【正文】 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。 Agilent 公司的 HCNR200/201 的手冊上給出了多種實用電路 [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 線性光耦的隔離應用電路 設運放負端的電壓為 iV ， 運放輸出端的電壓為 0V ， 在運 放不飽和的情況下二者 滿足下面的關系： o DD iV V GV?? (1) 其中 0V 是在運放輸入差模為 0 時的輸出電壓， G 為運放的增益，一般比較大。 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。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)部先進行電壓 頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生的交流信號進行變壓器隔離，然后進行頻率 電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。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。當輸入端加電信號時，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，從而實現(xiàn)了“電 光 電”轉(zhuǎn)換。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) 呈線性關系。 第三節(jié) 溫度采集電路模塊設計 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)過程中需要實時測量溫度，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。 推薦值： 3k? ≤ Rext≤≦ 100k? ； Cext﹥ 20pF 圖 36 RC振蕩器工作方式復位 PIC16F877 芯片有以下幾種復位方式： （ 1）芯片上電復位（ POR）； （ 2）正常工作狀態(tài)下通過在外部 MCLR 引腳上加低電平復位； （ 3）在休眠狀態(tài)下通過在外部 MCLR 引腳上加低電平復位； （ 4）正常工作狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT 超時溢出復位； （ 5）在休眠狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT超時溢出復位； （ 6）掉電鎖定復位（ BOR）。 20 610? 200kHz STD XTL 177。 （ 2）對于 AT 方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻 Rs。 （ 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。具有地址第九位檢測的通用異步接收器和發(fā)送器（ USART/SCI）。定時器 TMR2：帶有 8 位周期寄存器 .前分頻器和后分頻器的 8 位定時器 /計數(shù)器。通過 2個引腳可進行在線調(diào)試，編程只需要 5V 電源，通過 2 個引腳可進行在線調(diào)試，處理器有通道能對程序存儲器進行讀 /寫。 根據(jù)設計的要求，綜合多方面的因素，我選擇了 PIC16F87X系列的 PIC16F877單片機 ，它與其他 3種單片機性能對照表如下所示。 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計說明將在下一章節(jié)中作具體的闡述。 信號通過無線通信芯片 nRF401 傳輸?shù)娇刂剖?。綜上所述，本方案具有較高的性價比。 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。顯示采用單片機的 I/O 口擴展四片串并轉(zhuǎn) 換的移位寄存器 74LS164 驅(qū)動四只 寸共陽級數(shù)碼管，實時顯示變壓器的溫度。如果以 10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時傳輸距離可達 12m ，而用 100Kbps時傳輸距離可達 。 AD590 等效于一個高阻抗的恒流源，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，所引起的電流最大變化量僅為 1μ A，等價于 1℃的測溫誤差。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)阻抗響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優(yōu)點，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行線性校準。經(jīng)過低電位狀態(tài)下編程的配置信息才會有效，但是不能關閉電源 [5]。一個完整的 CC1000 配置，要求發(fā)送 29 個數(shù)據(jù)幀，每個 16 位（ 7 個地址位， 1 個讀 /寫位和 8 個數(shù)據(jù)位）。單片機監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門狗兩個功能。光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的。 通信采用 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF 收發(fā)芯片。 nRF401 還有待機工作方式 ,可以更省電和高效。 MAX7219 為 8位 LED顯示驅(qū)動電路，可以連續(xù)的驅(qū)動 8位 7 段數(shù)據(jù)顯示。 溫度信號的采集在設計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現(xiàn)。主 電路控制元件采用了接觸器，靠機械觸點來實現(xiàn)對風機的驅(qū)動。 第二節(jié) 設計要求 畢業(yè)設計的主要內(nèi)容 （ 1）完 成系統(tǒng)設計； （ 2）選擇合適的單片機，作為主機 CPU； （ 3）獨自完成主機硬件、軟件設計，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計、程序設計及調(diào)試； （ 4）完成相關的設計圖紙繪制和設計說明書撰寫，通過畢業(yè)設計答辯。 針對以上種種問題，要求本設計選用一款集成度較高的單片機，并采用無線通信技術(shù)，設計一個電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對現(xiàn)有落后的溫度控制系統(tǒng)進行改造，滿足自動化要求。由于工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境較惡劣，會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，設計采取了抗干擾措施，在集成電路的電源入口處加了濾波電容，且送入單片機的信號都經(jīng)過了光耦隔離。 目前，還有許多變壓器采用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，在實際運行中，由于風機啟動時全部投入，同時全部停止，沖擊電流較大，嚴重影響了電機的使用壽命。風機側(cè)完善的保護裝置為 CPU提供準確的風機故障信號，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 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)風冷或強迫油循環(huán)風（水）冷，使熱油經(jīng)過強風（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）方案設計。溫度上限值和下限值可以通過硬件靈活設置，以適應不同類型和不同環(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)生造成設備損壞； （ 4）系統(tǒng)具有故障自診斷功能，當某一風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備檢修； （ 5）系統(tǒng)設置正常運行、故障運行、油溫超過 75℃三項遠傳開關信號； （ 6）本設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。 信號通過無線通信芯片 nRF401 傳輸?shù)娇刂剖摇? 圖 22 溫度控制系統(tǒng)框圖 方案二： 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 ,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)，在 CMOS 工藝下 制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。在低電位模式設置時，僅需發(fā)射一個幀，所需時間少于 2μs 。當 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)指標可能會有一些差異。這表明，其輸出電流與熱力學溫度嚴格成正比。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)。 % 2MHz Murata Erie 177。 50 610? 8MHz Epson CA301 177。但在休眠期間 WDT 超時溢出復位不會影響這些寄存器的值，這是因為這種復位被看成是一種正常的操作，故不應使任何寄存 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 點的電壓和適當選取 R4 的阻值實現(xiàn)。當輸入為低電平“ 0”時，沒有電流（或者電流非常?。┝鬟^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，即使當外部設備出現(xiàn)故障，也不會影響到單片機等重要的核心設備。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，差別在于一些指標上。 輔助電路與參數(shù)確定 ： 上面的推導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及數(shù)字化的光亮控制。其中 LOAD、 DIN、 CLK分別接到單片機的 RC RCRC3，此外還應注意對于 MAX7219連接到 V+和 ISET端的電阻 REST可對數(shù)碼管亮度進行調(diào)節(jié)，但不得小于 ，在本設計中選用了阻值為 33 K歐姆的電