干式变压器温度控制的研究与设计

1、 学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 学 生 学 院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月干式变压器温度控制的研究与设计摘 要：干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。本文是关于干式变压器的温度控制的研究与设计。此次的设计实现了温度的预置、温度采集、温度的显示、超温报警和相关的控制。本文选择了at89c52作为本次设计的控制器。对于温度预置，此次设计通过一个滑动变阻

2、器来实现。温度采集是通过负温度系数热敏电阻5k检测相关信号并传至控制器中。信号的转换通过ad转换器pcf8591来实现。温度显示通过液晶显示屏lcd1602来实现。超温报警是通过控制器的一个引脚来控制。由于成本的考虑，本次设计并没有相关的控制电路，至于控制信号则是通过液晶显示屏来模拟显示。关键字：干式变压器；温度控制；ad转换器pcf8591research and design of dry-type transformer temperature controlabstract：safe operation and service life of dry-type transformers

3、, depends largely on safety and reliability of the transformer winding insulation. insulations damage which results from that the winding temperature exceeds the insulations max withstanding temperature, is one of the main reason leading to that the transformer can not work properly. therefore, moni

4、toring of the transformers operation temperature and alarm control are very important.this article is about a research and design of temperature control on the dry-type transformers. the design achieved temperature presetting, temperature acquisition, temperature display, over- temperature alarming

5、and the related controlling. the designers choose at89c52 as controller of the design. the designer regulates a sliding rheostat to preset temperature. temperature acquisition is the detection of relevant signals through the ntc 5k which is transmitted to the controller. the conversion of the signal

6、 is completed by the ad converter pcf8591. the temperature display is done by lcd1602. the over-temperature alarming is controlled by a pin of the controller. however, due to cost consideration, the design doesnt include the relevant control circuit. the control signal is analog display through the

7、lcd screen.key words: dry-type transformer; temperature control; the ad converter pcf8591 vi目 录摘要abstract1引言 11.1 干式变压器的简介 11.1.1干式变压器的应用 11.1.2干式变压器性能与温度的关系 11.2 干式变压器温度控制和发展趋势 11.2.1干式变压器温度控制 11.2.2干式变压器温度控制器发展趋势 11.3课题背景 21.4本文的主要工作 22 干式变压器温度控制系统的设计分析 32.1 设计的总体目标 32.2 总体方案的设计 32.3 元件的选择及介绍 32.3

8、.1传感元件的选择 32.3.2 a/d转换芯片的选择 42.3.3 单片机的选择 62.4.4 显示模块lcd1602介绍 93. 干式变压器温度控制系统硬件设计 143.1 单片机外围电路 143.1.1 p0口上拉电阻原理 153.1.2 单片机时钟电路 163.1.3 单片机复位电路 163.2 温度预置与采集 173.2.1 a/d转换 173.2.2 温度预置 183.2.3温度采集 183.3显示与报警电路 193.3.1 lcd1602显示模块 193.3.2 报警模块电路 204. 干式变压器温度控制系统软件设计 214.1 系统软件的总体框架 214.2 a/d转换及通信程

9、序 224.3 温度采集程序 264.3.1 温度计算公式的推导 264.3.2 温度值计算的程序实现 284.4 温度显示程序 284.5 控制程序 305 系统的实验与调试 325.1 概述 325.2 开发环境介绍 325.3 调试过程中的问题及解决方法 326. 结束语 346.1 系统设计小结 346.2系统设计展望 34参考文献 35致谢 36常州大学本科毕业设计（论文）1 引言1.1 干式变压器的简介1.1.1 变压器的应用随着我国经济建设的迅速发展，城乡用电负荷不断增加。无油、防火、寿命长、节能、低噪、维护简 单和安全可靠的干式变压器得以越来越广泛的应 用。据有关资料记载，近2

10、0年来干式变压器得到了 迅猛发展，特别是在配电变压器中，干式变压器所占比例越来越大，发达国家已占50以上；我国起步晚，近年大中城市中约占3040 ，北京、上海、广州和深圳等城市已达60以上1。干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。损耗和噪声降到了新的水平，更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。目前，我国树脂绝缘干式变压器年产量已达10000mva，成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。干式变压器现已被广泛用于电站、工厂、医院等几乎所有电气上。随着低噪(2500kva以下配电变压器噪声已控制在50db以内)、节能(空载

