【導(dǎo)讀】實(shí)現(xiàn)變壓器的溫度監(jiān)控。系統(tǒng)采用多組風(fēng)機(jī)對(duì)油浸風(fēng)冷式變壓器降溫，變壓器油。溫由預(yù)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(yuǎn)端實(shí)時(shí)顯示，上限值和下限值之間時(shí),風(fēng)機(jī)按工藝要求運(yùn)行?？删幊蘎F無線收發(fā)器芯片CC1000. 風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮,并且報(bào)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(hù)功能。

　　

【正文】 行方式，正常時(shí)采用自動(dòng)方式運(yùn)行，主控板檢修時(shí)采用手動(dòng)方式運(yùn)行。系統(tǒng)要求能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)和手動(dòng)切換。 為了提高生產(chǎn)效率，煩瑣的手動(dòng)操作應(yīng)該盡可能考慮自動(dòng)控制，而凡是具有自動(dòng)控制的線路，也要盡量設(shè)置相應(yīng)的手動(dòng)控制，以防止自動(dòng)控制損壞和失靈時(shí)，整個(gè)控制線路無法正常工作 — 即可以避免立即停機(jī)的危險(xiǎn)。在自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種運(yùn)行方式同時(shí)存在的時(shí)候，線路平時(shí)運(yùn)行于自動(dòng)控制，一旦自動(dòng)控制出現(xiàn)故障，線路可以立即進(jìn)行手動(dòng)操作，從而進(jìn)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(jī)的情況下處理。對(duì)于那些必須停機(jī)才能處理的故障，手動(dòng)控制也能夠?yàn)樯a(chǎn)調(diào)度人員統(tǒng)籌考慮而贏得時(shí)間，以安排在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候停機(jī) 。 手動(dòng)控制除了能夠勝任上述的任務(wù)外，它在設(shè)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?yàn)樵谠囓嚨倪^程中，首先采用手動(dòng)控制是安全、可靠的一項(xiàng)有效措施。往往有一些預(yù)料不到的事故，會(huì)在手動(dòng)控制中暴露出來。若是沒有手動(dòng)控制，這些事故就必然會(huì)在自動(dòng)控制的試車中出現(xiàn)，于是就有可能使事故進(jìn)一步擴(kuò)大，以造成不應(yīng)有的損失。 自動(dòng)控制和手動(dòng) 控制的兩個(gè)運(yùn)行方式之間，必須設(shè)置可靠的聯(lián)鎖，即自動(dòng)控制時(shí)不允許控制，而手動(dòng)控制時(shí)也不允許自動(dòng)控制。否則，容易造成操作上的混亂，而且一旦出現(xiàn)事故，其影響面有可能擴(kuò)大。 本設(shè)計(jì)中風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟停由單片機(jī)給出信號(hào)，當(dāng)需要啟動(dòng)某一風(fēng)機(jī)時(shí)，單片機(jī)輸出一相應(yīng)的信號(hào)輸入固態(tài)繼電器的輸入端，由于故態(tài)繼電器內(nèi)部集成了光電隔離，故不再進(jìn)行光電隔離措施，固態(tài)繼電器輸出一信號(hào)使控制風(fēng)機(jī)的繼電器線圈得電，相應(yīng)的接入主回路中的交流接觸器吸合，本回路的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)不需要啟動(dòng)某一組風(fēng)機(jī)時(shí)，固態(tài)繼電器的輸出信號(hào)不接通控制繼電器的線圈。需要手動(dòng)操作時(shí)，不能自動(dòng)控制，故自動(dòng)和手動(dòng)之間可靠聯(lián)鎖，手動(dòng)控制控制由一中間繼 17 電器實(shí)現(xiàn)，次中間繼電器選用有四個(gè)常開主觸頭和兩個(gè)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(tái)風(fēng)機(jī)均為小容量電機(jī)，故手動(dòng)控制時(shí)，可采用全部風(fēng)機(jī)一次性投入，即按下手動(dòng)按鈕時(shí)，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(yīng)的風(fēng)機(jī)組投入運(yùn)行。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)， 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(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)工業(yè)測控技術(shù)中，經(jīng)常要用到開關(guān)量的輸出控制。一方面，微機(jī)測控系統(tǒng)的開關(guān)信號(hào)大部分是通過芯片給出的低壓直流電平信號(hào)，這種電平信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，需經(jīng)接口轉(zhuǎn)換等手段處理后才能用于設(shè)備的開啟或關(guān)閉；另一方面，這些測控動(dòng)作和強(qiáng)電系統(tǒng)聯(lián)系在一起，強(qiáng)電控制電路對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，使單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作。 強(qiáng)電控制電路與單片機(jī)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(jī)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(rèn)為是一點(diǎn)。