【正文】 接觸器也是一種開關(guān)，主要用來頻繁地及要求遠(yuǎn)距離接通或斷開交直流主電路，是一種自動(dòng)切換電器。HSQ6系列自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器 ,適用于交流50Hz,額定絕緣電壓690V,額定工作電壓400V及以下,額定電流從 ～1600A的兩路電源常用電源、備用電源 ,因其中一路發(fā)生故障或負(fù)載需要進(jìn)行電源之間的自動(dòng)或手動(dòng)轉(zhuǎn)換，以保證供電的可靠性和安全性。本設(shè)計(jì)中用中間繼電器來控制電機(jī)的缺相信號(hào)，選用了JZ844中間繼電器。本設(shè)計(jì)中熱繼電器選用JR3610D熱繼電器。交流輸出中有過零觸發(fā)型和非過零觸發(fā)型（隨機(jī)型）。(4)輸出部分內(nèi)部一般含有RC過壓吸收電路，以防止瞬間過壓而損壞固態(tài)繼電器。過零型與隨機(jī)型的工作波形如圖320所示。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓小于過零電壓時(shí)，V1處于截止?fàn)顟B(tài)，SCA 可控硅通過R4獲得觸發(fā)信號(hào)而導(dǎo)通，從而使BTA在R6上也獲得觸發(fā)信號(hào)而呈導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)負(fù)載電源進(jìn)行關(guān)斷控制。V1在線路中起到交流電壓檢測(cè)作用，使固態(tài)繼電器在電壓過零時(shí)開啟、負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷。過流型交流SSR能防止高次諧波的干擾。與普通電磁繼電器相比，它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械觸點(diǎn)和機(jī)械噪音、無開關(guān)電弧、耐沖擊、抗有害氣體腐蝕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在微機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用很好[21]。控制回路電路圖如圖326所示。用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)來控制電機(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)操作，六組風(fēng)機(jī)的啟?？刂品謩e由六個(gè)固態(tài)繼電器負(fù)責(zé)，由PIC送出的高電平啟動(dòng)或低電平停止信號(hào)控制接觸器線圈的得電與失電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行與停止的控制。方案一：這是一組風(fēng)機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)，它對(duì)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的小風(fēng)機(jī)進(jìn)行過載、缺相的保護(hù)，其中用到了兩個(gè)接觸器，兩個(gè)空氣開關(guān)，一個(gè)熱過載繼電器，一個(gè)固態(tài)繼電器，三個(gè)熔斷器，六個(gè)小型繼電器，并用兩個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)對(duì)兩條線路進(jìn)行了互鎖。 風(fēng)機(jī)型號(hào)的選擇設(shè)計(jì)要求中提出了風(fēng)機(jī)的容量應(yīng)為375W，經(jīng)過對(duì)相近容量風(fēng)機(jī)的比較，本設(shè)計(jì)最終選擇了AO系列微型電動(dòng)機(jī)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(hù)器件，功率因數(shù)較高，提高了風(fēng)機(jī)的實(shí)用性，啟動(dòng)電流、最大轉(zhuǎn)矩與其他型號(hào)的一致。單片機(jī)輸出的控制量會(huì)輸入到Q1的基極[19]，若此信號(hào)低電平，則光電耦合器件導(dǎo)通，使CMOS三級(jí)管導(dǎo)通，從而繼電器通電，常開觸點(diǎn)閉合，致使輸出220V 電壓；否則輸出0V電壓。缺相保護(hù)——缺相保護(hù)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(dòng)缺相保護(hù)功能[18]。 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中可能發(fā)生的故障是多種多樣的，它與設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量、使用條件、工作方式以及使用維護(hù)等因素密切相關(guān)，故障原因也比較復(fù)雜。電動(dòng)機(jī)的保護(hù)往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護(hù)中有控制，控制中有保護(hù)。（4）天線的設(shè)計(jì)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(jì)可參考 Nordic 公司的技術(shù)文檔 nAN400—03和 nAN400—05。硬件電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:（1）射頻電路對(duì)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 。如果采用外部振蕩器，這個(gè)時(shí)間可以縮短到3ms。不同工作模式下的時(shí)序如表321所示表321 不同工作模式下的時(shí)序從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是t 。當(dāng)從TX切換到Rx時(shí)，數(shù)據(jù)輸出腳(DOUT)要至少3ms以后有數(shù)據(jù)輸出。引腳排列和功能nRF401無線收發(fā)芯片具有2O個(gè)引腳，圖319所示是其引腳排列。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。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分方便。發(fā)射功率可調(diào), 最大發(fā)射功率10 dBm , 接收靈敏度 105 dBm。在本設(shè)計(jì)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。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(jì)要求。