单片机课程设计-配电变压器油温在线监测仪设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 配电变压器油温在线监测仪设计配电变压器油温在线监测仪设计 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2015.06.24-202015.06.24-201515.0707.1212 本科生课程设计（论文） i 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）： 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计 （论文） 题目 配电变压器油温在线监测仪设计 课程设计（论文）任务 该检测仪实时监测变压器的油温，温度检测范围 1085，精度 0.5，带有四组开 关，用于变压器冷却系统的控制，超温跳闸等。 设计任务：设计任务： 1. cpu 最小系统设计（包括 cpu 选择，存储器，晶振电路，复位电路） 2. 4 组开关电路设计以及油温检测电路设计 3. 声光报警电路设计 4. 程序流程图设计及程序编写 技术参数：技术参数： 1温度检测范围 1085，精度 0.5，带有四组开关 2工作电源 220v 设计要求设计要求： 1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，模拟量检测电路设计等； 2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图； 3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明， 详细阐述系统的工作过程，字数应在 4000 字以上。 进度计划 第 1 天 查阅收集资料 第 2 天 总体设计方案的确定 第 3-4 天 cpu 最小系统设计 第 5 天 4 组开关电路设计以及油温检测电路设计 第 6 天声光报警电路设计 第 7 天 程序流程图设计 第 8 天 软件编写与调试 第 9 天 设计说明书完成 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） ii 摘 要 电力系统网络随着社会和科技的高速发展，它的安全便得尤为重要，变压器 电力系统高低压转换的重要元件，而油浸式变压器的应用最为广泛，变压器油温 是影响油浸式变压器安全稳定运行的一项重要因素。由于变压器所带负荷和环境 温度随所带负荷和环境温度的变化而变化，所以对配电变压器油温的监测显得十 分必要，假如油温长期过高而不能采取措施及时降下来的话，绝缘材料会加速老 化，绝缘等级降低，影响变压器的使用寿命，严重的还会引起内部短路、燃烧等 电器故障。油浸式变压器常见的冷却方式是变压器内部油循环和外部风扇直吹， 本装置采取控制风机的启动和停止来控制变压器的油温保持在规定范围内。目前， 大多数变压器风机启停是采用温度继电器控制。这种方法的局限是只有一个温度 定值，启动或停止风机是以温度高于或低于这一定值来决定，当变压器油温在温 度定值附近波动时，会出现风机频繁启停，严重时有可能造成风机烧毁，因此需 要一种能够实现智能控制的装置，解决以上问题。本装置采用设置温度上、下限 的方法避免上述情况，并且在确定风机的启动温度时，采用实时比较的方法，以 保证风机启动后油温可能达到的最高值不会超过规程规定的上限。本设计便是针 对这一现象，通过对油温的实时监测，从而降低由于油温过高而引发的灾害。 关键词：变压器；继电器；油温；启动温度 本科生课程设计（论文） iii 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 配电变压器油温在线监测仪设计概况 1 1.2 本文研究内容 1 第 2 章 cpu 最小系统设计3 2.1 配电变压器油温在线监测仪设计总体设计方案 3 2.2 cpu 的选择 3 2.3 数据存储器扩展 5 2.4 复位电路设计 6 2.5 时钟电路设计 7 2.6 cpu 最小系统图 9 第 3 章 输入输出接口电路设计 .10 3.1 配电变压器油温在线监测仪设计传感器的选择 10 3.2 配电变压器油温在线监测仪设计检测接口电路设计 .10 3.2.1 a/d 的选转换器择 .10 3.2.2 模拟量检测接口电路图 11 3.3 输出接口电路设计电路设计 .11 3.4 机对话接口电路设计 .12 第 4 章 配电变压器油温在线监测仪软件设计 .14 4.1 软件实现功能综述 .14 4.2 流程图设计 .14 4.2.1 主程序流程图设计 14 4.2.2 配电变压器油温在线监测仪设计流程图设计 15 第 5 章 系统设计与分析 .17 5.1 系统原理图 .17 5.2 系统原理综述 .17 第 6 章 课程设计总结 .19 参考文献 .20 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 配电变压器油温在线监测仪设计概况 变压器是电力系统中最为重要的一部分。因此，对配电变压器油温实时监 测对能否为用户提供安全可靠的电能具有重要意义。变压器的绝缘老化，主要是 由于温度、湿度、氧化和油中分解的劣化物质的影响所致。但老化的速度主要由 温度决定，绝缘的工作温度愈高，化学反应进行的愈快，绝缘的机械强度和电气 强度丧失的愈快，绝缘老化速度愈快，变压器使用年限也愈短。实际上绕组温度 受负荷波动和气温变化的影响，变化范围很大。因此，对变压器的温度进行实时 采集，使其维持在一定的范围内，对变压器的寿命有重要的意义。 