到實現線性隔離的目的。相對于 HCNR200，HCNR201 提供更高的線性度。 運放可以是單電源供電或正負電源供電，上面給出的是單電源供電的例子。 R1=200KΩ ,R2=174,R3=33KΩ ,C1=47P,R4= ,C2=33P,R5=270Ω , R6=RP1=50KΩ， C3=C4=C5=C6=。但這會占用大量的端口，且硬件電路也十分復雜。用戶可以根據自己的需要，自第一位到第八位顯示數據，同時，芯片內部還具有使數碼管中每一段二極管都點亮的測試模式。 為了能保證系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)控，設計中為了方便的看到系統(tǒng)狀態(tài)，設置了三套監(jiān)測與指示裝置，變壓器的安裝現場有一套，它是由控制風機起停的接觸器、檢測故障的繼電器的常開或常閉觸點控制的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAR 623 60R 633 60H L 3H L 4+ 5V AA G N D過載故障顯示過壓故障顯示H L 5R 643 60缺相故障顯示+ 5V A+ 5V AW1A2B3C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAD O U T24S E G D P22S E G G17S E G F15S E G E21S E G D23S E G C20S E G B16S E G A14I S E T18V