11、损耗降低达25%)的sc(b)9系列的推广应用，使得我国干式变压器的性能指标及其制造技术已达到世界先进水平1。1.1.2 干式变压器性能与温度的关系干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。1.2 干式变压器温度控制和发展趋势1.2.1 干式变压器温度控制干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(an)和强迫空气冷却(af)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事

12、故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。目前，为了使变压器输出更高的容量，干式变压器冷却方式通常为强迫空气冷却。一般就是通过风机的自动控制来完成。其次，温度报警和温度显示也是干式变压器温度控制中必不可少的一部分。这样既方便实时检测变压器的温度，也有利于操作人员方便地做出相应的操作。1.2.2 干式变压器温度控制器发展趋势随着干式变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，干式变压器温度控制器也将获得进一步发展。目前，干式变压器温度控制器逐渐趋于智能化，并且智能化的温度控制器已经得到了较广泛的应用。例如bwd-3

13、k130系列干式变压器温控器。这个系列温控仪是为风冷干式变压器可靠运行而设计的新一代多功能温度控制器。利用预埋在干式电力变压器三相绕组线包中的三种pt100铂热电阻来检测干式电力变压器线包的温升，并根据温升自动控制冷却风机的启停、超温报警直至超高温跳闸以保证干式电力变压器的安全运行。由于采用目前最先进的德国risc单片计算机并结合先进的i2c存储与调整技术，根据jb/t7631标准设计而成，使得温控器具有结构简单，运行可靠，抗干扰能力极强的特点。同时温控器还具有“黑匣子”功能，可记录停电前三个绕组线包的温度及本机的工作状态2。1.3 课题背景随着电力工业的发展，干式电力变压器也得到了广泛的应用

14、，目前正向着取代油浸变压器的方向发展，因此对变压器的保护也提出了新的要求。同时干式变压器由于具有难燃、安全、维护方便和体积小等特点，已在城市的高层建筑和电站等场所得到广泛的应用。干式变压器属于自然空气冷却，工作温度需要随时监视和严格控制，如果过热就会导致变压器绝缘损坏或烧毁。因此，对变压器的温度进行监视是干式变压器安全可靠运行必不可少的，也即要求干式变压器应具备工作温度显示，高温启动风机进行强迫风冷降温及超越极限跳闸保护功能，从而延长其使用寿命，保证了输、变电系统的运行安全和稳定性1。1.4 本文的主要工作本文主要完成对此次设计方案的介绍，详细介绍了元器件的选择，并从硬件设计和软件设计两个方面

15、完成对干式变压器温度控制系统的详细分析。2 干式变压器温度控制系统的设计分析2.1 设计的总体目标本文采用单片机设计三相干式变压器的温控系统，主要给出硬件电路设计方案，并绘制电路图。本文设计的干式变压器温度控制系统主要实现一下功能：温度预置，温度显示，温度测量，（越限能够启动发声芯片）根据负载进行温度控制等。 具体要求如下：（1） 预置温度范围：0100。（2） 测量温度范围：0120。（3） 温度显示：使用lcd1602液晶显示屏显示。（4） 越限报警：通过开关量控制。2.2 方案的总体设计一般来说温度控制系统至少由如图2.1中所示的几个模块组成。 其中温度检测元件负责将现场的温度信号转化为

16、电信号。a/d转换器则将电信号转换为数字量并传至控制器。数据处理部分是由控制器cpu来解决的，其中包括了温度的计算和温度的控制。温度显示在本次设计中是由lcd1602来完成的。2.3 元件的选择2.3.1 传感元件的选择及介绍本次设计系统的测温范围为0120，在实际的场合下，系统对于温度的精度要求较高，综合给个方面的因素，本次设计选择热敏电阻作为温度传感元件。热敏电阻器的种类和型号较多，大致分为正温度系数热敏电阻器（ptc）和负温度系数热敏电阻器（ntc）。选哪一种热敏电阻器，应根据系统的具体要求而定。正温度系数热敏电阻器（ptc）一般用于电冰箱压缩机起动电路、彩色显像管消磁电路、电动机过电流

