【正文】 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。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。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。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。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]。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。 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。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。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。 V。（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。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。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 。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。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到3ms。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)。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 。對nRF401來說，ts 最長的時間是3ms。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。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(zhǔn)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(zhǔn)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。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?；鶞?zhǔn)振蕩器采用外接晶體振蕩器，產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。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。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。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分方便。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。發(fā)射功率可調(diào), 最大發(fā)射功率10 dBm , 接收靈敏度 105 dBm。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)。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。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)。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。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。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。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)。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。圖315 數(shù)碼管接口電路圖根據(jù)本設(shè)計的溫度精度要求，用了3個數(shù)碼管顯示溫度大小，由MAX7219驅(qū)動的3個七段數(shù)碼管的接口電路如圖38所示。LOAD的上升沿必須在第16個時鐘脈沖上升之后和下一個脈沖上升沿之前出現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會丟失。即單片機將16 位二進制數(shù)逐位發(fā)送到DIN端,在CLK上升沿到來前準(zhǔn)備就緒，CLK的每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入MAX7219 內(nèi)移位寄存器，當(dāng)16位數(shù)據(jù)移入完，在LOAD 引腳信號上升沿將16位數(shù)據(jù)裝入MAX7219內(nèi)的相應(yīng)位置，在MAX7219內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示[13]。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，芯片內(nèi)部還具有使數(shù)碼管中每一段二極管都點亮的測試模式。單一的數(shù)據(jù)位更新無需對整個顯示重新寫入。在芯片內(nèi)部集成了一個BCD譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動以及一個88位的靜態(tài)隨機存儲器。設(shè)計采用美信公司的集成顯示芯片來實現(xiàn)溫度的顯示，其不但硬件電路十分簡單，而且占用的端口又較少可以滿足設(shè)計要求[12]。但這會占用大量的端口，且硬件電路也十分復(fù)雜。圖313 按鍵輸入電路圖 顯示電路部分設(shè)計由于要對變壓器的油溫進行實時顯示，所以顯示電路的穩(wěn)定性就十分重要。當(dāng) SET 鍵按下時系統(tǒng)進入鍵盤服務(wù)子程序，表明進入溫度的設(shè)定狀態(tài)，系統(tǒng)的初始值是45℃—55℃，對于溫度的設(shè)定是在這個基礎(chǔ)上進行遞增或遞減，再次按下 SET 鍵時，表明進入上限值的設(shè)定，由 UP 鍵/ DOWN 鍵對溫度值進行調(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，則進入下限值的設(shè)定。第四節(jié) 按鍵輸入和顯示電路部分設(shè)計 按鍵輸入電路模塊設(shè)計系統(tǒng)中共用了四個按鍵，一個為清除鍵，其余三個為溫度設(shè)定鍵，四鍵共用一個鍵盤服務(wù)程序。R1=200KΩ,R2=174,R3=33KΩ,C1=47P,R4=,C2=33P,R5=270Ω, R6==50KΩ，C3=C4=C5=C6=。另外由于光耦會產(chǎn)生一些高頻的噪聲，通常在R2處并聯(lián)電容，構(gòu)成低通濾波器，具體電容的值由輸入頻率以及噪聲頻率確定。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。TI公司的LT1097單運放電路能夠滿足以上要求，可以作為HCNR200/201的外圍電路。運放可以是單電源供電或正負電源供電，上面給出的是單電源供電的例子。根據(jù)光耦的特性，即 將和的表達式代入上式，可得： 上式經(jīng)變形可得到：將的表達式代入（3）式可得：考慮到特別大，則可以做以下近似：這樣，輸出與輸入電壓的關(guān)系如下：可見，在上述電路中，輸出和輸入成正比，并且比例系數(shù)只由K3和RR2確定，一般選R1=R2，達到只隔離不放大的目的。Agilent公司的HCNR200/201的手冊上給出了多種實用電路[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)運放負端的電壓為，運放輸出端的電壓為，在運放不飽和的情況下二者滿足下面的關(guān)系： 其中是在運放輸入差模為0時的輸出電壓，為運放的增益，一般比較大。從上面可以看出，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流，要想真正隔離電壓，需要在輸入和輸出處增加運算放大器等輔助電路。相對于HCNR200，HCNR201提供更高的線性度。在后面可以看到，在合理的外圍電路設(shè)計中，真正影響輸出/輸入比值的是二者的比值K3,線性光耦正利用這種特性才能達到滿意的線性度的。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。本設(shè)計采用HCNR200/201進行設(shè)計。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個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，從而達到實現(xiàn)線性隔離的目的。模擬信號隔離的一個比較好的選擇是使用線形光耦。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號隔離的解決方案，如ADI公司的AD202，%的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進行電壓頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生的交流信號進行變壓器隔離，然后進行頻率電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。對于模擬信號，光耦因為輸入輸出的線形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號隔離的應(yīng)用。常用的光耦器件為TLP5211，TLP5214，4N25，HCRN200，SLC800等。光電耦合器的主要優(yōu)點是單向傳輸信號，輸入端和輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。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。光電耦合器之所以能在傳輸信號的同時有效的抑制尖脈沖和各種噪聲干擾，大大提高通道上的信噪比，其主要原因如下。若基極有引出線，則可滿足溫度補償檢測調(diào)制要求。三極管型光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成，發(fā)光器件為發(fā)光二極管，光檢測器為光敏三極管。當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器件發(fā)出光信號，光檢測器接受到光信號后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。所以溫度信號要引入單片機必須經(jīng)過光耦隔離。而A點電壓由參考電壓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。該電路的另一個優(yōu)點是調(diào)試非常簡單,在R和R4確定后,只需根據(jù)輸出電壓Vo的變化范圍確定R1的阻值即可。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。圖39 電橋型溫度檢測電路圖310 參考電壓源電路圖310中REF192是AD公司的精密參考電壓源,輸出為+ ,即VREF=VD=+,故VA=VD(1+ R2/ R3) = +2. 5(1 + R2/ R3)?；阢K電阻的電橋型溫度檢測電路具有精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試容易、對器件要求不高、實用性強的特點[3]。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展[7]。第三節(jié) 溫度采集電路模塊設(shè)計 溫度檢測電路溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研