缺相故障時(shí)的信號(hào)傳送及其顯示電路原理和過載時(shí)基本一致，在風(fēng)機(jī)的每一相中都接了一個(gè)繼電器線圈，有缺相時(shí)，繼電器的常開觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)槔^電器線圈的得電而接通，觸點(diǎn)一側(cè)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示現(xiàn)在風(fēng)機(jī)缺相運(yùn)行，缺相信號(hào)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(hào)，立即做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口的風(fēng)機(jī)組切除。為了能保證系統(tǒng)正常工作，需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)中為了方便的看到系統(tǒng)狀態(tài)，設(shè)置了三套監(jiān)測(cè)與指示裝置，變壓器的安裝現(xiàn)場(chǎng)有一套，它是由控制風(fēng)機(jī)起停的接觸器、檢測(cè)故障的繼電器的常開或常閉觸點(diǎn)控制的。LOAD的上升沿必須在第16個(gè)時(shí)鐘脈沖上升之后和下一個(gè)脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。用戶可以根據(jù)自己的需要，自第一位到第八位顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)，芯片內(nèi)部還具有使數(shù)碼管中每一段二極管都點(diǎn)亮的測(cè)試模式。在芯片內(nèi)部集成了一個(gè)BCD譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動(dòng)以及一個(gè)88位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。但這會(huì)占用大量的端口，且硬件電路也十分復(fù)雜。當(dāng) SET 鍵按下時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤服務(wù)子程序，表明進(jìn)入溫度的設(shè)定狀態(tài)，系統(tǒng)的初始值是45℃—55℃，對(duì)于溫度的設(shè)定是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行遞增或遞減，再次按下 SET 鍵時(shí)，表明進(jìn)入上限值的設(shè)定，由 UP 鍵/ DOWN 鍵對(duì)溫度值進(jìn)行調(diào)整，假如不需要設(shè)定溫度值，則按取消鍵退出，連續(xù)按下 SET 鍵三次，則進(jìn)入下限值的設(shè)定。R1=200KΩ,R2=174,R3=33KΩ,C1=47P,R4=,C2=33P,R5=270Ω, R6==50KΩ，C3=C4=C5=C6=。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。運(yùn)放可以是單電源供電或正負(fù)電源供電，上面給出的是單電源供電的例子。Agilent公司的HCNR200/201的手冊(cè)上給出了多種實(shí)用電路[11]，其中較為典型的一種如圖312所示：圖312 線性光耦的隔離應(yīng)用電路設(shè)運(yùn)放負(fù)端的電壓為，運(yùn)放輸出端的電壓為，在運(yùn)放不飽和的情況下二者滿足下面的關(guān)系： 其中是在運(yùn)放輸入差模為0時(shí)的輸出電壓，為運(yùn)放的增益，一般比較大。相對(duì)于HCNR200，HCNR201提供更高的線性度。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。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號(hào)隔離的解決方案，如ADI公司的AD202，%的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓頻率轉(zhuǎn)換，對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行變壓器隔離，然后進(jìn)行頻率電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。常用的光耦器件為TLP5211，TLP5214，4N25，HCRN200，SLC800等。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。若基極有引出線，則可滿足溫度補(bǔ)償檢測(cè)調(diào)制要求。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器件發(fā)出光信號(hào)，光檢測(cè)器接受到光信號(hào)后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。而A點(diǎn)電壓由參考電壓VREF 和R2/ R3 的值共同決定,因此,應(yīng)選擇輸出電壓比較低的參考電壓源() ,此外R2/ R3 的值也要比較低。δ=ΔR/ 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ΔR) 呈線性關(guān)系。基于鉑電阻的電橋型溫度檢測(cè)電路具有精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試容易、對(duì)器件要求不高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[3]。第三節(jié) 溫度采集電路模塊設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)電路溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。表37為不同復(fù)位方式下的上電延遲時(shí)間。 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)下通過在外部引腳上加低電平復(fù)位；（3）在休眠狀態(tài)下通過在外部引腳上加低電平復(fù)位；（4）正常工作狀態(tài)下監(jiān)視器WDT超時(shí)溢出復(fù)位；（5）在休眠狀態(tài)下監(jiān)視器WDT超時(shí)溢出復(fù)位；（6）掉電鎖定復(fù)位（BOR）。3020MHzEpson CA301 177。20200kHzSTD XTL 177。%4MHzMurata Erie 177。（2）對(duì)于AT方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻Rs。在這3種方式下，也可以用外部時(shí)鐘源加在OSC1引腳上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這時(shí)OSC2引腳可以直接開路，如圖32所示。