【文章內(nèi)容簡介】 具有較高的 精度 ?；阢K電阻的電橋型溫度檢測電路和電流源型溫度檢測電路與常用的一些檢測電路相比，具有精度高，性能穩(wěn)定，調(diào)試簡單，對元件 要求不高，實用性強的特點。 所以， 設(shè)計中采用基于鉑電阻的電流源型溫度檢測電路實現(xiàn) 溫度的采集與處理。 固態(tài)繼電器只有兩個輸入端（ A和 B）及兩個輸出端 (C和 D)，是一種四端器件。很容易實現(xiàn)隔離與驅(qū)動。工作時只要在 A、 B端加上一定的控制信號，就可以控制 C、 D兩端之間的“通”和“短”，實現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為 A、 B端輸入的控制信號提供一個輸入 /輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開 SSR中輸入端和輸出端之間的（電）聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入 /輸出間的絕緣等級高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，使得 SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配 ，在使用時可直接與計算機輸出接口相接，即受“ 1”與“ 0”的邏輯電平控制。 另外，由于固態(tài)繼電器 SSR的通斷沒有可動接觸部分，具有噪聲低、驅(qū)動電流小、可靠性高等特點，在自動控制方面廣泛運用。 所以 本 設(shè)計選用固態(tài)繼電器而不選用電磁繼電器。 CC1000 的外圍電路簡單，功耗低； 并 提供了十分方便的電源管理辦法。 方案二中的過載、缺相檢測與保護電路需要的電流互感器多，成本太高。 過壓檢測與保護電路中電壓信號的采集與變換可用電壓變送器和電壓互感器實現(xiàn)，電壓互感器應(yīng)用廣泛、選用容易，因此，設(shè)計中采用電壓互感器實現(xiàn)電壓信號的 采集與變換。 運用電流互 感器實現(xiàn)過載與過壓保護的電路，由于所需電流互感器較多，成本太高。 因此， 設(shè)計中采用方案三中的過載與缺相保護措施。 上述 三種 方案都 可實現(xiàn)系統(tǒng) 的 功能 ，但通過以上 比較，方案三最合理， 基于 6SPCE061A 單片機的變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠克服方案一和方案二中出現(xiàn)的不足 ，滿足自動化程度較高的需求。 因此選用該方案。 系統(tǒng)工作原理 方案三的功能實現(xiàn)如下所述： 利用預(yù)埋在變壓器 油 中的 鉑 電阻來檢測變壓器繞組的溫度，并 設(shè)計 相應(yīng)的報警和控制功能，能夠根據(jù) 變壓器 繞組溫度自動啟停風(fēng)機對 變壓器進行 冷 卻 ， 該方案 能夠控制油浸風(fēng)冷式電力變壓器的油溫在工藝要求的范圍之內(nèi)（一般是 45℃ — 55℃）。在變壓器油溫大于上限溫度（通常是 55℃）時啟動全部風(fēng)機，當(dāng)油溫降至下限溫度（通常是 45℃）時停止全部風(fēng)機。 并且能夠 在 控制室監(jiān)控， 保證變壓器運行在安全狀態(tài)。 系統(tǒng)原理框圖 如圖 2— 3 所示 ： 圖 2— 3 系統(tǒng)的 工作流程敘述如下 ： 首先，由埋于變壓器油中的鉑電阻采集溫度信號，將采集到的溫度信號經(jīng)過信號調(diào)理電路處理成電壓信號，由于 SPCE061A 內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器，故將SPCE06A (主機 ) SPCE06A （從機） 無線數(shù)傳 傳 無線數(shù) 傳 驅(qū)動 電路 風(fēng)機 LED 顯示 遠傳 開關(guān) LED顯示 故障顯示 報警電路 溫度采集 采集 故障顯示 鍵盤控制 主電路 光電 隔離 光電 隔離 光電 隔離 光電 隔離 過壓檢測 過載檢測 缺相檢測 7經(jīng) 預(yù)處理后的反映溫度狀況的電壓信號直接送入主單片機 SPCE061A 內(nèi)部，在單片機內(nèi)部進行 A/D 轉(zhuǎn)換，將 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進一步處理后轉(zhuǎn)換成符合要求的二進制代碼后輸出，送數(shù)碼管顯示。同時，單片機將接受到的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的溫度上下限值對比，如果當(dāng)前溫度超過了上限值，單片機 I/O 口輸出信號，經(jīng)固態(tài)繼電器驅(qū)動電路，使全部風(fēng)機投入運行；如果當(dāng)前油溫低于下限值，使全部風(fēng)機停止運行；若溫度值在監(jiān)控范圍之內(nèi)， 則每三組風(fēng)機按自動運行方式交替投入運行。同時，對風(fēng)機 進行過壓、過載、缺相保護 。故障 檢測電路將檢測到的信號經(jīng)光電隔離后 ，送入單片機各檢測信號輸入端，單片機一旦檢測到各保護電路的低電位時，給出相應(yīng)的控制信號，作用于風(fēng)機的繼電器 ； 并且相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，報警器發(fā)出故障報警。