【正文】 的電阻REST可對數(shù)碼管亮度進行調(diào)節(jié)，在本設(shè)計中選用了阻值為33 K歐姆的電阻。為了能保證系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)控，設(shè)計中為了方便的看到系統(tǒng)狀態(tài)，設(shè)置了三套監(jiān)測與指示裝置，變壓器的安裝現(xiàn)場有一套，它是由控制風(fēng)機起停的接觸器、檢測故障的繼電器的常開或常閉觸點控制的。電路圖如下圖316所示。在風(fēng)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(cè)的發(fā)光二極管點亮，指示風(fēng)機處于正常運行狀態(tài)。在故障顯示電路中，過載故障顯示是當(dāng)其中的任意一組風(fēng)機發(fā)生過載后，過載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)機過載運行，過載信號經(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(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。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(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。當(dāng)過壓時，過壓信號經(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(yīng)，發(fā)光二極管點亮，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機組切除。圖316 風(fēng)機故障顯示電路 在本電路中需要用8輸入或/或非門對信號進行選通，下面來簡單介紹一下8輸入或/或非門芯片CC4078的工作原理。CC4078芯片的引腳排列圖如圖317所示。圖317 CC4078芯片的引腳排列圖引出端功能說明： A～H 數(shù)據(jù)輸入端 Vdd 正電源 Vss 地 W 原碼輸出端 Y 反碼輸出端該芯片電源電壓的范圍是3V～15V，輸入電壓的范圍是0～Vdd，在本控制回路中電源電壓是5V，滿足電路設(shè)計要求。第五節(jié) 無線通信系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計中要實現(xiàn)變壓器的無人看守，因此需要將現(xiàn)場的溫度信號，故障信號送入控制室，以便于工作人員隨時掌握變壓器現(xiàn)場的運行情況。通信可以采用無線和有線兩種方式實現(xiàn)，設(shè)計中要求采用無線通信來實現(xiàn)。nRF401單片UHF無線收發(fā)芯片可以滿足設(shè)計的要求，其硬件電路的設(shè)計過程在以下進行詳細講解。在本設(shè)計中,無線射頻模塊采用挪威 Nordic 公司推出的 nRF401 無線收發(fā)芯片。該芯片使用 433 MHz ISM頻段,是真正的單片 UHF 無線收發(fā)一體芯片,他在一個20 腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等,是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品[14]。nRF401 是一個為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)。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 105 dBm。具有工作半徑大、適應(yīng)性強的特點。天線接口設(shè)計為差分天線,便于使用低成本的印刷電路板天線。nRF401 還有待機工作方式,可以更省電和高效。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分方便。nRF401 的工作過程為: 在發(fā)射開始時首先發(fā)射同步信息,令收/ 發(fā)雙方同步,同步結(jié)束后傳輸目的地址,然后傳送采集數(shù)據(jù)。接收模塊總是先接受碼流中的同步信息,一旦收到同步信息后立即進行位同步,獲得位同步后,進行碼同步,碼同步完成后開始接收1 個地址信息。接收到地址信息后, 用接收的目的地址同自己的身份碼進行比較,若身份碼相符就將數(shù)據(jù)送給上位機,不符則忽略[15]。nRF401無線收發(fā)芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖318所示：圖318 nRF401內(nèi)部框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾部分。發(fā)射電路包含有：射頻功率放大器、鎖相環(huán)(PLL)，壓控振蕩器(VCO)，頻率合成器等電路?；鶞收袷幤鞑捎猛饨泳w振蕩器，產(chǎn)生電路所需的基準頻率。其主要特性如下：●工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段eFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；●采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；● 靈敏度高，達到．105dBm(nRF401)；●功耗小，接收狀態(tài)250~A，待機狀態(tài)僅為8 A(nRF401)；●最大發(fā)射功率達+10dBm；●低工作電壓(2．