17、过热保护电路、限流电路及恒温电加热电路。压缩机起动电路中常用的热敏电阻器有mz-01、mz-04系列、mz81系列、mz91系列、mz92系列和mz93系列等。可以根据不同类型压缩机来选用适合它起动的热敏电阻器，以达到最好的起动效果。彩色电视机、电脑显示器上使用的消磁热敏电阻器有mz71mz75系列。可根据电视机、显示器的工作电压（220v或110v）、工作电流及消磁线圈的规格等，选用标称阻值、最大起始电流、最大工作电压等参数均符合要求的消磁热敏电阻器。限流用小功率ptc热敏电阻器有mz2amz2d系列、mz21系列，电动机过热保护用ptc热敏电阻器有mz61系列，应选用标称阻值、开关温度、工

18、作电流及耗散功率等参数符合应用电路要求的型号3。负温度系数热敏电阻器（ntc）一般用于各种电子产品中作微波功率测量、温度检测、温度补偿、温度控制及稳压用，选用时应根据应用电路的需要选择合适的类型及型号。常用的温度检测用ntc热敏电阻器有mf53系列和mf57系列，每个系列又有多种型号（同一类型、不同型号的ntc热敏电阻器，标准阻值也不相同）可供选择。常用的稳压用ntc热敏电阻器有mf21系列、rr827系列等，可根据应用电路设计的基准电压值来选用热敏电阻器稳压值及工作电流。常用的温度补偿、温度控制用ntc热敏电阻器有mf11mf17系列。常用的测温及温度控制用ntc热敏电阻器有mf51系列、m

19、f52系列、mf54系列、mf55系列、mf61系、mf91mf96系列、mf111系列等多种。mf52系列、mf111系列的ntc热敏电阻器适用于-80+200温度范围内的测温与控温电路。mf51系列、mf91-mf96系列的ntc热敏电阻器适用于300以下的测温与控温电路。mf54 系列、mf55系列的ntc热敏电阻器适用于125以下的测温与控温电路。mf61 系列、mf92系列的ntc热敏电阻器适用于300以上的测温与控温电路。选用温度控制热敏电阻器时，应注意ntc热敏电阻器的温度控制范围是否符合应用电路的要求4。从以上的信息可以看出，ntc热敏电阻更适合干式变压器温度控制系统在系列如此

20、多的ntc热敏电阻中，本次设计选用了5k热敏电阻作为最终的检测元件。5k热敏电阻具有以下一些优点：（1） 测量精度高。（2） 体积小、反应速度快。（3） 能长时间稳定工作。（4） 互换性、一致性好。（5） 测温范围-10+200。2.3.2 a/d转换芯片的选择及介绍a/d转换器的种类很多，根据转换原理可以分为逐次逼近式、双积分式、并行式及计数器式。其中逐次逼近式和双积分式a/d转换器应用较普遍。衡量a/d性能的主要参数是：l 分辨率，即输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值。l 满刻度误差，即输出全1时输入电压与理想输入量之差。l 转换速率。l 转换精度l 是否可方便地与cp

21、u接口。考虑到单片机的i/o口有限，再加之温度显示需要一些i/o口，本次设计并没有选用最常用的ad0809，而是使用了pcf8591。这样单片机的外围电路就可以有效的简化。pcf8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit cmos数据获取器件。如图2.2所示，pcf8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行ic总线接口。pcf8591的3个地址引脚a0，a1和a2可用于硬件地址编程，允许在同个ic总线上接入8个pcf8591器件，而无需额外的硬件。在pcf8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向ic总线以串行的方式进行传输。pcf8591的功能包括多路模拟输

22、入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。pcf8591的最大转化速率由ic总线的最大速率决定5。pcf8591特性： l 单独供电 l pcf8591的操作电压范围2.5v-6v l 低待机电流l 通过ic总线串行输入/输出 。l pcf8591通过3个硬件地址引脚寻址。 l pcf8591的采样率由ic总线速率决定。 l 4个模拟输入可编程为单端型或差分输入。 l 自动增量频道选择 。l pcf8591的模拟电压范围从vss到vdd。 l pcf8591内置跟踪保持电路 。l 8-bit逐次逼近a/d转换器 。 l 通过1路模拟输出实现dac增益。 如图2.3所示，pcf8