要實現(xiàn)變壓 器的遠程監(jiān)控，需要主機將溫度信號和檢測到的系統(tǒng)的運行狀態(tài) 通過無線數(shù)傳芯片送從機顯示，從而實現(xiàn)了變壓器的全自動遠程和就地監(jiān)控。 系統(tǒng)有了基本的原理框架， 還需要 每一部分電路 模塊的 支持 ， 才能 有效實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 為方便、可靠、經(jīng)濟、有效、 易實現(xiàn)起見， 設(shè)計各部分電路方案 為 ： 、隔離電路的設(shè)計、鍵盤控制電路的設(shè)計見主機部分 。 路部分有六個 主回路 ， 分別控制 著六組風(fēng)機的啟停，主電路總回路中接一斷路器用于控制整個主電路，而在每一回路中接有斷路器、交流接觸器、熱繼電器用于控制和保護電路。每組回路中有 兩臺風(fēng)機 ，這兩臺風(fēng)機的運行與否，或者是啟動與停止，以及故障出現(xiàn)時，回路 中的相應(yīng)電器動作，控制風(fēng)機的運行狀況，使風(fēng)機正常 運行，從而保證變壓器能安全、可靠的工作。 、接受靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本等角度考慮。全集成 UHF RF 收發(fā)芯片，有極低的電流消耗，低供電（ — ），頻率范圍為 300MHZ— 1000MHZ；集成位同步器，高靈敏度程序控制輸出功率（ 20dBm— 10dBm），接收信號強度指示（ RSSI）輸出；單接點天線；很少的外接元件。因此本設(shè)計用 chipcon 公司推出的可編程 RF 收發(fā)器芯片 CC1000。 CC1000 的主要參數(shù)可由一個串行接口編成設(shè)定，使用非常方便并且具有靈活性。 微控制器可以通過 CC1000 的串行接口進行設(shè)置，通過CC1000 的 DIO 口完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 微控制器使用三個輸出引腳用于接口（ PDATA、 PCLK、 PALE），與 PDATA 相連的引腳必須是雙向引腳，用于發(fā) 送和接收數(shù)據(jù)。提供數(shù)據(jù)時鐘的 DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來監(jiān)視 LOCK 信號（在引腳 CHP_ OUT） 。 當(dāng) PLL 鎖定時，該信號為邏輯高電平。 ，有效控制變壓器油溫， 分別對六組風(fēng)機進行 過壓 檢測與保護 、過載 監(jiān)測與保護 、缺相 檢測與保護。由于每個回路的電壓都相等，所以過壓檢測與保護電路設(shè)置在主電路的三相電進線處就可以了，而過載和缺相保護 8要 對 各 回路進行檢測 。過壓保護電路采用電壓互感器 采集、 變換電壓信號 ，將采集、變換的電壓信號 經(jīng)過整流、濾波、光電隔后送入單片機檢測信號輸入端； 過載保護 是在每一組電路中串接一熱繼電器，過載檢測是由熱繼電器的常閉觸頭組成邏輯電路來實現(xiàn)的，當(dāng)某一風(fēng)機出現(xiàn)過載故障時，熱繼電器的常閉觸頭斷開，截斷了電源 ；同時，檢測 電路檢測到低電平，該信號經(jīng)過光電隔離后送給主機，主機檢測到故障信號后，輸出相應(yīng)的信號，控制風(fēng)機。 給每一臺風(fēng)機并接一小型中間繼電器，每一組風(fēng)機接六個中間繼電器，電路正常時，這些繼電器都吸合，當(dāng)有一相出現(xiàn)缺相，該繼電器線圈就會斷開。 此時，每一組的缺相檢測電路可由六個中間繼 電器的常開觸頭構(gòu)成與邏輯電路或者由六個中間繼電器的常閉觸頭組成與 邏輯電路， 觸頭斷開，該 檢測電路輸出低電平；同樣的該信號經(jīng)光電隔離后送入主機，主機檢測到是那一組風(fēng)機出現(xiàn)后，發(fā)出相應(yīng)得信號給執(zhí)行機構(gòu)。 ， 本設(shè)計通過運 用固態(tài)繼電器（ SSR）實現(xiàn)驅(qū)動 。固態(tài)繼電器有兩個輸入控制端，另外兩端為輸出控制端，固態(tài)繼電器內(nèi)部集成了光電隔離。 運用它既實現(xiàn)了強電信號與弱電信號的隔離，又實現(xiàn)了對風(fēng)機的驅(qū)動。固態(tài)繼電器的 輸入端只要有很小的電流便能控制它的導(dǎo)通，沒有輸入電流則截止。 LED 數(shù)碼管 實時顯示 。 主機將采集到的變壓器的溫度信號實時顯示的同時，將數(shù)據(jù)傳送給從 機顯示。 、過載、缺相故障時， 主機通過故障檢測電路檢測到是哪組風(fēng)機、出現(xiàn)那類故障，然后輸出控制信號， 發(fā)光二極管的點亮 通過單片機輸出的信號 來實現(xiàn)。 由從機 的 輸出信號控制 ， 當(dāng)系統(tǒng)正常運行時、故障運行或者油溫超過 75℃時， 從機 分別 輸出一高電平信號， 該信號經(jīng)三極管放大后驅(qū)動繼電器， 繼電器 線圈得電， 其常開觸點閉合， 從而給出遠傳 開關(guān) 信號。 DAC1 輸出音頻信號，該信號經(jīng)過 8050放大后驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音。 