但在與強(qiáng)電連接時(shí)，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(dòng)電壓會(huì)疊加到測控系統(tǒng)的各個(gè)器件上，出現(xiàn)脈動(dòng)干擾，消除這些脈動(dòng)干擾的方法是：使單片機(jī)弱電部分的地和強(qiáng)電控制電路的地隔開，不讓它們有直接的電氣耦合通路?？梢?，在單片機(jī)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，存在著開關(guān)量輸出的隔離和驅(qū)動(dòng)問題。 設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)的投入運(yùn)行首先需要啟動(dòng)，而單片機(jī)輸出的是弱電信號(hào)，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與停止？所以應(yīng)在 單片機(jī)輸出與主電路之間應(yīng)采用驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路就是實(shí)現(xiàn)該功能的設(shè)計(jì)。 電磁繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，而固態(tài)繼電器既能實(shí)現(xiàn)隔離又能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。 所以設(shè)計(jì)中采用固態(tài)繼電器 實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 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(diǎn) ： 固態(tài)繼電器分為隨機(jī)導(dǎo)通型 AC SSR 。過零觸發(fā)型 AC SSR ,DC SSR , 現(xiàn)以隨機(jī)導(dǎo)通型來簡要分析 AC SSR 的工作過程。圖 3— 5 為隨機(jī)導(dǎo)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(duì)象串聯(lián)聯(lián)接。圖 3— 5隨機(jī)導(dǎo)通型 AC SSR 原理圖當(dāng) 2 端加 TTL 高電平時(shí) , 光電耦合器導(dǎo)通 , T1 截止 , SCR 導(dǎo)通 , 在 BCR 控制極上就會(huì)得到從 R4 → BR (橋路 ) → SCR → BR → R5 以及反方向的觸發(fā)脈沖 , 使 BCR 導(dǎo)通 , 當(dāng) 2 端加 TTL 低電平時(shí) , 光電耦合器截止 ,T1 飽和導(dǎo)通 ,SCR 截止 ,負(fù)載斷開。 圖 3— 6 隨即導(dǎo)通性 AC— SSR原理圖 設(shè)計(jì)中的 驅(qū)動(dòng)電路見主機(jī)部分的設(shè)計(jì)。 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(fù)載、單相電機(jī)和三相電機(jī)負(fù)載，或這些負(fù)載電路上電時(shí)，繼電器輸出端可能出現(xiàn)兩倍于電源電壓峰值的電壓。對(duì)于此類負(fù)載，選型時(shí)應(yīng)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(jīng)繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電流。但是由于感性負(fù)載、容性負(fù)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(shí)應(yīng)當(dāng)給固態(tài)繼電器的輸出電流留出一定余量。 設(shè)計(jì)中 的固態(tài)繼電器輸出用來驅(qū)動(dòng) 繼電器線圈，使其常開觸點(diǎn)閉合來接通每組風(fēng)機(jī)。 選用的固態(tài)繼電器型號(hào)為： D204L。開啟電流為 5mA,控制電流小于 25mA。 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) 變壓器是否安全運(yùn)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器可反映系統(tǒng)工作狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果，是計(jì)算機(jī)與人對(duì)話的輸出設(shè)備。 可實(shí)現(xiàn)溫度顯示的顯示器不僅僅只有一種，而設(shè)計(jì)中采用顯示亮度較好的 LED數(shù)碼來顯示溫度。 LED顯示器結(jié)構(gòu)和工作原理 最常用的顯示器是由發(fā)光二極管 LED構(gòu)成的七段數(shù)碼顯示器。 這種顯示器有共陰極、共陽極兩種。共陰極數(shù)碼顯示器的發(fā)光二極管共陰極接地，當(dāng) a— g段的某個(gè)端接高點(diǎn)平時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段發(fā)光。而共陽極數(shù)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(gè)發(fā)光二極管，其中 7個(gè)用于構(gòu)成七筆字段的七個(gè)字形 a,b,c,d,e,f,g,余下的一個(gè)構(gòu)成小數(shù)點(diǎn) h，如果將單片機(jī)的 8位并行 I/O口接于 a— h八個(gè)字段引腳上，按字形代碼表輸出不同字形代碼，可將數(shù)據(jù)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(shù)碼管的字形碼互為補(bǔ)數(shù)。 設(shè)計(jì)中的字形代碼是由 軟件編出的。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用 N個(gè) LED數(shù)碼顯示器構(gòu)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(jù)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(dòng)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(gè) 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(yīng)的顯示字符。