【正文】 K1和K2相等。HCNR200/201的內(nèi)部框圖如311所示 圖311 HCRN200內(nèi)部框圖其中2引腳作為隔離信號的輸入，4引腳用于反饋，6引腳用于輸出。市場上的線性光耦有幾中可選擇的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。集成的隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜、體積大、成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。對于高頻交流模擬信號，變壓器隔離是最常見的選擇，但對于支流信號卻不適用。普通的光耦在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳輸電路中常常用到，如UART協(xié)議的20mA電流環(huán)。使用光電耦合器還具有很好的安全保障作用，因?yàn)楣怆婑詈掀鞯妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響到單片機(jī)等重要的核心設(shè)備。（2）光電耦合器的輸入回路與輸出會(huì)之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地，之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因而回路一側(cè)的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一側(cè)去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。（1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源阻抗較大，通常為幾百K歐姆。這種光耦器件性能較好，價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛。當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，沒有電流（或者電流非常?。┝鬟^發(fā)光二極管，二極管不發(fā)光，光敏三極管處于截至狀態(tài)，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，有一定的電流流過發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，照射到光敏三極管上，產(chǎn)生一定的基極電流，使光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平“0”。普通的光耦器件只能傳輸數(shù)字信號，而近年來問世的線性光電耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號[10]。光耦（Optical Coupler）器件也稱為光電耦合器或者光電隔離器，它是一種以光為中間媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器件和光檢測器封裝在管殼內(nèi)。 光電耦合隔離放大電路由于現(xiàn)場的電磁干擾特別大，工作環(huán)境比較惡劣，如果要使溫控器在此環(huán)境中能夠長期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，就必須解決溫控器的抗干擾問題，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，甚至造成巨大的損失。電流流過鉑電阻將會(huì)引起鉑電阻溫度升高,稱其為自加熱現(xiàn)象,從而帶來一定的測量誤差,為了減小這種誤差,必須減小流經(jīng)鉑電阻電流,可以通過減小A 點(diǎn)的電壓和適當(dāng)選取R4 的阻值實(shí)現(xiàn)。在圖32中，R1=R2=R4=R5=R6=1KΩ,R3 =10KΩ,R7=100Ω。圖32中R8是鉑電阻，其阻值為R(1 +δ),其中R為鉑電阻在0℃時(shí)的阻值。其檢測電路圖如圖39所示。由于電力變壓器內(nèi)部帶有鉑電阻，為了硬件上便于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)不采用模擬集成溫度傳感器和智能集成溫度傳感器，而是使用鉑電阻電橋型溫度檢測電路進(jìn)行溫度檢測。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器；②模擬集成溫度傳感器；③智能集成溫度傳感器。石英晶體選用4MHz的ESC40201型，OSC1和OSC2的電容選擇了30pF。表38為狀態(tài)寄存器STATUS中和位在不同復(fù)位方式下的不同的值，在軟件中可以利用這些位來確定發(fā)生復(fù)位的方式。但在休眠期間WDT超時(shí)溢出復(fù)位不會(huì)影響這些寄存器的值，這是因?yàn)檫@種復(fù)位被看成是一種正常的操作，故不應(yīng)使任何寄存器的值發(fā)生變化。 有些寄存器的值不受任何一種復(fù)位操作的影響，當(dāng)芯片上電復(fù)位時(shí)，它們的值是不確定的，并在其他形式的復(fù)位后其值保持不變。當(dāng)然，用戶還必須考慮所使用的振蕩電阻和電容變化的影響，圖36是PIC16F877芯片與外部振蕩電容和電阻連接的電路圖。30表35 石英晶體振蕩器的電容選擇 RC振蕩器 對定時(shí)器要求不是很高的應(yīng)用，可以采用低成本的RC振蕩器方式。508MHzEpson CA301 177。201MHzESC ESC10131177。%所有諧振器都不帶內(nèi)部電容值表 34 陶瓷諧振器 OSC類型頻率C1/pFC2/pF LP32kHz3333200kHz1515 XT200kHz47～6847～681MHz15154MHz1515 HS4MHz15158MHz15～3315～3320MHz15～3315～33以上值僅為推薦值所使用的石英晶體32kHzEpson C—177。%8MHzMurata Erie 177。%2MHzMurata Erie 177。（3）RF隨石英選擇不同而變。 圖32 LP、XT和HS的石英/陶瓷振蕩器 注： （1）C1和C2的推薦值見表34和表35。