【導讀】實現變壓器的溫度監(jiān)控。系統(tǒng)采用多組風機對油浸風冷式變壓器降溫，變壓器油。溫由預埋在變壓器油中的鉑電阻采集，將采集到的油溫在就地和遠端實時顯示，上限值和下限值之間時,風機按工藝要求運行?？删幊蘎F無線收發(fā)器芯片CC1000. 風機出現故障時，相應的發(fā)光二極管點亮,并且報警電路發(fā)出。系統(tǒng)要具備完善的過壓、過載、缺相檢測和保護功能。

　　

【正文】 行方式，正常時采用自動方式運行，主控板檢修時采用手動方式運行。系統(tǒng)要求能實現風機的自動和手動切換。 為了提高生產效率，煩瑣的手動操作應該盡可能考慮自動控制，而凡是具有自動控制的線路，也要盡量設置相應的手動控制，以防止自動控制損壞和失靈時，整個控制線路無法正常工作 — 即可以避免立即停機的危險。在自動控制和手動控制兩種運行方式同時存在的時候，線路平時運行于自動控制，一旦自動控制出現故障，線路可以立即進行手動操作，從而進一步提 高了控制線路的可靠性；并且可以使一般的故障在不停機的情況下處理。對于那些必須停機才能處理的故障，手動控制也能夠為生產調度人員統(tǒng)籌考慮而贏得時間，以安排在適當的時候停機 。 手動控制除了能夠勝任上述的任務外，它在設備安裝完畢后及事故處理后的試車過程中，能夠起到特殊的功能。因為在試車的過程中，首先采用手動控制是安全、可靠的一項有效措施。往往有一些預料不到的事故，會在手動控制中暴露出來。若是沒有手動控制，這些事故就必然會在自動控制的試車中出現，于是就有可能使事故進一步擴大，以造成不應有的損失。 自動控制和手動 控制的兩個運行方式之間，必須設置可靠的聯(lián)鎖，即自動控制時不允許控制，而手動控制時也不允許自動控制。否則，容易造成操作上的混亂，而且一旦出現事故，其影響面有可能擴大。 本設計中風機的自動啟停由單片機給出信號，當需要啟動某一風機時，單片機輸出一相應的信號輸入固態(tài)繼電器的輸入端，由于故態(tài)繼電器內部集成了光電隔離，故不再進行光電隔離措施，固態(tài)繼電器輸出一信號使控制風機的繼電器線圈得電，相應的接入主回路中的交流接觸器吸合，本回路的風機啟動。當不需要啟動某一組風機時，固態(tài)繼電器的輸出信號不接通控制繼電器的線圈。需要手動操作時，不能自動控制，故自動和手動之間可靠聯(lián)鎖，手動控制控制由一中間繼 17 電器實現，次中間繼電器選用有四個常開主觸頭和兩個輔助觸頭的繼電器，它們分別控制六組回路的繼電器的通斷，從而控制繼電器的投入與否。由于 12臺風機均為小容量電機，故手動控制時，可采用全部風機一次性投入，即按下手動按鈕時，中間繼電器 KA0得電， KAO的常開主觸頭閉合，繼電器線圈得電，相應的風機組投入運行。自動運行時， KA0不得電。 圖示如下 ： KA0K M 0 4NL1R1 6+5SSRL1KA00KA01KA02KA03KA04KA05KA06SBNK M 05NL1R1 7+5SSRK M 06NL1R1 8+5SSRK M 0 1NL1R1 3+5SSRK M 0 2NL1R1 4+5SSRK M 0 3NL1R1 5SSRK1K2K3K4K5K6K M 1K M 2K M 3K M 4K M 5K M 6+5 ZD 圖 3— 5 驅動電路的設計 在單片機工業(yè)測控技術中，經常要用到開關量的輸出控制。一方面，微機測控系統(tǒng)的開關信號大部分是通過芯片給出的低壓直流電平信號，這種電平信號一般不能直接驅動負載，需經接口轉換等手段處理后才能用于設備的開啟或關閉；另一方面，這些測控動作和強電系統(tǒng)聯(lián)系在一起，強電控制電路對單片機系統(tǒng)會產生嚴重干擾，使單片機系統(tǒng)不能正常工作。 強電控制電路與單片機工業(yè)測控系統(tǒng)共地，是引起干擾的主要原因由于系統(tǒng)的連接線存在著一定的電阻，單片機系統(tǒng)各器件的地和電源地之間存在著一定的地間電阻 R，在弱電系統(tǒng)中，電阻上的壓降是微小的，系統(tǒng)地和電源地可認為是一點。但在與強電連接時，由于某一瞬間有大電流通過地間電 阻 R， R上的壓降就不能忽略。 脈動電壓會疊加到測控系統(tǒng)的各個器件上，出現脈動干擾，消除這些脈動干擾的方法是：使單片機弱電部分的地和強電控制電路的地隔開，不讓它們有直接的電氣耦合通路。可見，在單片機測控系統(tǒng)的設計上，存在著開關量輸出的隔離和驅動問題。 設計中，風機的投入運行首先需要啟動，而單片機輸出的是弱電信號，如何實現對風機的啟動與停止？所以應在 單片機輸出與主電路之間應采用驅動電路驅動，驅動電路就是實現該功能的設計。 電磁繼電器可以實現對風機的驅動，而固態(tài)繼電器既能實現隔離又能實現驅動。 所以設計中采用固態(tài)繼電器 實現對風機的驅動。 先需知道固態(tài)繼電器的工作原理。 