【正文】 極低的功耗，可編程輸出功率（ 20～ 10dBm），高靈敏度（一般 109dBm），小尺寸（ TSSOP28封裝），集成了位同步器等特點。 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+19C L O C K13D I N1D I G 02D I G 111D I G 26D I G 37D I G 43D I G 510D I G 65D I G 78L O A D12G N D4G N D9N 14M A X 7 21 9 （主）abfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 19abfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 183 3KR 25+ 5VabfcgdeD P Y1234567abcdefg8 dpdpN 20CL KLO ADRC 2 圖 24 LED顯示電路 （三）鍵盤輸入 單片機監(jiān)電路設計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。 DS18B20 與單片機的接口 電路如圖 23 所示。顯示采用單片機的 RA 口擴展四片串并轉(zhuǎn)換的移位寄存器 74LS164驅(qū)動四只 寸共陽數(shù)碼管，實時顯示變壓器的溫度。nRF401 是一個 433 MHz 工業(yè)、科學、醫(yī)用頻段設計的真正單片無線收發(fā)芯片 ,它采用頻移鍵控調(diào)制技術。另外，還提供節(jié)電工作模式及提供編 碼保護等。 圖 21 傳統(tǒng)風冷機工作原理圖 第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案 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(xiàn)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(xiàn)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(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 風冷電機 變壓器過負荷 變壓器油溫檢測 機電邏輯處理系統(tǒng) 信。 2℃，溫度控制精度為177。 （ 4）根據(jù)設計原則完成控制系統(tǒng)的軟件設計。電力系統(tǒng)中常用的油浸風冷式電力變壓器多采用多組風機降溫，控制變壓器的油溫在工藝要求的范圍之內(nèi)。 針對電力變壓器在運行過程中存在的問題，可以采用的智能溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度的自 動采集、顯示、風機的順序起停。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行，因此變壓器的冷卻系統(tǒng)對變壓器的安全經(jīng)濟運行又極其重要的意義。 電力變壓器溫度監(jiān)控冷卻系統(tǒng) 摘 要 本設計針對電力變壓器冷卻系統(tǒng)中使用常規(guī)控制系統(tǒng)時存在的控制回路復雜、可靠性低、風機保護方式簡單、油溫測量精度低、控制誤差大、無法進行遠程通訊等問題，設計了一套智能化變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在發(fā)電廠或變電所，風冷式變壓器采用多組風機降溫，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。 根據(jù)現(xiàn)場運行要求，本設計選用了 PIC16F877單片機構成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設備操作簡單，用戶可通過面板按鍵輕松設定控制風機起停、報警及跳閘閥值，所有設定參數(shù)掉電后均不會丟失。目前現(xiàn)場還有相當數(shù)量的油浸風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機，當油溫降至下限溫度時停止全部風機。 （ 5）撰寫設計說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。 5℃。使用戶隨時了解變壓器及風機運行情況， 實現(xiàn)遠程溫度控制。 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 。 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、適應性強的特點。復位電路采用 MAXMAX6304 芯片來實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的監(jiān)控電路。 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）。在設計完單片機系統(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。其 FSK 可達 ，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。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。 AD590 配以 ICL7016 型單片 A/D 轉(zhuǎn)換器即可構成三位半液晶顯示的溫度傳感器，通信采用 RS485標準。使用時將 3 腳接地，可起到屏蔽作用。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，接收靈敏度也相當高。 第三節(jié) 設計方案的確定 根據(jù)上一節(jié)中三個設計方案，下面對這三種設計方案進行比較： 在方案二中， 溫度檢測 采用由 DALLAS 半導體公司生產(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，傳輸距離遠等特點。 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。通信芯片 nRF401,其通信距離遠，且不用編碼，軟件較容易實現(xiàn)。 溫度檢測電路通過預埋在變壓器中 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，并輸出相應的控制信號，控制風機的起停，電機的保護電路包括過壓，過載，缺相等。 nRF401還有待機工作方式 ,可以更省電和高效。 （ 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。它的可編程代碼具有保護功能，省電 休眠（ Sleep） 方式。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)。 10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）。 第二節(jié) 振蕩器配置選擇 在本 次設計中，我們需要用到振蕩器，下面對振蕩器做個初步的了解介紹。 （ 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。 % 16MHz Murata Erie 177。 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，另外封裝時引腳結構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。 振蕩器配置 上電 掉電鎖存 休眠喚醒 PWRTE =0 PWRTE =1 XT、 HS、 LP 72ms+1024OSCT 1 024 OSCT 72ms+1024 OSCT 1 024 OSCT RC 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 POD BOR TO PD 說明 0 X 1 1 上電復位（ POR） 0 X 0 X 無效，在上電復位時， TO 被設置為 1 0 X X 0 無效，在上電復位時， PD 被設置為 1 1 0 1 1 掉電鎖存復位（ BOR） 1 1 0 1 WDT 復位 1 1 0 0 WDT 喚醒復位 1 1 U U 在正常運行時 MCLR 復位 1 1 1 0 在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒 MCLR 復位 通過對以上進行分析說明，本設計選用了 XT方式即晶體 /陶瓷諧振器方式。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBA22_3+41 / 2L F 4 12N822_3+41 / 2L F 4 12N922_3+41 / 2L F 4 12N 10R11kR21kR31 0kR41kR51kR61kR71 00P t 10 0R82 S C 18 15Q1V r e f ( 2. 5v )+ 15 V AA G N DA G N D A G N DIn pu t 圖 39 電橋型溫度檢 測電路 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAC90 .1 u F1 uFC 10C 191 0u F0 .1 u FC 20+ 5V A+ 2. 5 VG N DNCS L E E PV I NO U T P U TNCNCNCN7R E F 19 2A G N D A G N DA G N D 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)。 所以溫度信號要引入單片機必須經(jīng)過光耦隔離。 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。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用。本設計采用 HCNR200/201 進行設計。 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。 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。 第四節(jié) 按鍵輸入和顯示電路部分設計 按鍵輸入電路模塊設計 系統(tǒng)中共用了四個按鍵，一個為清除鍵，其余三個為溫度設定鍵，四鍵共用一個鍵盤服務程序。設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計要求 [12]。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 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]。 在風機正常運行時，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，觸點一側的 發(fā)光二極管點亮，指示風機處于正常運行狀態(tài)。缺相故障時的信號傳送及其顯示電路原理和過載時基本一致，在風機的每一相中都接了一個繼電器線圈，有缺相時，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(xiàn)在風機缺相運行，缺相 信號經(jīng)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。 LOAD的上升沿必須在第 16個時鐘脈沖上升之后和下一個脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會丟失。在芯片內(nèi)部集成了一個 BCD 譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動以及一個 8? 8 位的靜態(tài)隨機存儲器。當 SET 鍵按下時系統(tǒng)進入鍵盤服務子程序，表明進入溫度的設定狀態(tài)，系統(tǒng)的初始值是 45℃ — 55℃，對于溫度的設定是在這個基礎上進行遞增或遞減，再次按下 SET 鍵時，表明進入上限值的設定，由 UP 鍵 / DOWN 鍵對溫度值進行調(diào)整，假如不需要設定溫度值，則按取消鍵退出，連續(xù)按下 SET 鍵三次，則進入下限值的設定。 K1 已知的