在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定 温度范围内变化，温度监测系统有共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、 现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理 电路、 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数 字信号送到计算机去处理。本系统的测温范围为 1085，启动单片机温度控 制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值， 每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键 完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度 检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。 1.2 本文研究内容 本次课程设计要求对配电变压器的油温进行实时监测，温度检测范围 10 85，精度 0.5。并设计四组开关，分别用于变压器冷却系统的控制，超温报 警，超温跳闸等。在线监测变压器油温对早期诊断变压器故障十分重要，但是因 变压器结构复杂，影响其安全运行的因素较多，使得在线监测的难度很大。油温 测量过去一般是采用间接的模拟测量方法，准确性差，而且不及时。针对以上问 题本文研究一种在线无损油温检测装置，应用于照明配电变压器上，其特征在于， 包括：温度探头，包括磁性外壳及其内封装温度传感器，用于采集所述变压器的 外部温度；温度补偿信号处理单元，包括采集单元、温度补偿处理 器、通信单元、存储器，所述采集单元将所述温度探头采集温度进行模数 本科生课程设计（论文） 2 转换，并提供给所述温度补偿处理器，所述温度补偿处理器将所述 温度转化成对应变压器的油温，通过与所述存储器中温度范围比较，当测得的所 述变压器油温超过上下限值，通过所述通信单元报警。本实用新型较传统变压器 油温检测开孔改造相比，具有施工简易，无需停电，不影响变压器的性能等优点。 硬件电路设计： 1. cpu 最小系统设计（包括 cpu 选择，存储器，晶振电路，复位电路） 2. 4 组开关电路设计以及油温检测电路设计 3. 声光报警电路设计 4. 软件设计（程序流程图设计） 本科生课程设计（论文） 3 第 2 章 cpu 最小系统设计 2.1 配电变压器油温在线监测仪设计总体设计方案 整个系统拟采用温度传感器的信号进行采集，当获取所需的信号之后，经过 对信号的滤波和放大电路的放大号，传输至a/d转换器进行a/d转换，将采集到的 温度信号转换为420ma 的电流信号，再经v/f 变换器转换为频率信号，由 at89c51 分析频率信号，得到当前的温度值，并且形成显示码送给led 显示模块， 同时校验判据，形成控制信号送控制模块。 ，温度信号经过温度测量模块后，功 能按键有以下五项功能：启动风机、停止风机、显示当前定值、恢复运行以及选 择定值。最后将数字信号读入单片机内，经过单片机的数据处理后，最后将处理 后的结果显示出来。 电子式互感器电子式互感器 采集器采集器 合并单元 智能终端 过程层交换机 图 2.1 过程层原理框图 2.2 cpu 的选择 at89c51 是美国atmel 公司生产的8 位flash rom 单片机。其最突出的优 点是片内rom 为flash rom，可擦写1000 次以上，应用并不复杂的通用rom 写入 器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有片程序rom 二级保密系统。 因此可灵活应用于各种控制领域。 本科生课程设计（论文） 4 ea/vp 31 x 1 19 x 2 18 reset 9 rd 17 wr 16 in t0 12 in t1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 a le/p 30 txd 11 rxd 10 u 189c51 图 2.2 at89c51 芯片管脚图 采用 mcs-51 系列这一款的单片机，应首先了解 mcs-51 的引脚，熟悉并牢记各引 脚的功能， mcs-51 系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。单片机是一种集 成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 cpu、随机存储器 ram、只读存储器 rom、多种 i/o 口、中断系统和定时器/计时 器等功能的结合在一起的微型计算机。 89c51 引脚图如图 2.2 所示，具体各管脚功能如下： 1、电源引脚 vss 和 vcc vcc（40）：电源端。 vss（20）：接地端。 2、外接晶体引脚 xtal1 和 xtal2 xtal1（19）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2（18）：来自反向振荡器的输出。 3、控制信号引脚 reset、ale/prog、/psen 和/ea/vpp rst（9）：复位输入，高电平有效。当振荡器工作时，要保持 rst 脚两个机 器周期的高电平时间。 ale/psen（30）：地址锁存允许信号。此频率为振荡器频率的 1/6。ale 信 号可以用作对外输出的时钟或定时信号。需要注意的是，每当访问外部数据存储 器时，将跳过一个 ale 脉冲。在对 89c51 片内 4kb flash rom 编程（固化）时， 此引脚用于输入编程脉冲 prog。 本科生课程设计（论文） 5 /psen（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。 /ea/vpp（31）：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 flash 编程期间，此引 脚也用于施加 12v 编程电源（vpp） 。 4、输入输出引脚 p0 口、p1 口、p2 口、p3 口 p0 口（3239）：p0 口为一个 8 位双向三态 i/o 口。在访问外部存储器时， 可分时用作低 8 位地址线和 8 位数据线；在 flash rom 编程时，它输入指令字节， 而在验证程序时，则输出指令字节。p0 口可驱动 8 个 lsttl 门电路。 p1 口（18）：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，在 flash rom 编程时，它接收低 8 位地址。p1 口缓冲器能接收输出 4 个 lsttl 门电路。 p2 口（2128）：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲 器可接收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存 储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。 p3 口（1017）：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输 出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输 入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉 的缘故。 2.3 数据存储器扩展 89c51 片内有 128b 的 ram 存储器，在实际应用中仅仅依靠这 128b 的数据存 储器是远远不够的。这种情况下可利用 89c51 单片机所具有的扩展功能，扩展外 部数据存储器。89c51 单片机最大可扩展 64kb ram。常用的外部数据存储器有静 态 ram 和动态 ram 两种。前者读/写速度高，一般都是 8 位宽度，易于扩展，且 大多数与相同容量的 eprom 引脚兼容，有利于印刷板电路设计，使用方便；缺点 是集成度低，成本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是 需要增加一个刷新电路，附加另外的成本。当用 8282 作为地址锁存器时，它的 stb 可直接与单片机的锁存控制信号端 ale 相连，在 ale 下降沿进行地址锁存。 at89c51 单片机和静态数据存储器 ram 6116 的接口电路图如下图 2.3 所示： 本科生课程设计（论文） 6 图 2.3 数据存储器的硬件原理图 2.4 复位电路设计 复位电路就是利用它把电路恢复到起始状态。为确保微机系统中电路稳定可 靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般 危机电路正常工作需要供电电源为 5v5%，即 4.755.25v。由于微机电路是时 序数字电路，它要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 vcc 超过 4.75v 低于 5.25v 以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤出，微机电路开始正常 工作。 为了保证系统可复位，在设计复位电路时，一般使 reset 引脚保持 100ms 以 上的高电平，单片机便可以可靠地复位。当 reset 从高电平变为低电平以后，单 片机从 0000h 地址开始执行程序。在 reset 复位引脚上接一个去耦电容。在程序 跑飞时，可以手动复位，按下按键后，使 reset 端产生高电平，按键时间决定复 位时间，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。按键电平复位电路图 如下图 2.4 所示： a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 a8 25 a9 24 a10 21 a11 23 a12 2 ce1 20 ce2 26 we 27 oe 22 d0 11 d1 12 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 vcc 28 gnd 14 6264 d7 18 d6 17 d5 14 d4 13 d3 8 d2 7 d1 4 d0 3 q7 19 q6 16 q5 15 q4 12 q3 9 q2 6 q1 5 q0 2 g 11 oe 1 74ls373 +5v 1k +5v vcc vss reset p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal1 19 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale 30 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 xtal2 18 ea 31 vcc 40 vss 20 89c51 xtal2 xtal1 本科生课程设计（论文） 7 图 2.4 复位电路 2.5 时钟电路设计 现在高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟、石英 钟、石英表都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要 经常调试，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用 led 显示 器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时 间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。