【正文】 其中 LOAD、 DIN、 CLK分別接到單片機(jī)的 RC RCRC3，此外還應(yīng)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(jìn)行調(diào)節(jié)，但不得小于 ，在本設(shè)計中選用了阻值為 33 K歐姆的電阻。一般的顯示大都采用使用單片機(jī)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。 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(jìn)行合理選型，并且確定電阻的阻值。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。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”。 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(jìn)行溫度檢測。 50 610? 8MHz Epson CA301 177。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)。 具有 高達(dá) 8K 字（ 14位字長）的 FIASH 程序存儲器；高達(dá) 368 字節(jié)的數(shù)據(jù)存 儲器（ RAM）；高達(dá) 256 字節(jié)的 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器。 nRF401 發(fā)射速率可達(dá) 20 kb/ s。故不選用此方案。不僅可以實現(xiàn)半雙工通信，而且可以實 現(xiàn)全雙工通信。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。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 。 （二）顯示部分 可以用數(shù)碼管顯示，電路如下圖 24 所示。 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。 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)。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(jī)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(jī)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(jìn)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）。 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(kuò)展性，能滿足各種型號變壓器的要求。 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(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)（水）冷，使熱油經(jīng)過強(qiáng)風(fēng)（水）冷卻器，冷卻后再用油泵送回變壓器。 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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)啟動時全部投入，同時全部停止，沖擊電流較大，嚴(yán)重影響了電機(jī)的使用壽命。 針對以上種種問題，要求本設(shè)計選用一款集成度較高的單片機(jī)，并采用無線通信技術(shù)，設(shè)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(jìn)行改造，滿足自動化要求。主 電路控制元件采用了接觸器，靠機(jī)械觸點來實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的驅(qū)動。 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。 通信采用 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF 收發(fā)芯片。單片機(jī)監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門狗兩個功能。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(guān)閉電源 [5]。 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。顯示采用單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)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。綜上所述，本方案具有較高的性價比。 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(shè)計說明將在下一章節(jié)中作具體的闡述。通過 2個引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，編程只需要 5V 電源，通過 2 個引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，處理器有通道能對程序存儲器進(jìn)行讀 /寫。具有地址第九位檢測的通用異步接收器和發(fā)送器（ USART/SCI）。 （ 2）對于 AT 方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻 Rs。 推薦值： 3k? ≤ Rext≤≦ 100k? ； Cext﹥ 20pF 圖 36 RC振蕩器工作方式復(fù)位 PIC16F877 芯片有以下幾種復(fù)位方式： （ 1）芯片上電復(fù)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(fù)位； （ 3）在休眠狀態(tài)下通過在外部 MCLR 引腳上加低電平復(fù)位； （ 4）正常工作狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT 超時溢出復(fù)位； （ 5）在休眠狀態(tài)下監(jiān)視器 WDT超時溢出復(fù)位； （ 6）掉電鎖定復(fù)位（ BOR）。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(guān)系。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。 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。 K1 已知的情況下， 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。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(jī)存儲器。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(fēng)機(jī)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(cè)的發(fā)光二極管點亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)缺相運行，缺相 信號經(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，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。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]。 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。 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。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。 所以溫度信號要引入單片機(jī)必須經(jīng)過光耦隔離。 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(fù)位（ POR） 0 X 0 X 無效，在上電復(fù)位時， TO 被設(shè)置為 1 0 X X 0 無效，在上電復(fù)位時， 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 在正常運行時 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 通過對以上進(jìn)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。 % 16MHz Murata Erie 177。 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。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)。 （ 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。 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(jī)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(jī)的起停，電機(jī)的保護(hù)電路包括過壓，過載，缺相等。 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。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。 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)。其 FSK 可達(dá) ，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。 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）。 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。使用戶隨時了解變壓器及風(fēng)機(jī)運行情況， 實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。 （ 5）撰寫設(shè)計說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。 根據(jù)現(xiàn)場運行要求，本設(shè)計選用了 PIC16F877單片機(jī)構(gòu)成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設(shè)備操作簡單，用戶可通過面板按鍵輕松設(shè)定控制風(fēng)機(jī)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。 電力變壓器溫度監(jiān)控冷卻系統(tǒng) 摘 要 本設(shè)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(fù)雜、可靠性低、風(fēng)機(jī)保護(hù)方式簡單、油溫測量精度低、控制誤差大、無法進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊等問題，設(shè)計了一套智能化變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 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(fēng)機(jī)的順序起停。 （ 4）根據(jù)設(shè)計原則完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 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)計方案 本設(shè)計以 PIC16F877 單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計，要求對油溫進(jìn)行實時采集，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，實現(xiàn)對變壓器溫度的全自動遠(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、缺相檢測和保護(hù)，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(jìn)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(fēng)冷電機(jī) 變壓器過負(fù)荷 變壓器油溫檢測 機(jī)電邏輯處理系統(tǒng) 信。nRF401 是一個 433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)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(shù)。 DS18B20 與單片機(jī)的接口 電路如圖 23 所示。它具有低電壓（ ～ ），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。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(yuǎn)，體積小，微功耗等特點。 （二）通訊電路 RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)通信：在發(fā)送端 TXD 將串行口的 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號 A、 B 兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成 TTL電平信號。本設(shè)計的成本較高，但可靠性更強(qiáng)，適用于對可靠性要求較高且不在乎成本的場合。使用戶隨時了解變壓器及風(fēng)機(jī)運行情況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。 （ 3）低功耗： PIC 采用 CMOS 設(shè)計結(jié)合了諸多的節(jié)電特 性，使其功耗較低， PIC 百分之百的靜態(tài)設(shè)計可進(jìn)入休眠省電狀態(tài)而不