注意：（1）C1和C2的推薦值和測試范圍內(nèi)的值相同，見表表5為石英晶體振蕩器的電容選擇。而用順序方法切割的晶體，給出的頻率不在晶體制造廠家特性范圍之內(nèi)。 晶體振蕩器/陶瓷諧振器方式 在LP、XT和HS方式中，都是用晶體振蕩器/陶瓷諧振器接到芯片的OSC1和OSC2引腳上來建立振蕩，見圖32。PIC16F87X系列芯片都能在4種不同的類型的振蕩器方式下工作，用戶可以通過對配置寄存器中的振蕩器選擇位FOSC1和FOSC0進(jìn)行編程選擇其中的一種工作方式[9]。 由以上對單片機(jī)的介紹可以看出，PIC單片機(jī)性能高，并且自身帶有10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，在溫度檢測信號后就不需要設(shè)計(jì)專門電路來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所以應(yīng)用電路比較簡單，因此在本設(shè)計(jì)中就選用了PIC16F877單片機(jī)。 外圍功能模塊特性： 單片機(jī)有寬范圍的工作電壓：～，最大拉電流/灌電流可達(dá)25mA，一般符合商用級和工業(yè)級的工作溫度范圍。還可選擇不同的振蕩器工作方式，有高速，低功耗CMOS FLASH/EEPROM技術(shù)。該單片機(jī)具有8級硬件堆棧，上電復(fù)位電路（POR）及上電延時(shí)定時(shí)器（PWRT）和振蕩器起振定時(shí)器（OST），帶有片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時(shí)器（WDT）以保證可靠工作。具有高達(dá)8K字（14位字長）的FIASH程序存儲(chǔ)器；高達(dá)368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；高達(dá)256字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。主要特征PIC16F873PIC16F874PIC16F876PIC16F877工作頻率DC～20MHzDC～20MHzDC～20MHzDC～20MHz復(fù)位（與延時(shí)）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）FISA程序存儲(chǔ)器/K4488數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/字節(jié)192192368368EERROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/字節(jié)128128256256中斷13141314I/O端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3333捕捉/比較/脈沖調(diào)制（PWM）2222串行通信MSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USART并行通信PSPPSP10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5個(gè)輸入通道8個(gè)輸入通道5個(gè)輸入通道8個(gè)輸入通道指令數(shù)/條35353535表31 四種單片機(jī)性能比較表PIC16F877單片機(jī)是高性能類—RISC CPU，一共有35條單字指令，除程序分支是雙周期指令外，其他所有的指令都是單指令。PIC還提供程序監(jiān)視器和程序可分區(qū)保密的保密位等功能，提供了基于Windos98的方便易用的全系列的產(chǎn)品開發(fā)工具和大量的子程序庫和應(yīng)用例程，使產(chǎn)品開發(fā)更容易和更快捷。 （3）低功耗：PIC采用CMOS設(shè)計(jì)結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使其功耗較低，PIC百分之百的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠省電狀態(tài)而不影響喚醒后的正常工作。PIC系列單片機(jī)具有以下幾個(gè)大的特點(diǎn)： （1）開發(fā)容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且全部為單字長指令，易學(xué)易用，相對于采用CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可節(jié)省30%以上的開發(fā)時(shí)間，2倍以上的程序空間。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)的選型硬件電路是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，而單片機(jī)又是硬件電路的核心，所以單片機(jī)的選擇顯得至關(guān)重要。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(jì)為差分天線,便于使用低成本的印刷電路板天線。nRF401 發(fā)射速率可達(dá)20 kb/ s。以便對現(xiàn)場情況及時(shí)做出反應(yīng)。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要I/O口較多的系統(tǒng)。使用戶隨時(shí)了解變壓器及風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。具體的硬件框圖如下所示。根據(jù)上面對三個(gè)設(shè)計(jì)方案的說明比較可以看出，方案一具有較好的抗干擾性，可擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)性較好，而且采用無線通訊，具有較高的性價(jià)比。另外本方案還具有很好的經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性，可滿足各種不同變壓器的要求。