（1） LP方式： 低功耗晶體振蕩器方式；（2） XT方式： 晶體/陶瓷諧振器方式；（3） HS方式： 高速警惕/陶瓷諧振器方式；（4） RC方式： 阻容振蕩器方式。用于鎖定（Brownout）復(fù)位（BOR）的鎖定檢測(cè)電路。具有地址第九位檢測(cè)的通用異步接收器和發(fā)送器（USART/SCI）。16位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制（PWM）輸出的最大分辨率為10位。定時(shí)器TMR2：。定時(shí)器TMR0：帶有8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。通過2個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，編程只需要5V電源，通過2個(gè)引腳可進(jìn)行在線調(diào)試，處理器有通道能對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫。中斷能力多達(dá)14個(gè)內(nèi)部/外部中斷源。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，綜合多方面的因素，我選擇了PIC16F87X系列的PIC16F877單片機(jī)，它與其他3種單片機(jī)性能對(duì)照表如下所示。 （2）高速：PIC采用哈佛總線和精簡(jiǎn)指令集建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快4～5倍。 以上只是對(duì)本方案簡(jiǎn)單地做了介紹，對(duì)于本系統(tǒng)的具體的硬件電路的設(shè)計(jì)說明將在下一章節(jié)中作具體的闡述。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(diǎn)。信號(hào)通過無線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖摇D25 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如上系統(tǒng)框圖所示，本設(shè)計(jì)以PIC16F877單片機(jī)為核心完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求對(duì)油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器溫度的全自動(dòng)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(cè)和保護(hù)，還要具備故障自診斷功能，在故障出現(xiàn)時(shí)，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；使用無線通信方式實(shí)現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間的數(shù)據(jù)通信。綜上所述，本方案具有較高的性價(jià)比。在方案一中，單片機(jī)選用了PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等優(yōu)點(diǎn)。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CHIPCON公司新推出的CC1000單片可編程RF收發(fā)芯片。顯示采用單片機(jī)的I/，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。半雙工通信芯片有SN7517SN7527SN75LBC18MAX48MAX308MAX1482等。如果以10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12m 。AD590配以ICL7106型單片A/D轉(zhuǎn)換器，即可構(gòu)成3位半液晶顯示的數(shù)字溫度計(jì)。AD590等效于一個(gè)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(shí)，所引起的電流最大變化量?jī)H為1μA，等價(jià)于1℃的測(cè)溫誤差。例如，由ADI公司生產(chǎn)的AD590，就有90J/K/L/M四檔。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小、動(dòng)態(tài)阻抗響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行線性校準(zhǔn)。 方案三：溫度檢測(cè)采用美國(guó)模擬器件公司（ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器AD590。經(jīng)過低電位狀態(tài)下編程的配置信息才會(huì)有效，但是不能關(guān)閉電源[5]。所有寄存器都可讀。一個(gè)完整的CC1000配置，要求發(fā)送29個(gè)數(shù)據(jù)幀，每個(gè)16位（7個(gè)地址位，1個(gè)讀/寫位和8個(gè)數(shù)據(jù)位）。它的工作頻帶在31868及915MHz，但CC1000很容易通過編程使其工作在300～1000MHz范圍內(nèi)。單片機(jī)監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門狗兩個(gè)功能。采用了MAX7219驅(qū)動(dòng)器，對(duì)溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出顯示，根據(jù)精度要求，設(shè)置一位小數(shù)。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的。5℃；具有溫度報(bào)警功能，用戶可設(shè)置最高和最低圖23 DS18B20引腳分布圖報(bào)警溫度，且設(shè)置值掉電不丟失；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(shí)現(xiàn)與MCU的通信；此外，DS18B20能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無需外部電池供電[4]。通信采用CHIPCON公司新推出的CC1000單片可編程RF收發(fā)芯片。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。nRF401 還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)做出反應(yīng)。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動(dòng)電路，可以連續(xù)的驅(qū)動(dòng)8位7段數(shù)據(jù)顯示。方案采用PIC16F877單片機(jī)，PIC處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最小。溫度信號(hào)的采集在設(shè)計(jì)