7v)，可滿足低功耗設(shè)備的要求；●具有多個頻道，可方便地切換工作頻率；● 工作速率最高可達20Kbit／s(RF401)；●僅外接一個晶體和幾個阻容、電感元件，基本無需調(diào)試；●因采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可達1 000米(與具體使用環(huán)境及元件參數(shù)有關(guān))。引腳排列和功能nRF401無線收發(fā)芯片具有2O個引腳，圖319所示是其引腳排列。圖319 nRF2401引腳排列各引腳功能如下：VSSPA、VSS為參考接地端；VDD為電源端，接+；VDDPA為功率放大+；ANTANT2為天線接口端；XCXC2為晶振端；IREF為參考電流端，通過22K電阻接地；PWRUP為上電端；CE為工作狀態(tài)使能端；CS為片選端，控制對nRF2401的PWRUP、CE和CS引腳狀態(tài)組合設(shè)置，控制nRF401的主工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為0，0、1或0、0時，芯片分別處于掉電狀態(tài)；CLKCLK2為通道2時鐘信號端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時鐘上升沿由DATA引腳向nRF401寫入數(shù)據(jù)，在下降沿從nRF401的DATA引腳讀出數(shù)據(jù)；DRDR2為通道2接受數(shù)據(jù)就緒信號端；DATA、DOUT為通道2數(shù)據(jù)端，控制器與nRF401由CLK、DR和DATA組成的三線接口交換傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通道1可接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，通道2 只能接收數(shù)據(jù)[15]。引腳號引腳名稱引腳功能描 述1CE數(shù)字輸入用于激活芯片的接收或發(fā)送模式2DR2數(shù)字輸出數(shù)據(jù)信道2接收數(shù)據(jù)準備好輸出，表示可以接收數(shù)據(jù)3CLK2數(shù)字輸入/輸出接收數(shù)據(jù)信道2的時鐘輸出/輸入4DOUT2數(shù)字輸出接收數(shù)據(jù)信道25CS數(shù)字輸入片選，用于激活配置模式6DR1數(shù)字輸出該腳輸出可用于表示數(shù)據(jù)信道1接收數(shù)據(jù)已準備好7CLK1數(shù)字輸入/輸出在數(shù)據(jù)信道1的3—線接口發(fā)送時鐘輸入和接收的時鐘輸出/輸入8DATA數(shù)字輸入/輸出接收信道1/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入/3—線接口9DVDD 功率數(shù)字電源正端，使用時應(yīng)退耦10VSS功率接地（0V）11XC2模擬輸出晶振接入端12XC1模擬輸入晶振接入端13VDDPA功率輸出功率放大器電源端（）14ANT1射頻天線接口115ANT2射頻天線接口216VSSPA功率接地（0V）17VDD功率 +3V DC 電源端18VSS功率地（0V）19IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏鬏斎攵?0VSS功率地（0V）21VDD功率+3V DC 直流電源端22VSS功率地（0V）23POWUP數(shù)字輸入功率上限24VDD功率+3V DC 電源表320 nRF401的引腳功能設(shè)計電路時應(yīng)注意以下問題。重要時序參數(shù)TX與RX之間的切換當(dāng)從RX切換TX模式時，數(shù)據(jù)輸入腳(DIN)必須保持為高至少1 ms才能收發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)從TX切換到Rx時，數(shù)據(jù)輸出腳(DOUT)要至少3ms以后有數(shù)據(jù)輸出。Standby與RX之間的切換從待機模式到接收模式，當(dāng)PWR UP輸入設(shè)成1時，經(jīng)過3ts 時間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。對nRF401來說，ts 最長的時間是3ms。nRF401無線收發(fā)芯片有多種工作模式。不同工作模式下的時序如表321所示表321 不同工作模式下的時序從待機模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時間是t 。Power Up與TX間的切換從加電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進入發(fā)射模式時，TXEN必須保持lms以后才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù)。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會有數(shù)據(jù)輸出，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到3ms。應(yīng)用電路及設(shè)計應(yīng)注意問題在實際應(yīng)用中，微控制器采用Microchip公司的PIC16F877單片機，分別用單片機的RCRCRCRCRE2口各管腳控制nRF401的DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個腳即可。具體連接可在芯片使用時，設(shè)定好工作頻率，進入正常工作狀態(tài)后，根據(jù)需要進行收發(fā)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)送／接收數(shù)據(jù)或進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計中的無線通信電路如下圖322所示。