【正文】 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（D7：0），PDATA 在PCLK 下降沿有效。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]。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(lái)監(jiān)視LOCK 信號(hào)（在引腳CHP_OUT）。 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。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)。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)。該產(chǎn)品有3種封裝形式；TO52封陶瓷封裝（測(cè)溫范圍是55—+150℃）。例如，由ADI公司生產(chǎn)的AD590，就有90J/K/L/M四檔。使用時(shí)將3腳接地，可起到屏蔽作用。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。（℃）。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)。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。如果以10Kbps 速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá) 12m 。另外RS485 實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互聯(lián)，最多可達(dá)256臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和256臺(tái)接收器，非常便于多器件的連接。半雙工通信芯片有SN7517SN7527SN75LBC18MAX48MAX308MAX1482等。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(duì)這三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較：在方案二中，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，它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。顯示采用單片機(jī)的I/，實(shí)時(shí)顯示變壓器的溫度。復(fù)位電路采用MAX6304芯片來(lái)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。在方案三中，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。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。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。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)。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)。綜上所述，本方案具有較高的性價(jià)比。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案一。圖25 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(wú)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。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)，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。信號(hào)通過無(wú)線通信芯片nRF401傳輸?shù)娇刂剖?。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(wú)線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。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。 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。由于有溫度檢測(cè)，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]。 （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。（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。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。工作速度：DC～20MHz時(shí)鐘輸入，DC～200ns指令周期。中斷能力多達(dá)14個(gè)內(nèi)部/外部中斷源。它的可編程代碼具有保護(hù)功能，省電休眠（Sleep）方式。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。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20μA；典型待命狀態(tài)電流值小于1μA。定時(shí)器TMR0：帶有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TMR2：。兩個(gè)捕捉/比較/脈寬調(diào)制（PWM）模塊。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。10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。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）。（僅用于40/44引腳芯片）。用于鎖定（Brownout）復(fù)位（BOR）的鎖定檢測(cè)電路。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(duì)振蕩器做個(gè)初步的了解介紹。（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。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)。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。（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(huì)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。（2）對(duì)于AT方法切割的晶體需要接串聯(lián)電阻Rs。 圖33 外部時(shí)鐘輸入工作方式 測(cè)試范圍類型頻率OSC1/pFOSC2/pF XT455kHz68～10068～1002MHz15～6815～684MHz15～6815～68 HS 8MHz10～6810～6816MHz10～2210～22以上值僅為推薦值所使用的諧振器455kHzPanasonicEFO——A455K04B177。%4MHzMurata Erie 177。%16MHzMurata Erie 177。20200kHzSTD XTL 177。504MHzESC ESC40201177。3020MHzEpson CA301 177。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(huì)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。 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）。而其他大多數(shù)寄存器的上電復(fù)位、在正常工作期間用信號(hào)復(fù)位或WDT超時(shí)溢出復(fù)位，在休眠期間信號(hào)復(fù)位以及在掉電鎖存復(fù)位后都會(huì)被復(fù)位成“復(fù)位狀態(tài)”。表37為不同復(fù)位方式下的上電延遲時(shí)間。振蕩器配置 上電掉電鎖存休眠喚醒=0=1XT、HS、LP72ms+10241 02472ms+10241 024RC 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的位和它們的意義說明0X11上電復(fù)位（POR）0X0X無(wú)效，在上電復(fù)位時(shí)，被設(shè)置為10XX0無(wú)效，在上電復(fù)位時(shí)，被設(shè)置為11011掉電鎖存復(fù)位（BOR）1101WDT復(fù)位1100WDT喚醒復(fù)位11UU在正常運(yùn)行時(shí)復(fù)位1110在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒復(fù)位通過對(duì)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。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。目前，國(guó)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]?；阢K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]。圖39 電橋型溫度檢測(cè)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)。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。該電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試非常簡(jiǎn)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。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。所以溫度信號(hào)要引入單片機(jī)必須經(jīng)過光耦隔離。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。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(cè)器為光敏三極管。若基極有引出線，則可滿足溫度補(bǔ)償檢測(cè)調(diào)制要求。光電耦合器之所以能在傳輸信號(hào)的同時(shí)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。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。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。常用的光耦器件為TLP5211，TLP5214，4N25，HCRN200，SLC800等。對(duì)于模擬信號(hào)，光耦因?yàn)檩斎胼敵龅木€形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號(hào)隔離的應(yīng)用。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。模擬信號(hào)隔離的一個(gè)比較好的選擇是使用線形光耦。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(lái)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。本設(shè)計(jì)采用HCNR200/201進(jìn)行設(shè)計(jì)。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。在后面可以看到，在合理的外圍電路設(shè)計(jì)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(dá)到滿意的線性度的。相對(duì)于HCNR200，HCNR201提供更高的線性度。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(yùn)算放大器等輔助電路。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。根據(jù)光耦的特性，即 將和的表達(dá)式代入上式，可得： 上式經(jīng)變形可得到：將的表達(dá)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(dá)到只隔離不放大的目的。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。TI公司的LT1097單運(yùn)放電路能夠滿足以上要求，可以作為HCNR200/201的外圍電路。K1已知的情況下，IFmax又確定