溫度檢測電路使用內(nèi)置的鉑電阻來檢測溫度變化，硬件電路較為簡單，光電隔離使用線形光耦，具有較好的性能，抗干擾能力較強(qiáng)，顯示電路使用MAX7219只占用三個(gè)I/O口連線較少，容易實(shí)現(xiàn)。故不選用此方案。顯示采用MAX7219，占用了較少的I/O口，通信采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測溫誤差小，動(dòng)態(tài)阻抗低，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的成本較高，但可靠性更強(qiáng)，適用于對可靠性要求較高且不在乎成本的場合。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。占用了較多的I/O口，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性受到了一定的限制[7]。但價(jià)格較高。全雙工通信的有SN7517SN75180、MAX488～49MAX1482等[6]。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。同時(shí)，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。（二）通訊電路RS485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD 將串行口的TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B 兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。這表明，其輸出電流與熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比。AD590的工作電壓為+4—+30V、測溫范圍是+55—+150℃，對應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，輸出電流就變化1μA。AD系列產(chǎn)品以AD590M的性能最佳，其測溫范圍是55—+150℃，℃，相應(yīng)時(shí)間僅20μs，℃，功耗約為5mW。這類器件的外形與小功率晶體管相仿，共有3個(gè)管腳：1腳為正極，2腳是負(fù)極，3腳是接管殼。不同公司產(chǎn)品的分檔情況及技術(shù)指標(biāo)可能會(huì)有一些差異。AD590屬于采用激光修正的精密集成溫度傳感器。（一）溫度采集電路AD590是由美國哈里斯（Hrris）公司、模擬器件公司（ADI）等生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測溫誤差小，動(dòng)態(tài)阻抗低，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等特點(diǎn)。當(dāng)PLL 鎖定時(shí)，該信號為邏輯高電平。 微控制器使用3個(gè)輸出引腳用于接口（PDATA、PCLK、PALE），與PDATA相連的引腳必須是雙向引腳，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)8位數(shù)據(jù)位中的最后一個(gè)字節(jié)位D0 裝入后，整個(gè)數(shù)據(jù)字才被裝入內(nèi)部配置寄存器中。在每次寫循環(huán)中，16位字節(jié)送入PDATA通道，每個(gè)數(shù)據(jù)幀中7個(gè)最重要的位（A6：0）是地址位，A6是M鍵盤（最高位），首先被發(fā)送。在低電位模式設(shè)置時(shí)，僅需發(fā)射一個(gè)幀，所需時(shí)間少于2μs。PCLK 頻率決定了完全配置所需的時(shí)間。 CC1000 可通過簡單的三線串行接口(PDATA、 PCLK 和PALE) 進(jìn)行編程，有36個(gè)8位配置寄存器，每個(gè)由7位地址尋址。它具有低電壓（～），極低的功耗，可編程輸出功率（20～10dBm），高靈敏度（一般109dBm），小尺寸（TSSOP28封裝），集成了位同步器等特點(diǎn)。CC1000是根據(jù)Chipcon公司的SmartRF技術(shù)， CMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發(fā)通信芯片。（四）通訊電路設(shè)計(jì)通信電路采用無線通信芯片來完成。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉電源后的短時(shí)間內(nèi)再次開啟電源，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)工作不正常，這些都很可能是由單片機(jī)監(jiān)控電路設(shè)計(jì)的不可靠引起的。圖24 LED顯示電路（三）鍵盤輸入單片機(jī)監(jiān)電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。（二）顯示部分可以用數(shù)碼管顯示，電路如下圖24所示。相當(dāng)于給每個(gè)DS18B20分配了一個(gè)獨(dú)一無二的64比特地址序列碼，這就允許多個(gè)DS18B20工作同條一線總線上，從而大大簡化了分布式溫度傳感系統(tǒng)的應(yīng)用。DS18B20主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20與單片機(jī)的接口電路如圖23所示。DS18B20單總線數(shù)字傳感器工作溫度范圍是55℃～125℃，在30℃～85℃范圍內(nèi)溫度測量精度為177。（一）溫度檢測電路的設(shè)計(jì)溫度檢測采用由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的智能集成溫度傳感器DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片。實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。PIC16F877單片機(jī)按鍵輸入電 源變壓器油溫采集模塊主回路控制模塊nRF401通訊電路