【正文】 LED顯 示電路光電耦合電路圖22 溫度控制系統(tǒng)框圖 方案二：溫度檢測(cè)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, 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,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 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(hào)通過無線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖?。在芯片?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。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可可控制八個(gè)數(shù)碼管，特別適用于需要I/O口較多的系統(tǒng)。另外，還提供節(jié)電工作模式及提供編碼保護(hù)等。信號(hào)通過無線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖?以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)做出反應(yīng)。 方案一:溫度檢測(cè)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(hào)[3]，經(jīng)信號(hào)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(hào)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(hào)，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。整個(gè)課題包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主機(jī)溫度信號(hào)采集與調(diào)理電路設(shè)計(jì)，主機(jī)LED顯示電路設(shè)計(jì)，主控電路設(shè)計(jì)，缺相檢測(cè)與保護(hù)電路設(shè)計(jì)，過載保護(hù)與檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，從機(jī)設(shè)計(jì)，從主機(jī)LED顯示電路設(shè)計(jì)，無線通信電路設(shè)計(jì)，主電路設(shè)計(jì)，主機(jī)從機(jī)電源設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計(jì)，軟件編程等。 三 相電 源接觸器熱繼電器 風(fēng)冷電機(jī)變壓器過負(fù)荷變壓器油溫檢測(cè)機(jī)電邏輯處理系統(tǒng)圖21 傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)工作原理圖第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本設(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。控制器系統(tǒng)采用繼電器、熱繼電器、接觸器邏輯電路控制，控制邏輯顯得很復(fù)雜，在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)接觸器的觸點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間接觸及多次開斷造成觸點(diǎn)燒毀問題。這種方式對(duì)風(fēng)機(jī)的控制只能由人工完成，風(fēng)機(jī)同時(shí)全部投入，同時(shí)全部停止，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，會(huì)對(duì)器件造成損傷。第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案第一節(jié) 系統(tǒng)工作的一般原理傳統(tǒng)的電力變壓器由人工控制風(fēng)機(jī)，每臺(tái)變壓器有6組風(fēng)冷式電動(dòng)機(jī)需要控制，每組風(fēng)機(jī)的保護(hù)通過熱繼電器實(shí)現(xiàn)，控制風(fēng)機(jī)電源回路通過接觸器，而風(fēng)機(jī)啟停的邏輯判斷通過測(cè)量變壓器的油溫和變壓器的過負(fù)荷實(shí)現(xiàn)，工作原理如圖21所示。2℃，溫度控制精度為177。溫度上限值和下限值可以通過硬件靈活設(shè)置，以適應(yīng)不同類型和不同環(huán)境使用的變壓器；變壓器油溫超過上限值時(shí)，風(fēng)機(jī)群全部投入運(yùn)行時(shí)，采用順序啟動(dòng)方式依次啟動(dòng)，防止啟動(dòng)電流過大情況發(fā)生造成設(shè)備損壞；（4）系統(tǒng)具有故障自診斷功能，當(dāng)某一風(fēng)機(jī)工作異常時(shí)如過壓、缺相、過載時(shí)，系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場(chǎng)和控制室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，顯示故障類型和故障發(fā)生的位置，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢修；（5）系統(tǒng)設(shè)置正常運(yùn)行、故障運(yùn)行、油溫超過75℃三項(xiàng)遠(yuǎn)傳開關(guān)信號(hào)；（6）本設(shè)計(jì)中油溫的上限缺省值為55℃，下限缺省值為45℃，要求上限值和下限缺省值能夠方便的通過按鍵調(diào)節(jié)； （7）系統(tǒng)要采用必要的抗干擾措施（包括硬件和軟件）。 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能（1）將采集到的油溫在就地和遠(yuǎn)端（控制室）用LED實(shí)時(shí)顯示油溫，主機(jī)和從機(jī)之間的通訊采用無線通信方式；（2）系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、停止三種運(yùn)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，并且能夠靈活選擇運(yùn)行方式。（6）完成指定內(nèi)容的外文資料翻譯。（4）根據(jù)設(shè)計(jì)原則完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。（2）方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要完成的工作。而實(shí)際運(yùn)行中這種控制方式有不少的缺點(diǎn)，如風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)全部投入，沖擊電流太大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)中常用的油浸風(fēng)冷式電力變壓器多采用多組風(fēng)機(jī)降溫，控制變壓器的油溫在工藝要求的范圍之內(nèi)。由于采取了以上措施，可以保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，設(shè)計(jì)具有很好的擴(kuò)展性，能滿足各種型號(hào)變壓器的要求。最后通過無線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制室通過無線通信及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，可任意對(duì)各種事故做出及時(shí)地反映，實(shí)現(xiàn)了變壓器的無人控制。