18 固態(tài)繼電器的原理及特點 ： 固態(tài)繼電器分為隨機導通型 AC SSR 。過零觸發(fā)型 AC SSR ,DC SSR , 現以隨機導通型來簡要分析 AC SSR 的工作過程。圖 3— 5 為隨機導通型固態(tài)繼電器。 2 端為控制端 , 4 端為輸出端 ,它與被控制對象串聯(lián)聯(lián)接。圖 3— 5隨機導通型 AC SSR 原理圖當 2 端加 TTL 高電平時 , 光電耦合器導通 , T1 截止 , SCR 導通 , 在 BCR 控制極上就會得到從 R4 → BR (橋路 ) → SCR → BR → R5 以及反方向的觸發(fā)脈沖 , 使 BCR 導通 , 當 2 端加 TTL 低電平時 , 光電耦合器截止 ,T1 飽和導通 ,SCR 截止 ,負載斷開。 圖 3— 6 隨即導通性 AC— SSR原理圖 設計中的 驅動電路見主機部分的設計。 固態(tài)繼電器選型 直流固態(tài)繼電器的控制電壓范圍通常為 — 7V，其輸入電流典型值為 7mA左右，可與 TTL電路兼容。輸入可與 CMOS電路兼容的固態(tài)繼電器，其輸入電流一般不超過 250μ A，但需加偏置電壓。 固態(tài)繼電器的輸出電壓通常是指加至繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電壓。而瞬態(tài) 電壓則是指繼電器輸出端可以承受的最大電壓。在使用中，一定要保證加至繼電器輸出端的最大電壓峰值低于繼電器的瞬態(tài)電壓值。在切換交流感性負載、單相電機和三相電機負載，或這些負載電路上電時，繼電器輸出端可能出現兩倍于電源電壓峰值的電壓。對于此類負載，選型時應給固態(tài)繼電器的輸出電壓留出一定余量。 固態(tài)繼電器的輸出電流通常是指流經繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電流。但是由于感性負載、容性負載引起的浪涌電流問題以及電源自身的浪涌電 流問題，在選型時應當給固態(tài)繼電器的輸出電流留出一定余量。 設計中 的固態(tài)繼電器輸出用來驅動 繼電器線圈，使其常開觸點閉合來接通每組風機。 選用的固態(tài)繼電器型號為： D204L。開啟電流為 5mA,控制電流小于 25mA。 LED 顯示電路的設計 變壓器是否安全運行，是通過溫度來傳遞信息的，如何掌握變壓器的油溫。是通過顯示電路來完成該功能的。 19 在單片機應用系統(tǒng)中，顯示器可反映系統(tǒng)工作狀態(tài)和運行結果，是計算機與人對話的輸出設備。 可實現溫度顯示的顯示器不僅僅只有一種，而設計中采用顯示亮度較好的 LED數碼來顯示溫度。 LED顯示器結構和工作原理 最常用的顯示器是由發(fā)光二極管 LED構成的七段數碼顯示器。 這種顯示器有共陰極、共陽極兩種。共陰極數碼顯示器的發(fā)光二極管共陰極接地，當 a— g段的某個端接高點平時，對應的字段發(fā)光。而共陽極數碼顯示器與共陰極接反，則陽極接在一起接高電平。通常的七段 LED顯示器有 8個發(fā)光二極管，其中 7個用于構成七筆字段的七個字形 a,b,c,d,e,f,g,余下的一個構成小數點 h，如果將單片機的 8位并行 I/O口接于 a— h八個字段引腳上，按字形代碼表輸出不同字形代碼，可將數據顯示出來。字形代碼可由軟件編出，也可由專用的硬件譯碼器輸出。共陰極和共陽極數碼管的字形碼互為補數。 設計中的字形代碼是由 軟件編出的。 在單片機應用系統(tǒng)中，常用 N個 LED數碼顯示器構成 N位 LED顯示器。 N位 LED顯示器有 N位位選線和 8*N 根字選段。根據顯示方式不同，位選線與字選線的連接方法不同，字選線控制字符的選擇，位選線控制顯示位的亮暗。 LED有靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式：靜態(tài)方式下，共陰極和共陽極連接在一起接地或接 +5V；每位的字選線與一個 8位并行口相連，只要在該位的字選線上保持字選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。由于每一位數碼管由一個 8位輸出口控制字選碼，故在同一時間里每一位所顯示的字符可以各不相同。在靜態(tài)顯示方式 中， N位靜態(tài)顯示器要求有 N*8根 I/O口線，占用 I/O資源較多。動態(tài)顯示方式中，在一組顯示器中所含數碼管個數較多時，為了簡化電路，降低成本，一般采用動態(tài)顯示方式這種顯示方式是將所有數碼管的各字段電極對應連在一起，由一個 8位 I/O控制。這個 I/O口送出的信號用來控制顯示的字形，稱為段碼或字選碼。而每個數碼管的共陰極點或共陽極由另一個 I/O口的相應的 I/O口線控制。這個I/O口送出的信號用來選擇第幾位數碼管工作，稱為位碼。 