23、591的引脚功能如下：l ain0ain3：模拟信号输入端。 l a0a3：引脚地址端。 l vdd、vss：电源端（2.56v） l sda、scl：i2c 总线的数据线、时钟线。 l osc：外部时钟输入端，内部时钟，输出端。 l ext：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时ext接地。 l agnd：模拟信号地。 l aout：d/a 转换输出端。 l vref：基准电源端5。2.3.3 单片机的选择及介绍本次设计的单片机选用的是at89c52，它是一种低电压、高性能cmos8位单片机，具有8k在系统可编程flash 存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c5

24、1产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu 和在系统可编程flash，使at89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案6。 at89c52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89c52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，

25、ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止7。 at89c52的外部引脚如图2.4所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、8279要低，所以说用它是很经济的。该芯片具有如下功能：有1个专用的键盘/显示接口；有1个全双工异步串行通信接口；有2个16位定时/计数器。这样，1个89c52，承担了3个专用接口芯片的工作；不仅使成本大大下降，而且优化了硬件结构和软件设计，给用户带来许多方便。89c52有40个引脚，有32个输入端口（i/o），有2个读写口线，可以反复插除。所以可以降低成本。 at89c52单片机主要特征：（1） 兼容mcs-51指令系

26、统（2） 32个可编程i/o口线 （3） 3个16位可编程定时/计数器（4） 全双工uart串行中断口线（5） 8个中断源（6） 中断唤醒省电模式、（7） 看门狗（wdt）电路（8） 灵活的isp字节和分页编程 （9） 4k可反复擦写(1000次）isp flash rom （10） 4.5-5.5v工作电压（11） 时钟频率0-33mhz （12） 128x8bit内部ram（13） 低功耗空闲和省电模式（14） 3级加密位（15） 软件设置空闲和省电功能（16） 双数据寄存器指针（17） 全双工uart串行通道如图2.4，at89c52单片机管脚说明，l vcc：供电电压。l gnd：接地

27、。l p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。l p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 引脚号第二功能如下：（1）p1.0 t2（

28、定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出（2）p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）（3）p1.5 mosi（在系统编程用）（4）p1.6 miso（在系统编程用）（5）p1.7 sck（在系统编程用）l p2口：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。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势

29、，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 l p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个ttl逻辑电平。对p3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因将输出电流（iil）。p3口亦作为at89c52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。如下所示：引脚号第二功能（1）p3.0 rxd（串行输入口）（2）p3.1 txd（串行输出口）

30、（3）p3.2 /int0（外部中断0）（4）p3.3 /int1（外部中断1）（5）p3.4 t0（记时器0外部输入）（6）p3.5 t1（记时器1外部输入）（7）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）（8）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）（9）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。l rst：复位输入。晶振工作时，rst脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下，复位高电平有效。l ale/prog：地址锁存控制信号（ale

31、）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作将无效。这一位置“1”，ale 仅在执行movx 或movc指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。这个ale 使能标志位（地址为8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。l /psen：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

32、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。l /ea/vpp：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）。l xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。l xtal2：来自反向振荡器的输出。mcs-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64k寻址。程序存储器：如果ea引脚接地，程序读取只从外部

33、存储器开始。对于89c52，如果ea接vcc，程序读写先从内部存储器（地址为0000h1fffh）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000hffffh。数据存储器：at89c52有256字节片内数据存储器。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7fh的地址时，寻址方式决定cpu访问高128字节ram还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（sfr）。l 晶振特性at89c52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，xtal1和xtal2分 别是放大器的输入、输出端。从外部时钟源驱动器件的话，x

34、tal2可以不接，而从xtal1接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。l 空闲模式在空闲工作模式下，cpu处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上ram和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部ram，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不

35、应该是写端口或外部存储器。l 中断at89c52有6个中断源：两个外部中断（int0和int1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器ie中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。ie还包括一个中断允许总控制位ea，它能一次禁止所有中断。ie.6位是不可用的。对于at89c52，ie.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为at89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器t2con中的tf2和exf2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是tf2或exf2激活中断，标志位也必

36、须由软件清0。定时器0和定时器1标志位tf0和tf1在计数溢出的那个周期的s5p2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位tf2在计数溢出的那个周期的s2p2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来7。 2.4.4 显示模块lcd1602介绍字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式lcd，市面上字符液晶绝大多数是基于hd44780液晶芯片，hd44780是带西文字库的液晶显示控制器，用户只需要向hd44780送ascii的字符码，hd44780就按照内置的rom点阵发生器自动在lcd液晶显示器上显示出来。所以，hd44780主要适用于显示西文asci