由于每一位數(shù)碼管由一個(gè) 8位輸出口控制字選碼，故在同一時(shí)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(dòng)態(tài)顯示方式中，在一組顯示器中所含數(shù)碼管個(gè)數(shù)較多時(shí)，為了簡化電路，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式這種顯示方式是將所有數(shù)碼管的各字段電極對(duì)應(yīng)連在一起，由一個(gè) 8位 I/O控制。這個(gè) I/O口送出的信號(hào)用來控制顯示的字形，稱為段碼或字選碼。而每個(gè)數(shù)碼管的共陰極點(diǎn)或共陽極由另一個(gè) I/O口的相應(yīng)的 I/O口線控制。這個(gè)I/O口送出的信號(hào)用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)采用 2位 LED動(dòng)態(tài)顯示 電路，選用 LG5621AH八段數(shù)碼管， DP為小數(shù)點(diǎn)位。用適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)控制，使某些段顯示，另外一些段不顯示。 LED數(shù)碼管三用 7個(gè)直線段形狀（有的還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)形狀和冒號(hào)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(chǎn)生一定電流后，發(fā)光 二極管 導(dǎo)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(shí)通過的最大電流一般不超過 10mA，使用時(shí)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(shù)碼管顯示。 設(shè)計(jì)中的 LED數(shù)碼管為共陽極連接， LED的 7個(gè)段碼和小 數(shù)點(diǎn)位分別連接SPCE0601A的 IOA IOA IOA IOA IOA IOA IOA IOA8口；。 LED數(shù)碼管的位選分別接 IOB IOB6口。當(dāng) SPCE0601A輸出低電平時(shí)， LED數(shù)碼管的位選接通，顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 無線數(shù)傳通訊電路的設(shè)計(jì) 為了使中心控制室能及時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，需要在主機(jī)與從機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 目前許多應(yīng)用領(lǐng)域都采用無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這些領(lǐng)域涉及小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、無線標(biāo) 簽身份識(shí)別、非接觸 RF智能卡。 由于無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，無限線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)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(chǎn)品推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)需要考慮以下幾點(diǎn)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(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。 現(xiàn)將 nRF40 nRF903和 CC1000作一對(duì)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(diào)制技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，并采用 PLL合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達(dá) 10dBm,接收靈敏度最大為 105 dam，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 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(jī)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(shè)計(jì)的多段無線收發(fā)芯片，它采用優(yōu)化的 GFSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，采用 DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，靈敏度可達(dá) 104 dam發(fā)射功 率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是 +10 dam，可在 kbps的數(shù)據(jù)。 nRF903的工作電壓范圍可以從 — ，接收待機(jī)消耗為 600uA，低功耗模式電流消耗僅為 1 uA，可滿足低功耗設(shè)備的要求。 nRF903具有多個(gè)頻道（最多 170個(gè)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(shè)計(jì)為差分天線，以便于使用低成本的 PCB天線，所有的參數(shù)包括工作頻率和發(fā)射功率都可以通過一個(gè) 14位的配置寄存器用串行天線（ CS、 CFG_CLK和 CFG_DATD進(jìn)行設(shè)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(yán)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(dú)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(dú)立控制可用來優(yōu)化在某個(gè)應(yīng)用中最低可能達(dá)到的電流損耗。故采用 CC1000作為本系