設計中的顯示電路如圖 3— 7所示： 20 R1 2A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10LEDA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10LEDR6 R7+ 5V + 5VN3 N43 A X 3 1 D3 A X 3 1 DIO B5IO B6 圖 3— 7 本設計采用 2位 LED動態(tài)顯示 電路，選用 LG5621AH八段數碼管， DP為小數點位。用適當的電信號控制，使某些段顯示，另外一些段不顯示。 LED數碼管三用 7個直線段形狀（有的還有一個小數點形狀和冒號形狀）的發(fā)光二極管組成。和其它二極管一樣，在發(fā)光二極管的兩端加上一定 電壓產生一定電流后，發(fā)光 二極管 導通并發(fā)亮。這些二極管接成共陽極方式。 發(fā)光二極管靜態(tài)時通過的最大電流一般不超過 10mA，使用時要注意串入合適阻值的電阻，以免發(fā)光二極管被燒毀。由于要求誤差為 177。 1℃。故采用兩位 LED數碼管顯示。 設計中的 LED數碼管為共陽極連接， LED的 7個段碼和小 數點位分別連接SPCE0601A的 IOA IOA IOA IOA IOA IOA IOA IOA8口；。 LED數碼管的位選分別接 IOB IOB6口。當 SPCE0601A輸出低電平時， LED數碼管的位選接通，顯示器顯示相應的數據。 無線數傳通訊電路的設計 為了使中心控制室能及時掌握變壓器的運行狀態(tài)，實現遠程控制，需要在主機與從機之間實現數據傳輸。 目前許多應用領域都采用無線的方式進行數據傳輸，這些領域涉及小型無線網絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數據采集系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、無線標 簽身份識別、非接觸 RF智能卡。 由于無線收發(fā)芯片的種類和數量比較多，無限線收發(fā)芯片的選擇在設計中是至關重要的，真確的選擇可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快的 21 將產品推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時應需要考慮以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數量、芯片成本、數據傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼等。 現將 nRF40 nRF903和 CC1000作一對比 ： 1. nRF401無線收發(fā)芯片 nRF401是挪威公司研制的單片 UHF無線收發(fā)芯片，工作在 433MHZ ISM頻段。它采用 FSK調制技術，抗干擾能力強，并采用 PLL合成技術，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達 10dBm,接收靈敏度最大為 105 dam，數據傳輸速率可達 20 kbps，工作電壓在 +3V和 +5V之間。 nRF401無線收發(fā)芯片所需外圍元件少，并可直接單片機串口。 2. nRF903無線收發(fā)芯片 nRF903是挪威公司為 433/868/915MHZ ISM頻段設計的多段無線收發(fā)芯片，它采用優(yōu)化的 GFSK調制解調技術，抗干擾能力強，采用 DDS+PLL頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性好，靈敏度可達 104 dam發(fā)射功 率可以調整，最大發(fā)射功率是 +10 dam，可在 kbps的數據。 nRF903的工作電壓范圍可以從 — ，接收待機消耗為 600uA，低功耗模式電流消耗僅為 1 uA，可滿足低功耗設備的要求。 nRF903具有多個頻道（最多 170個以上），特別需要滿足多信道工作的特殊場合，適合采用跳頻協(xié)議。 nRF903的天線接口設計為差分天線，以便于使用低成本的 PCB天線，所有的參數包括工作頻率和發(fā)射功率都可以通過一個 14位的配置寄存器用串行天線（ CS、 CFG_CLK和 CFG_DATD進行設置。 chipcon公司推出的單片可編程 RF收發(fā)芯片。 為了滿足電池供電情況下嚴格的電源損耗要求， CC1000提供了十分方便的電源管理方法，通過MAIN寄存器控制低電平模式，有單獨的位控制接收部分、發(fā)射部分、頻率合成軍以及晶振。這種獨立控制可用來優(yōu)化在某個應用中最低可能達到的電流損耗。故采用 CC1000作為本系