37、i字符内容的液晶显示8。1602字符型lcd能够同时显示16*2即32个字符（16列2行）。其内置192种字符（160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符），具有64个字节的自定义字符ram，可自定义8个5*8点阵字符或4个5*11点阵字符8。1602通常有14条引脚线或16条引脚线两种，多出来的2条线是背光电源线和地线，带背光的比不带背光的略厚，控制原理与14脚的lcd完全一样，是否带背光在应用中并无差别。本设计中采用带背光16引脚线的。其主要技术参数为：l 显示容量：162个字符。l 芯片工作电压：4.5-5.5v。l 工作电流：2.0ma(5.0v)。l 模块最佳工作电压：5.0v。

38、l 字符尺寸：2.954.35(wh)mm。lcd1602的16个引脚可参照图2.5，其引脚功能分别为：l vss：电源地(gnd)。l vcc：电源电压(5v)。l v0：lcd驱动电压，液晶显示器对比度调整端。使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。l rs：寄存器选择输入端，选择模块内部寄存器类型信号。rs=0，进行写模块操作时指向指令寄存器，进行读模块操作时指向地址计数器。rs=1，无论进行读操作还是写操作均指向数据寄存器。l r/w：读写控制输入端，选择读/写模块操作信号。r/w=0，读操作；r/w=1，写操作。本设计中只需往lcd里写

39、数据即可，写时序见图2.6。l e：使能信号输入端。读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效l db0db7：数据输入/输出口，单片机与模块之间的数据传送通道。选择4位方式通讯时，不使用db0db3。l bla：背光的正端+5v。l blk：背光的负端0v8。1602模块内部主要由lcd显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。控制器接受来自mpu的指令和数据，控制着整个模块的工作。主要由显示数据缓冲区ddram，字符发生器cgrom，字符发生器cgram，指令寄存器ir，地址寄存器dr，忙标志bf，地址计数器ac以及时序发生电路组成。模块通过数据总线db0db7和e、r/w、rs三个输入

40、控制端与mpu接口。这三根控制线按照规定的时序相互协调作用，使控制器通过数据总线接受mpu发来的数据和指令，从cgrom中找到欲显示字符的字符码，送入ddram，在lcd显示屏上与ddram存储单元对应的规定位置显示出该字符。控制器还可以根据mpu的指令，实现字符的显示，闪烁和移位等显示效果。cgrom内提供的是内置字符码，cgram则是供用户存储自定义的点阵图形字符。模块字符在lcd显示屏上的显示位置与该字符的字符代码在显示缓冲区ddram内的存储地址一一对应。lcd1602模块内部具有两个8位寄存器：指令寄存器ir和地址寄存器dr，用户可以通过rs和r/w输入信号的组合选择指定的寄存器，进

41、行相应的操作。表2.1中列出了组合选择方式：表2.1 寄存器选择组合rsr/w操 作00将db0db7的指令代码写入指令寄存器ir中01分别将状态标志bf和地址计数器ac内容读到db7和db6db010将db0db7的数据写入数据寄存器中，模块的内部操作将数据写到ddram或者cgram中的数据送入数据寄存器中11将数据寄存器内的数据读到db0db7，模块的内部操作自动将ddram或者cgram中的数据送入数据寄存器中1602提供了较为丰富的指令设置，通过选择相应的指令设置，用户可以实现多种字符显示样式。下面仅简要介绍本次设计中需要用到的一些指令设置。l 清屏指令 clear display清

42、显示指令将空位字符码20h送入全部ddram地址中，时ddram中的内容全部清除，显示消失，地址计数器ac=0，自动增一模式。显示归位，光标闪烁回到原点(显示屏左上角)，但不改变移位设置模式。清屏指令码见表2.2。表2.2 清屏指令码rsr/wdb7db6db5db4db3db2db1db00000000001l 进入模式设置指令 entry mode set 见表2.3，进入模式设置指令用于设定光标移动方向和整体显示是否移动。表2.3 模式设置指令码rsr/wdb7db6db5db4db3db2db1db000000001i/ds说明：（1） i/d：字符码写入或者读出ddram后ddram

