【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(diǎn)。 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(jī)監(jiān)電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。 DS18B20 與單片機(jī)的接口 電路如圖 23 所示。顯示采用單片機(jī)的 RA 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(yáng)數(shù)碼管，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。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(wú)線收發(fā)芯片 ,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。另外，還提供節(jié)電工作模式及提供編 碼保護(hù)等。 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)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(duì)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(cè)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(wú)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) 信。 2℃，溫度控制精度為177。 （ 4）根據(jù)設(shè)計(jì)原則完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。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)。 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。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。 電力變壓器溫度監(jiān)控冷卻系統(tǒng) 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(wú)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)。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。 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。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)。 （ 5）撰寫設(shè)計(jì)說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。 5℃。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。 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 。 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)。復(fù)位電路采用 MAXMAX6304 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。 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）。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(wú)此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。其 FSK 可達(dá) ，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。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。 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)。使用時(shí)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(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。 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)。 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。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)。 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。 nRF401還有待機(jī)工作方式 ,可以更省電和高效。 （ 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。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電 休眠（ Sleep） 方式。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)。 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(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。 （ 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。 % 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(shí)引腳結(jié)構(gòu)分布電容的差異也會(huì)影響振蕩 頻率，特別是在采用的振蕩電容值較小時(shí)，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(shí)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(fù)位（ POR） 0 X 0 X 無(wú)效，在上電復(fù)位時(shí)， TO 被設(shè)置為 1 0 X X 0 無(wú)效，在上電復(fù)位時(shí)， PD 被設(shè)置為 1 1 0 1 1 掉電鎖存復(fù)位（ BOR） 1 1 0 1 WDT 復(fù)位 1 1 0 0 WDT 喚醒復(fù)位 1 1 U U 在正常運(yùn)行時(shí) MCLR 復(fù)位 1 1 1 0 在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒 MCLR 復(fù)位 通過對(duì)以上進(jìn)行分析說明，本設(shè)計(jì)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(cè)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(hào)要引入單片機(jī)必須經(jīng)過光耦隔離。 光電耦合器之所以能在傳輸信號(hào)的同時(shí)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(duì)于模擬信號(hào)，光耦因?yàn)檩斎胼敵龅木€形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號(hào)隔離的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用 HCNR200/201 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(yùn)算放大器等輔助電路。 TI 公司的 LT1097 單運(yùn)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(shè)計(jì) 按鍵輸入電路模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中共用了四個(gè)按鍵，一個(gè)為清除鍵，其余三個(gè)為溫度設(shè)定鍵，四鍵共用一個(gè)鍵盤服務(wù)程序。設(shè)計(jì)采用美信公司的集成顯示芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，其不但硬件電路十分簡(jiǎn)單，而且占用的端口又較少可以滿足設(shè)計(jì)要求 [12]。即單片機(jī)將 16 位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到 DIN端 ,在 CLK上升沿到來(lái)前準(zhǔn)備就緒， CLK的每個(gè)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(hào)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(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示 [13]。 在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，控制回路中繼電器的常開觸點(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，指示風(fēng)機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。缺相故障時(shí)的信號(hào)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(hào)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(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。 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。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。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(duì)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(duì)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。 K1 已知的