时钟电路用于产生单片 机工作所需的时间信号。时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时 钟方式。 时钟电路是单片机系统的核心部分之一，它可以简单定义成如下两点： （1） 、这是产生像时钟一样准确的振荡电路。 （2） 、单片机系统内，任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路部 分就是时钟电路。 时钟电路一般由晶体振荡器、晶振控制芯片和电容组成。其硬件连线如图所 示： c 2 22 c 1 22 r 1 1k r 2 1k s 1 s w -pb vc c vc c vs s r eset 本科生课程设计（论文） 8 图 2.5 时钟电路硬件连线图 ea/vp 31 x 1 19 x 2 18 reset 9 rd 17 wr 16 in t0 12 in t1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 a le/p 30 txd 11 rxd 10 u 1 89c51 c1 33pf c2 33pf y 1 12mh z 本科生课程设计（论文） 9 2.6 cpu 最小系统图 图 2.6 cpu 最小系统图 vss 40 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p2.7/a15 28 ale/prog 30 txd/p3.1 11 wr/p3.6 16 r d/p3.7 17 xtal2 18 psen 29 vcc 20 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p0.7/ad7 32 p0.6/ad6 33 p0.5/ad5 34 p0.4/ad4 35 p0.3/ad3 36 p0.2/ad2 37 p0.1/ad1 38 p0.0/ad0 39 r xd/p3.0 10 int0/p3.2 12 int1/p3.3 13 t0/p3.4 14 t1/p3.5 15 xtal1 19 ea/vpp 31 reset 9 at89c 51 d0 1 d1 2 d2 3 d3 4 d4 5 d5 6 d6 7 d7 8 q0 19 q1 18 q2 17 q3 16 q4 15 q5 14 q6 13 q7 12 stb 11 8282 8282 a7 1 a6 2 a5 3 a4 4 a3 5 a2 6 a1 7 a0 8 i/o0 9 i/o1 10 i/o2 11 i/o3 12 i/o4 13 i/o5 14 i/o6 15 i/o7 16 oe 20 we 21 a9 22 a8 23 a10 19 ce 6116 c 1c 2 信信 r 1k + c 22u vcc . 本科生课程设计（论文） 10 第 3 章 输入输出接口电路设计 3.1 配电变压器油温在线监测仪设计传感器的选择 本课设油温测控系统主要性能指标：温度检测范围1085，精度0.5， 温度定值由用户选择，动态显示当前温度值，接收上位机通信请求，发送当前温 度值、风机状态等信息到上位机。根据以上的性能要求，本课设选择热电偶温度 传感器。热电偶温度传感器的原理是当有两种不同的导体和半导体a和b组成一个 回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为t，称为工作 端或热端，另一端温度为to，称为自由端(也称参考端)或冷端，则热电偶电路中 就有电势差，热电偶温度传感器的构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不 同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 本课设选择 max6675 芯片作为温度传感器，max6675 冷端温度补偿、热电偶 数字转换器可进行冷端温度补偿，并将 k 型热电偶信号转换成数字信号。 3.2 配电变压器油温在线监测仪设计检测接口电路设计 3.2.1 a/d 转换器的选择 max6675芯片采用小尺寸、8引脚封装。数据输出为12位分辨率、spi兼容、只 读格式。同时max6675芯片内部还具有a/d转换器的功能。其引脚图如图3.1所示。 g nd 1 t - 2 t + 3 v cc 4 sc k 5 c s 6 so 7 n c 8 . 图3.1 max6675引脚图 本科生课程设计（论文） 11 3.2.2 模拟量检测接口电路图 u1 r6 v cc1 r7 v cc2 fout gnd rt +v in +v ss ct ct +v ss ad654 r2 r1 r4 rw r3 信信信信 c2 c1 +24v 信信信信 图3.2 a/d 转换电路 3.3 输出接口电路设计电路设计 输出接口的报警电路为单片机 i/o 口外接二极管驱动蜂鸣器，发出报警信号， 如图 3.4 所示。 图 3.3 声光报警电路 本科生课程设计（论文） 12 1 2 3 4 5 6 7 8 89 c5 1 i/o k 0 k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 +5v . . 3.4 机对话接口电路设计 在显示位较少的情况下，led 显示器一般采用静态的显示方式。