【正文】 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Δ R) 呈線性關(guān)系。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBA22_3+41 / 2L F 4 12N822_3+41 / 2L F 4 12N922_3+41 / 2L F 4 12N 10R11kR21kR31 0kR41kR51kR61kR71 00P t 10 0R82 S C 18 15Q1V r e f ( 2. 5v )+ 15 V AA G N DA G N D A G N DIn pu t 圖 39 電橋型溫度檢 測電路 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAC90 .1 u F1 uFC 10C 191 0u F0 .1 u FC 20+ 5V A+ 2. 5 VG N DNCS L E E PV I NO U T P U TNCNCNCN7R E F 19 2A G N D A G N DA G N D 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)。基于鉑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(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn) [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(jì) 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(shí)時(shí)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。 振蕩器配置 上電 掉電鎖存 休眠喚醒 PWRTE =0 PWRTE =1 XT、 HS、 LP 72ms+1024OSCT 1 024 OSCT 72ms+1024 OSCT 1 024 OSCT RC 72ms 72ms 表 37 不同情況下的上電延遲時(shí)間 表 38 狀態(tài)寄存器 STATUS的位和它們的意義 POD BOR TO PD 說明 0 X 1 1 上電復(fù)位（ POR） 0 X 0 X 無效，在上電復(fù)位時(shí)， TO 被設(shè)置為 1 0 X X 0 無效，在上電復(fù)位時(shí)， PD 被設(shè)置為 1 1 0 1 1 掉電鎖存復(fù)位（ BOR） 1 1 0 1 WDT 復(fù)位 1 1 0 0 WDT 喚醒復(fù)位 1 1 U U 在正常運(yùn)行時(shí) MCLR 復(fù)位 1 1 1 0 在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒 MCLR 復(fù)位 通過對以上進(jìn)行分析說明，本設(shè)計(jì)選用了 XT方式即晶體 /陶瓷諧振器方式。表 37 為不同復(fù)位方式下的上電延遲時(shí)間。而其他大多數(shù)寄存器的上電復(fù)位、在正常工作期間用 MCLR 信號復(fù)位或 WDT 超時(shí)溢出復(fù)位，在休眠期間 MCLR 信號復(fù)位以及在掉電鎖存復(fù)位后都會被復(fù)位成“復(fù)位狀態(tài)”。 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 MCLR 引腳上加低電平復(fù)位； （ 3）在休眠狀態(tài)下通過在外部 MCLR 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）。 RC 振蕩 器的頻率是電源電壓、振蕩電阻、電容 C 的數(shù)值和工作溫度函數(shù)，再加上由于制 造中正常的工藝參數(shù)的變化，另外封裝時(shí)引腳結(jié)構(gòu)分布電容的差異也會影響振蕩 頻率，特別是在采用的振蕩電容值較小時(shí)，這種影響更明顯。 30 610? 20MHz Epson CA301 177。 50 610? 4MHz ESC ESC40201 177。 20 610? 200kHz STD XTL 177。 % 16MHz Murata Erie 177。 % 4MHz Murata Erie 177。 圖 33 外部時(shí)鐘輸入工作方式 測試范圍 類型 頻率 OSC1/pF OSC2/pF XT 455kHz 68～ 100 68～ 100 2MHz 15～ 68 15～ 68 4MHz 15～ 68 15～ 68 HS 8MHz 10～ 68 10～ 68 16MHz 10～ 22 10～ 22 以上值僅為推薦值 所使用的諧振器 455kHz PanasonicEFO— — A455K04B 177。 （ 2）對于 AT 方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻 Rs。 （ 2）采用偏大的電容值將有利于提高振蕩器的穩(wěn)定，但同時(shí)會增加起振時(shí)間； （ 3）由于每一種陶瓷諧振器或晶體都有 它自己的特性，最好要求制造廠商能提供所需 要的最佳配合外部元器件的數(shù)值； （ 4）為避免超過晶體驅(qū)動(dòng)能力，可在 HS 和 XT 方式下加上串聯(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。 PIC16F87X 系列芯片的振蕩器設(shè)計(jì)要求使用以平行方法切割的晶體 ,給出的頻率才能在晶體制造廠家特性的范圍之內(nèi) 。 （ 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。 第二節(jié) 振蕩器配置選擇 在本 次設(shè)計(jì)中，我們需要用到振蕩器，下面對振蕩器做個(gè)初步的了解介紹。用于鎖定（ Brownout） 復(fù)位（ BOR）的鎖定檢測電路。由外部 CS 的 8 位寬度的并行從動(dòng)端口 PSP（僅用于 40/44 引腳芯片）。具有地址第九位檢測的通用異步接收器和發(fā)送器（ USART/SCI）。 10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）。 16 位的捕捉輸入的最大分辨率為 ， 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。兩個(gè)捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制（ PWM）模塊。定時(shí)器 TMR2：帶有 8 位周期寄存器 .前分頻器和后分頻器的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。定時(shí)器 TMR1：帶有前分頻器的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振 /時(shí)鐘增量計(jì)數(shù)。定時(shí)器 TMR0：帶有 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 低 功耗型：在 4MHz 時(shí)鐘下，電源電壓為 5V 時(shí)，典型工作電流值小于 2ma；在 32kHz時(shí)鐘下，電源電壓為 3V時(shí)，典型工作電流值小于 20μ A；典型待命狀態(tài)電流值小于 1μ A。