溫度采集精度很高，并且采取了很多措施來保護(hù)電機(jī)，如過載、缺相保護(hù)等。針對(duì)電力變壓器在運(yùn)行過程中存在的問題，可以采用的智能溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)采集、顯示、風(fēng)機(jī)的順序起停。而早期的溫度控制器，由于體積大、操作復(fù)雜、抗干擾能力差，給工程現(xiàn)場(chǎng)的使用也帶來了很大不便。且由于無法和控制室聯(lián)系，所以無法實(shí)現(xiàn)變壓器的無人控制，增加了運(yùn)行成本。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，應(yīng)該對(duì)變壓器的油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。變壓器冷卻系統(tǒng)決定了變壓器的正常使用壽命及能否正常運(yùn)行，因此變壓器的冷卻系統(tǒng)對(duì)變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又極其重要的意義。隨著變壓器容量的增大，變壓器的損耗同樣會(huì)增大，單靠箱壁和散熱器已不能滿足散熱要求，需采用子循環(huán)風(fēng)冷或強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)（水）冷，使熱油經(jīng)過強(qiáng)風(fēng)（水）冷卻器，冷卻后再用油泵送回變壓器。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書電力變壓器冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 1ABSTRACT 2緒 論 5第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 6第一節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) 6第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求 6第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 8第一節(jié) 系統(tǒng)工作的一般原理 8第二節(jié) 智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 8 方案一 9 方案二 10 方案三 12第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 13第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 16第一節(jié) 單片機(jī)的選型 16第二節(jié) 振蕩器配置選擇 18 晶體振蕩器/陶瓷諧振器方式 18 RC振蕩器 20第三節(jié) 溫度采集電路模塊設(shè)計(jì) 22 溫度檢測(cè)電路 22 光電耦合隔離放大電路 24第四節(jié) 按鍵輸入和顯示電路部分設(shè)計(jì) 29 按鍵輸入電路模塊設(shè)計(jì) 29 顯示電路部分設(shè)計(jì) 29第五節(jié) 無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33第六節(jié) 主回路部分設(shè)計(jì) 38 風(fēng)冷機(jī)的保護(hù)簡(jiǎn)要介紹 38 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 38第七節(jié) 直流電源的設(shè)計(jì) 46第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 50第一節(jié) 軟件需求分析 50第二節(jié) 各模塊的流程圖 52第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 60致 謝 62參考文獻(xiàn) 63附錄一 程序清單 64附錄二 元器件明細(xì)表 78緒 論近年來，隨著我國(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和運(yùn)營(yíng)效益。電力變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心設(shè)備之一，因此，電力變壓器安全可靠的運(yùn)行是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本保障。大容量的變壓器已經(jīng)采用導(dǎo)向冷卻，在繞組和鐵心內(nèi)部，設(shè)有一定的油路，使進(jìn)入油箱內(nèi)的冷油全部通過繞組和鐵芯內(nèi)部流出，這樣帶走了大量的熱量，可以提高散熱效率。在發(fā)電廠或變電所，風(fēng)冷式變壓器采用多組風(fēng)機(jī)降溫，控制變壓器的油溫在額定范圍之內(nèi)，保證變壓器正常工作。目前，還有許多變壓器采用由電接點(diǎn)式溫度計(jì)采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)變壓器的溫度控制，在實(shí)際運(yùn)行中，由于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)全部投入，同時(shí)全部停止，沖擊電流較大，嚴(yán)重影響了電機(jī)的使用壽命。變壓器溫控器總存在一些問題，如測(cè)溫誤差大、抗干擾能力差等，這些都是在工程界非常棘手的問題。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，溫度控制器正向單片集成化、智能化的方向迅速發(fā)展。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，本設(shè)計(jì)選用了PIC16F877單片機(jī)構(gòu)成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，用戶可通過面板按鍵輕松設(shè)定控制風(fēng)機(jī)起停、報(bào)警及跳閘閥值，所有設(shè)定參數(shù)掉電后均不會(huì)丟失。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較惡劣，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，設(shè)計(jì)采取了抗干擾措施，在集成電路的電源入口處加了濾波電容，且送入單片機(jī)的信號(hào)都經(jīng)過了光耦隔離。系統(tǒng)整體具有測(cè)溫誤差小、分辨力高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所有器件的選擇均滿足工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并適合高溫環(huán)境。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)在我們的生活中，電力安全是至關(guān)重要的，而電力變壓器又是電力系統(tǒng)的重要組成部分。目前現(xiàn)場(chǎng)還有相當(dāng)數(shù)量的油浸風(fēng)冷電力變壓器由電接點(diǎn)式溫度計(jì)采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)變壓器的溫度控制，即在變壓器油溫大于上限溫度時(shí)啟動(dòng)全部風(fēng)機(jī)，當(dāng)油溫降至下限溫度時(shí)停止全部風(fēng)機(jī)。針對(duì)以上種種問題，要求本設(shè)計(jì)選用一款集成度較高的單片機(jī)，并采用無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有落后的溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足自動(dòng)化要求。