静态显示电 路中，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相 应的显示字符。由于各位分别由 1 个 8 位的数据输出口控制段码线，故在同一时 间里，每一位显示的字符可以不相同。这种显示方式虽然接口编程容易，但付出 的代价是占用口线较多。若用 i/o 口线接口，则要占用 4 个 8 位 i/o 口，若用锁 存器接口，则要用 4 片 74l373 芯片。如果显示的位数增多，则需要增加锁存器。 该设计中采用的就是 led 静态显示方式。原理如下 键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实 现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识 别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。 非编码键盘有分为：独立式按键和矩阵式键盘。使用时先将键盘借口初始化，即 将 p2.0p2.2 全部置 1，然后判断是否有键按下，若键盘输入端变为低电平，表 明此键盘按下，在软件编程时，注意键盘消抖。由于本课设的按键数量不是很多， 因此采取独立式按键的结构。独立式按键的电路图如图 3.5 所示。 图 3.4 独立式按键电路图 显示部分用 4 个数码管显示当前数据，数码管分别用 4 个 mc14543 驱动电路 控制 led，mc14543 为 4 线-7 段译码/驱动电路，具有 4 位二进制锁存、bcd-7 段 译码和驱动功能，图 3.6 为该集成电路的引脚图。图 3.7 为 89c51、mc14543 和 led 构成的 led 静态显示电路图。 本科生课程设计（论文） 13 图 3.5 mc14543 引脚图 图 3.6 89c51 和 mc14543 构成的静态 led 驱动接口 ld 1 d 2 2 d 1 3 d 3 4 d 0 5 m 6 b i 7 v ss 8 y a 9 y b 10 y c 11 y d 12 y e 13 y g 14 y f 15 v dd 16 . . p0.0 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 p2.6 w r p2.7 d 0 5 d 1 3 d 2 2 d 3 4 ld 1 m 6 b i 7 a 9 b 10 c 11 d 12 e 13 g 14 f 15 m c14543 d 0 5 d 1 3 d 2 2 d 3 4 ld 1 m 6 b i 7 a 9 b 10 c 11 d 12 e 13 g 14 f 15 m c14543 d 0 5 d 1 3 d 2 2 d 3 4 ld 1 m 6 b i 7 a 9 b 10 c 11 d 12 e 13 g 14 f 15 m c14543 d 0 5 d 1 3 d 2 2 d 3 4 ld 1 m 6 b i 7 a 9 b 10 c 11 d 12 e 13 g 14 f 15 m c14543 7 6 4 2 1 9 10 8 3 7 6 4 2 1 9 10 8 3 7 6 4 2 1 9 10 8 3 7 6 4 2 1 9 10 8 3 2 3 5 6 89c51 d 0 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 0 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 . . . . 本科生课程设计（论文） 14 第 4 章 配电变压器油温在线监测仪软件设计 4.1 软件实现功能综述 变压器监测软件的主要功能是：对电网的电压、电流、开关信号及脉冲信号 进行采样，并进行处理，得到的实时数据保存到 ram 中;一部分实时数据经过分 析统计，作为统计数据刷新的依据，等到零点时刻保存到外围存储器中去；整点 时刻收集的实时数据作为历史整点数据直接存储到外围存储器中去；主站以通讯 规约实时向变压器监控终端召唤实时数据、历史数据、统计数据和发送遥控工作 命令等，系统能根据不同的按键值显示相应的实时数据、时间和系统参数等。系 统检测的最低和最高温度，通过 a/d 转换器传送信号到 89c51 后进行读取、分析 的设置，编辑显示电路的显示程序和报警系统的报警程序以及查找报警点的程序 设计的完成，还要完成对风机的启停的控制程序和各种其他设备的控制程序以及 油温采样、按键的识别和串行口通信等一系列的软件编程。 4.2 流程图设计 4.2.1 主程序流程图设计 系统的主程序设计主要是完成系统的初始化，如定时器、中断系统的初始化等。 以及条用各模块程序，完成模块的衔接，以达到设计的功能。在设计中用中断的 方式完成油温的采样、按键的识别和串行口通信等等一系列操作。主程序流程图 如图所示。 本科生课程设计（论文） 15 图 4.1 主程序流程图 4.2.2 配电变压器油温在线监测仪设计流程图设计 在设计中单片机要完成计算通讯和结果打印及预报警的功能，并用单片机接 受经接口电路处理过的信号并由驱动电路去控制吹风机的开关以及温度控制等一 系列的控制装置，具体设计如下图。 