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，處理器有通道能對程序存儲器進(jìn)行讀 /寫。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電 休眠（ Sleep） 方式。中斷能力多達(dá) 14 個(gè)內(nèi)部 /外部中斷源。工作速度： DC～ 20MHz 時(shí)鐘輸入， DC～ 200ns指令周期。 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)性能對照表如下所示。 （ 4）低價(jià)實(shí)用： PIC配備有 OTP型、 EPROM型和 FLASH型諸多形式的芯片，其 OTP型芯片的價(jià)格很低。 （ 2）高速： PIC 采用哈佛總線和精簡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。由于有溫度檢測，需要 A/D轉(zhuǎn)換，且需要較多的 I/O口，所以單片機(jī)采用 PIC系列 微控制器 [8]。 以上只是對本方案簡單地做了介紹，對于本系統(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。 nRF401還有待機(jī)工作方式 ,可以更省電和高效。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)。nRF401 是一個(gè) 433 MHz 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計(jì)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)。 信號通過無線通信芯片 nRF401 傳輸?shù)娇刂剖摇? 溫度檢測電路通過預(yù)埋在變壓器中 的鉑電阻傳感器獲得油溫信號，經(jīng)信號調(diào)理電路處理后直接送入控制器的 A/D 轉(zhuǎn)換輸入端， PIC 單片機(jī)根據(jù)信號數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照程序自動(dòng)計(jì)算與處理，自動(dòng)顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)的控制信號，控制風(fēng)機(jī)的起停，電機(jī)的保護(hù)電路包括過壓，過載，缺相等。 圖 25 溫度控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 PIC 16 F 877過壓檢測缺相檢測過載保護(hù)LED 顯示風(fēng)機(jī)控制電路無線通信鍵盤輸入溫度檢測故障顯示光電隔離光電隔離光電隔離光電隔離 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。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。綜上所述，本方案具有較高的性價(jià)比。通信芯片 nRF401,其通信距離遠(yuǎn)，且不用編碼，軟件較容易實(shí)現(xiàn)。 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)。此方案具有很高的可靠性，液晶具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)漢字的顯示等，但設(shè)計(jì)中要求在較遠(yuǎn)的距離就可以觀察到溫度值，所以這里采用液晶不能滿足要求。 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。 在方案三中，溫度檢測采用美國模擬器件公司（ ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器 AD590。 通信采用 CHIPCON 公司新推出的 CC1000 單片可編程 RF收發(fā)芯片。復(fù)位電路采用 MAX6304 芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。顯示采用單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展四片串并轉(zhuǎn) 換的移位寄存器 74LS164 驅(qū)動(dòng)四只 寸共陽級數(shù)碼管，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 根據(jù)上一節(jié)中三個(gè)設(shè)計(jì)方案，下面對這三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較： 在方案二中， 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，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。 半雙工通信芯片有 SN7517 SN7527 SN75LBC18 MAX48 MAX308 MAX1482等。另外 RS485 實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互聯(lián)，最多可達(dá) 256臺驅(qū)動(dòng)器和 256臺接收器，非常便于多器件的連接。如果以 10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12m ，而用 100Kbps時(shí)傳輸距離可達(dá) 。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。 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)。在 （對應(yīng)于 ℃）時(shí)輸出電流恰好等于 μ A。 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僅為 1μ A，等價(jià)于 1℃的測溫誤差。使用時(shí)將 3 腳接地，可起到屏蔽作用。例如，由 ADI 公司生產(chǎn)的 AD590，就有 90J/K/L/M 四檔。該產(chǎn)品有 3 種封裝形式； TO52封陶瓷封裝（測溫范圍是 55— +150℃）。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)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行線性校準(zhǔn)。 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 RS485標(biāo)準(zhǔn)。 方案三： 溫度檢測采用美國模擬器件公司（ ADI）生產(chǎn)的恒流源式模擬溫度傳感器 AD590。提供數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)的 DCLK 應(yīng)與微控制器輸入端相連，其余引腳用來監(jiān)視 LOCK 信號（在引腳 CHP_OUT）。經(jīng)過低電位狀態(tài)下編程的配置信息才會有效，但是不能關(guān)閉電源 [5]。下一個(gè)發(fā)送的位是讀 /寫位（高電平寫，低電平讀），在傳輸?shù)刂泛妥x /寫位期間， PALE （編程地址鎖存使能）必須保持低電平，接著傳輸 8 個(gè)數(shù)據(jù)位（ D7：