9 第 3 章 硬件 電 路 設(shè)計 從機設(shè)計 中心控制室要實時監(jiān)控變壓器的運行狀態(tài)，需要在遠端有微控制 器。 并配 備溫度顯示器、故障顯示、報警功能電路等。此功能由本設(shè)計中的從機部分實現(xiàn)。 從機部分的設(shè)計是以 SPCE061A 單片機為核心，再配以溫度顯示電路、故障顯示電路、報警電路以及遠傳開關(guān)信號電路來實現(xiàn)變壓器的遠程監(jiān) 同時要配 控功能。簡單介紹一下 SPCE061A 的主要特性： SPCE061A 僅內(nèi)置 32k 閃存 FLASH, 其較高的處理速度使μ ’ nSP TM 能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號 ,因而特別適用于數(shù)字語音 識別等應(yīng)用領(lǐng)域。 SPCE061A 在 ～ 3. 6V 工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為 0. 32～ 49. 152MHz ,且具備 8 通道 10 位模 數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能 ,以及內(nèi)置自動增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式 。同時具有雙通道 10 位DAC 方式的音頻輸出功能。其主要性能如下 : ａ． 一個 16 位μ ’nSPTM 微處理器 。 ｂ． 工作電壓范圍 :VDD為 2. 6～ 3. 6V(cpu) ,VDDH ( I/O) 。 ｃ． 內(nèi)置 2k字的 SRAM。 ｄ． 具有可編程音頻處理功能 。 ｅ． 具備節(jié)電功能 ,系統(tǒng)在備用狀 態(tài)下 (時鐘處于停止?fàn)顟B(tài) ) 的電流小于2mA@3. ｆ． 具有 2 個 16 位可編程定時器 / 計數(shù)器 (可自動預(yù)置初始值 ) 。 ｇ． 帶有 2 個 10 位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道 。 ｈ． 帶有 32 位通用可編程輸入 / 輸出端口 。 ｉ． 具有 14 個中斷源 ,可通過定時器 A / B 時基的 2 個外部時鐘輸入鍵進行喚醒 。 ｊ． 使用凌陽音頻編碼 SACMS240 方式 (2. 4k 位 /秒 ) , 能容 210 秒的語音數(shù)據(jù) 。 ｋ． 帶有 7 通道 10 位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 。 ｌ． 聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器輸 入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益制 (AGC) 電路 。 ｍ． 具備串行設(shè)備接口 。 ｎ． 具有低電壓復(fù)位 (LVR) 和低電壓監(jiān)測 (LVD) 功能 。 ｏ． 具有內(nèi)置的在線仿真電路 ( ICE In CircuitEmulator) 。 SPCE061A 的最小系統(tǒng)組成： 在 OSC0 、 OSC1 端接上晶振及諧振電容并在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入 VCP 端接上相應(yīng)的電容和電阻即 可 工作。在其它不用 10 的電源端和地端接上 F 或 100μ F 的去耦電 容 可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 復(fù)位： 通過某種方式使單片機內(nèi)各寄存器的值 、程序 計數(shù)器 PC的 值 等 變?yōu)槟J(rèn)值的操作稱為復(fù)位， 對 SPCE061A復(fù)位是對其內(nèi)部的硬件初始化，通電時系統(tǒng)自動復(fù)位。另外，還有手動復(fù)位，即按下復(fù)位鍵，給 SPCE061A 的 6引腳上外加一個電平，就可復(fù)位。 SPCE061A 有四種不同的復(fù)位方法：上電復(fù)位、手動復(fù)位、看門狗溢出復(fù)位 、低電壓檢測復(fù)位。采用不同的復(fù)位方法復(fù)位后，系統(tǒng)狀態(tài)并不完全相同，因此要注意復(fù)位后系統(tǒng)初始化程序中要做的設(shè)置并不相同。 SPCE061A 的復(fù)位電路如圖所示： R E SE TSP C E 0601AR E ST 圖 3— 1 復(fù)位電路 11 C2 6C7R2 1C1 0C9C8C2 C3 C4C1C5C1 1C6C1 3C1 2L2R0L1L3L C / S A WL C /S A W 濾波器C 21C 22C1 9 C2 0C1 5C1 41 2X T A L1 2X T A LC1 7C2 3V S SV S SV S S P1J8CO N 1V S S AR1 2V in V outGNDL M 7833C2 8 C3 0O S C O12O S C O13X T E S T14VDD15I C E _E N16I C E _S C K17I C E _S D A18V S S A19P V I N20D A C 121D A C 2