硬件電路的設(shè)計要點如下:（1）射頻電路對于電源噪聲相當(dāng)敏感,必須采用星形布線的方法使數(shù)字部分和RF部分有各自的電源線路,并且應(yīng)在靠近集成電路電源引腳處分別去耦 。（2）外接VCO電感應(yīng)選用高頻電感,Q45 ,精度為2%,本設(shè)計采用深圳順百科技有限公司的LQW18AN22NG00,電感的精度對無線通信的距離有較大的影響,也可使用精度為 5 %的,但通信距離會大大減小。VCO電感連線應(yīng)與其他控制線保持一定的距離,應(yīng)避免數(shù)字控制線從電感引腳之間經(jīng)過,并且應(yīng)該使 VCO電感元件的中心距離 nRF401 的 VCO1 ,VCO2 引腳焊盤的中心514 mm 左右,電感元件的選擇與布局很重要,是設(shè)計成敗的關(guān)鍵點。圖322 無線通信電路（3）在電路板的正反兩面均使用大面積鋪銅作為接地面,使所有的器件容易去耦,兩面的鋪銅應(yīng)使用多個過孔相連,所有對地線層的連接必須盡量短,接地過孔應(yīng)放置在非常靠近元件的焊盤處[1617]。（4）天線的設(shè)計使用 PCB 板的環(huán)形天線,尺寸為35 mm20 mm,天線增益為 11 dB ,天線阻抗為380Ω, 天線應(yīng)位于 PCB 板的頂部,天線部分不要鋪銅,有關(guān)環(huán)形天線的設(shè)計可參考 Nordic 公司的技術(shù)文檔 nAN400—03和 nAN400—05。（5）如果PCB板的 VCO電感設(shè)計合理,當(dāng)模塊處于接收狀態(tài)時,nRF401的第4 177。 V。第六節(jié) 主回路部分設(shè)計 風(fēng)冷機的保護簡要介紹風(fēng)冷式電動機是電動機的一種形式。電動機的保護往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接啟動時，往往產(chǎn)生4～7倍額定電流的啟動電流，可以由接觸器或斷路器來控制，電器的觸頭應(yīng)能承受啟動電流的連接和分段考核，應(yīng)該要選用可頻繁操作的接觸器。在使用中往往于啟動器串聯(lián)在主回路中一起作用，此時由啟動器的接觸器來承載啟動電流的考核，而其他電器只承載通常運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動機過載電流分段的考核，至于保護功能由配套的保護裝置來完成。此外，對電動機的控制還可以采用無觸點方式，即采用軟啟動控制系統(tǒng)，電動機主回路由晶閘管來連接和分斷，有的為了避免在這些元件上的持續(xù)損耗，正常運行中采用真空接觸器承載主回路（并聯(lián)晶閘管上）負載，這種控制有程控或非程控，近控或遠控，慢速啟動或快速啟動等多種方式，另外，依賴電子線路，很容易做到如電子式繼電器那樣的各種保護功能。 電動機在運行中可能發(fā)生的故障是多種多樣的，它與設(shè)計和制造質(zhì)量、使用條件、工作方式以及使用維護等因素密切相關(guān)，故障原因也比較復(fù)雜。詳細分析電動機損壞的主要原因，能夠幫助正確地使用和維護電動機，并能減少不應(yīng)有電動機的損壞。電動機在運行中往往會出現(xiàn)過載故障、過壓故障、缺相故障、短路故障、漏電故障等，在本設(shè)計中，由于是對變壓器的油溫進行檢測及控制，啟動風(fēng)機是為了控制變壓器的油溫，所以只涉及了風(fēng)冷式電動機的過載、過壓、缺相故障，下面對這三種保護簡要說明一下：過載保護——過載保護是通過對電動機熱容量的跟蹤計算來保護電動機，免于因過熱而縮短壽命或損壞，電動機的熱量值可以直接顯示在操作面板上，同時通過總線上傳給上位機。過壓保護——過壓保護是根據(jù)最小線電壓或最大線電壓和額定電壓的比值，來判斷是否起動保護功能。缺相保護——缺相保護是根據(jù)最大相電流是否超過90﹪的額定電流，最小相電流是否低于10﹪的額定電流來判斷是否起動缺相保護功能[18]。 輸出驅(qū)動電路設(shè)計設(shè)計中要對電機進行控制，只需要控制電機的啟動和停止，不需要調(diào)速，因此較為簡單，是普通的開關(guān)量控制。由于單片機I/O口的負載能力很小，所以輸出應(yīng)該加驅(qū)動電路，驅(qū)動電路可以采用固態(tài)繼電器。設(shè)計中采用三極管和光耦來驅(qū)動繼電器，來控制電機的起停。單片機輸出的控制量會輸入到Q1的基極[19]，若此信號低電平，則光電耦合器件導(dǎo)通，使CMOS三級管導(dǎo)通，從而繼電器通電，常開觸點閉合，致使輸出220V 電壓；否則輸出0V電壓。在實際電路中，用6個上述的類似電路對電機進行監(jiān)視控制。例如：當(dāng)溫度超過風(fēng)機溫度上限時，單片機就會通過軟件將輸出端置為低電平，進而使CMOS導(dǎo)通，對繼電器加上220V電壓，從而使風(fēng)機加電，開起風(fēng)機；若溫度再高，達到超溫報警溫度上限，就會發(fā)出超溫報警；若溫度高到超溫跳閘溫度上限，就會發(fā)生超溫跳閘。因此達到對被控對象進行實時監(jiān)控的目的[20]。 風(fēng)機型號的選擇設(shè)計要求中提出了風(fēng)機的容量應(yīng)為375W，經(jīng)過對相近容量風(fēng)機的比較，本設(shè)計最終選擇了AO系列微型電動機中的AO6322 型，其技術(shù)數(shù)據(jù)可參看下表，額定電流較小，便于選擇保護器件，功率因數(shù)較高，提高了風(fēng)機的實用性，啟動電流、最大轉(zhuǎn)矩與其他型號的一致。AO系列微型電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表323所示：型號容量W轉(zhuǎn)速r/mi額定電流A功率%功率因數(shù)啟動電流A最大轉(zhuǎn)矩AO632237028006AO6312250280