本設(shè)計(jì)須完成風(fēng)冷式電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)部分的設(shè)計(jì)，主要包括以下工作：（1）收集電力變壓器溫度控制系統(tǒng)的控制原理的實(shí)際資料，確定要保證變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)正常運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)無人值班所需的遠(yuǎn)程通訊功能，必須采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)來完成；為保證風(fēng)機(jī)能可靠安全運(yùn)行，必須收集一既能被單片機(jī)驅(qū)動(dòng)又能保證風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行的元件。（3）確定系統(tǒng)配置及功能，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。（5）撰寫設(shè)計(jì)說明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。第二節(jié) 設(shè)計(jì)要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（2）選擇合適的單片機(jī)，作為主機(jī)CPU；（3）獨(dú)自完成主機(jī)硬件、軟件設(shè)計(jì)，其中硬件部分主要包括溫度采集、LED顯示、主控電路、無線通訊、電源電路等，軟件部分主要包括流程圖設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)及調(diào)試；（4）完成相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙繪制和設(shè)計(jì)說明書撰寫，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。（3）在自動(dòng)方式運(yùn)行下，當(dāng)變壓器油溫超過上限時(shí)，風(fēng)機(jī)全部投入；當(dāng)溫度低于工藝下限時(shí)，風(fēng)機(jī)全部停止；當(dāng)溫度由高下降到上限和下限的中間值時(shí)，只投入3組風(fēng)機(jī)；在投入3組風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，先運(yùn)行的3組風(fēng)機(jī)運(yùn)行1小時(shí)后（這三組風(fēng)機(jī)在變壓器周圍間隔安裝），自動(dòng)切換到另外3組（這三組風(fēng)機(jī)也在變壓器周圍間隔安裝），1小時(shí)后又切換到原來的3組，如此交替運(yùn)行，既延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，又能使變壓器均勻降溫。 主要技術(shù)指標(biāo)控制系統(tǒng)的工作電源為220V/50HZ的工頻交流電，容量為31500KVA；風(fēng)機(jī)有6組，每組2個(gè)風(fēng)機(jī)，均勻排列在變壓器四周，；溫度測(cè)量范圍為0100℃，溫度采集精度為177。5℃。主電路控制元件采用了接觸器，靠機(jī)械觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)溫度在45℃55℃時(shí)，通常采用全部投入的方式，不利于節(jié)能，也不利于設(shè)備的維護(hù)。風(fēng)機(jī)缺乏必要的過壓、過載、缺相保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中降低系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加運(yùn)行成本。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。溫度信號(hào)的采集在設(shè)計(jì)中是最重要的部分之一，其可以采用鉑電阻電橋組成的溫度檢測(cè)電路，也可以使用溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)。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)。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。PIC16F877共有A口、B口、C口、D口、E口五組I/O口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求，另外在其中嵌入一個(gè)8 輸入通道的A/D模塊，不需要專門的芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；CCP模塊可提供外部信號(hào)的捕捉、內(nèi)部比較輸出、及脈寬調(diào)制PWM功能；中斷源多，具有看門狗定時(shí)器和睡眠功能；還可以在線串行編程、在線調(diào)試。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。只需要一個(gè)外部電阻，就可以正確地驅(qū)動(dòng)所有LED的段地址。以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)做出反應(yīng)。nRF401 發(fā)射速率可達(dá)20 kb/ s，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 還有待機(jī)工作方式,可以更省電和高效。溫度控制器系統(tǒng)框圖如圖22所示。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。復(fù)位電路采用MAXMAX6304芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控電路。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)。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]。I/O為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的。溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器的設(shè)置值均以一個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)在EEPROM中，使用一個(gè)存儲(chǔ)功能命令可對(duì)其寫入。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)。在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序跑飛” 等現(xiàn)象，而用仿真器調(diào)試時(shí)卻無此現(xiàn)象發(fā)生或極少發(fā)生此現(xiàn)象。單片機(jī)監(jiān)控電路主要有監(jiān)控和看門狗兩個(gè)功能。無線通信芯片種類繁多，方案選擇CC1000來實(shí)現(xiàn)無線通信。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)。具有250Hz步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議；主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。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）。在10MHz的PCLK頻率工作下，完成整個(gè)配置所需時(shí)間少于60μs。所有寄存器都可讀。下