是否高于 85 度 是否高于 91 度 是否高于 10 度 继电器断开 不改变继电器 当前状态 刷 新 变量初始化 a/d 转换 算术平均滤波 得到相应温度 单片机处理比较 系统上电 继电吸合 报警 本科生课程设计（论文） 16 图4.2配电变压器油温在线监测仪设计流程图 气体分离及信号转 换 变压器接口 阀门控制 控制 温度控制 接口缓冲 单片 cpu 光电隔离及驱动 控制装置 主机算机通讯 结果打印及预报警 本科生课程设计（论文） 17 第 5 章 系统设计与分析 5.1 系统原理图 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u1 at89c51 oe 1 g 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u2 74hc 573 oe 1 g 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u9 74hc 573 oe 1 g 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u7 74hc 573 a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 a8 25 a9 24 a10 21 a11 23 a12 2 a13 26 ce 20 oe 22 pgm 27 vpp 1 d0 11 d1 12 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 u3 27128 a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 a8 25 a9 24 a10 21 a11 23 a12 2 cs1 20 cs2 26 we 27 oe 22 d0 11 d1 12 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 u4 6264 a0 10 a1 9 a2 8 a3 7 a4 6 a5 5 a6 4 a7 3 a8 25 a9 24 a10 21 a11 23 a12 2 cs1 20 cs2 26 we 27 oe 22 d0 11 d1 12 d2 13 d3 15 d4 16 d5 17 d6 18 d7 19 u5 2864 c1 30pf c6 30pf x1 12mhz p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst int0 int1 vcc rd wr rxd txd ale psen ale a 1 b 2 c 3 e1 4 e2 5 e3 6 y0 15 y1 14 y2 13 y3 12 y4 11 y5 10 y6 9 y7 7 74ls138 vcc cs0 cs1 cs2 cs3 psenvcc rd wr cs0 vcc rd wr cs1 vcc 1 2 3 u18a 74ls32 4 5 6 u18b 74ls32 cs2 rd cs3 rd vcc vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 u19 sw-dip8 1 2 3 4 5 6 7 8 rp4 vcc a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 a bf c g d e dp y 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds1 dpy a bf c g d e dp y 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds2 dpy a bf c g d e dp y 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds3 dpy a bf c g d e dp y 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds0 dpy clk 1 2 3 j1 r vcc d1 led r33 300 12 u16a 74hc04 vcc r34 vcc c30 0.6uf +c31 16uf r3510k reset r3610k t0 vcc txd+ txd- 12 u12a 4584 p1.6 r3710k vcc r3810k rxd vin 1 gnd 2 +5v 3 mc7805t 0.1uf0.1uf e4 10ugf +12vvcc c12 4700uf ac 10v +12v vin 3 adj 1 +vout 2 u12 lm317t 100k rp1 500 1011 u12e 74ls14 89 u12d 74ls14 1213 u12f 74ls14 2404.7k vt 9012 e3 10uf 10uf e5 10uf p1.5 vcc vin 3 adj 1 +vout 2 lm317t 9013 c8 0.1uf 10k 240 c 0.1uf disp2+12v 0.1uf e6 10uf 0.1uf 240 rp2 500 +12vdisp1 txd a 6 b 7 de 3 re 2 d 4 r 1 75176 a 6 b 7 de 3 re 2 d 4 r 1 75176 c2- 5 c2+ 4 r2o 9 t2in 10 r1o 12 t1in 11 c1- 3 c1+ 1 gnd 15 vs- 6 r2in 8 t2o 7 r1in 13 t1o 14 vs+ 2 vcc 16 u10 max232 1uf1uf 1uf 1uf 1uf vcc rxd txd 1 6 2 7 3 8 4 9 5 j2 db9 b1 /reset 8 vs 7 rct 6 ct 1 reset 2 clk 3 gnd 4 vcc 5 u6 ne56604 图 5.1 系统原理图 5.2 系统原理综述 变压器是一个静态的电气设备，根据电磁感应原理，变压器是在绕组之间的 电路中 来转换能量，当变压器一侧的绕组通过电流时，那么，就会产生磁场， 在闭合的电路中产生一个变化的磁通量，使得在变压器中有变