43、地址指针ac变化方向标志。（2）i/d=1，完成一个字符码传送后，ac自动加1。（3）i/d=0，完成一个字符码传送后，ac自动减1。 （4）s：显示移位标志。（5）s=1，完成一个字符码传送后显示屏整体向右(i/d=0)或向左(i/d=1)移位。（6）s=0，完成一个字符码传送后显示屏不移动。l 显示开关控制指令 display on/off control 指令码见表2.4，该指令功能为控制整体显示开关，光标显示开关和光标闪烁开关。表2.4 显示开关控制指令码rsr/wdb7db6db5db4db3db2db1db00000001dcb说明：（1）d：显示开/关标志。d=1，开显示；d=0

44、，关显示。关显示后，显示数据仍保持在ddram中，开显示即可再现。（2）c：光标显示控制标志。c=1，光标显示；c=0，光标不显示。不显示光标并不影响模块其他显示功能。显示5*8点阵字体时，光标在第八行显示；显示5*10点阵字符时，光标在第11行显示。 （3）b：闪烁显示控制标志。b=1，光标所在位置会交替显示全黑点阵和显示字符，产生闪烁效果；b=0，光标不闪烁。l 功能设置指令function set 功能设置指令用于设置接口数据位数，显示行数以及字形。指令码见表2.5。表2.5 功能设置指令码rsr/wdb7db6db5db4db3db2db1db000001dlnf*说明：（1）dl：数

45、据接口宽度标志。dl=1，8位数据总线db7db0；dl=0，4位数据总线db7db4，db3db0不使用，此方式传送数据需分两次进行。（2）n：显示行数标志。n=0，显示一行；n=1，显示两行。（3）f：显示字符点阵字体标志。f=0，显示5*7点阵字符；f=1，显示5*10点阵字符。1602模块内部设有上电自动复位电路，当外加电源电压超过+4.5v时，自动对模块进行初始化操作，将模块设置为默认的显示工作状态。初始化大约持续10ms左右。初始化进行的指令操作为：l 清显示l 功能显示dl=1：8位数据接口。n=0：显示一行。f=0：显示5*8点阵字符字体。l 显示开/关控制d=0：关显示。c=

46、0：不显示光标。b=0：光标不闪烁。l 输入模式设置i/d=1：ac自动增一。s=0：显示不移位。但是需要特别注意的是，倘若供电电源达不到要求，模块内部复位电路无法正常工作，上电复位初始化就会失败。因此，最好在系统初始化时通过指令设置对模块进行手动初始化8。3 干式变压器温度控制系统硬件设计干式变压器温度控制系统由温度预置、温度测量和输出控制三部分组成，如图3.1所示。具体包括89c52单片机、温度传感器、ad转换器、键盘及显示电路、报警控制电路等该温度测系统是以at89c52单片机为核心，由温度传感器、a/d转换器以及外围电路组成。温度预置通过可变电压05v经a/d转换器来模拟0100。温度

47、测量通过热敏电阻得到检测信号，电阻经电路转化成05v的电压信号，该信号通过a/d转换器转换后送到单片机进行数据处理。报警电路可以使用89c52单片机的一个引脚，输出控制。当变压器绕组的温度超过给定的上限时，置此引脚为低电平，此时蜂鸣器发出声音提示报警。3.1 单片机外围电路首先对控制器89c52的端口p1.1和p1.2定义为pcf8591的scl和sda，即通过这两个引脚完成pcf8591与控制器之间串行通信。将p2口作为液晶显示屏lcd1602的数据输入口。定义端口p3.0为报警控制端口。如图3.2所示，单片机at89c52的外围电路大致可分为p0口上拉电阻、时钟电路、复位电路等。 下面本文

48、对这几部分进行详细的分析。 3.1.1 p0口上拉电阻原理p0口为什么要上拉电阻，这是与它的内部接口和外接电路紧密相关的。具体的原理如下：（1）当ttl电路驱动coms电路时，如果ttl电路输出的高电平低于coms电路的最低高电平（一般为3.5v）这时就需要在ttl的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。（2）oc门电路必须加上拉电阻，才能使用。（3）为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。（4）在coms芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。（5）芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。（6）提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。（7