基于单片机的变压器油温监测装置[设计、开题、综述]

1、BI YE SHE JI（二零届）基于单片机的变压器油温监测装置所在学院5专业班级测控技术与仪器学号职称学生姓名 指导教师本文设汁了一种变压器温度监测系统，对油浸式变压器进行温度监测，以保 证变压器安全运行。变压器温度监测系统以PIC16C924单片机为核心构成监测系统。实现对多点 温度采集、监测和显示、报警等功能。系统由热电阻传感器、信号采集与调理电 路、A/D转换电路构成信号的输入通道，用于采集变压器内部的油温信号。然后 将温度值与设定的温度上限值进行比较，判定是否超过上限温度，若是则启动报 警功能，不是就送LED显示当前温度。使用者可以通过所显示的温度来观察变 压器内部的温度情况，了解容

2、易发生故障的地方，以达到监测的目的。本文设计 完成了系统软硬件设计，并提出了一种适用于中小型变压器的故障监测系统。关键词：变压器，PIC16C924,油温监测Monitoring equipment of transformer oil temperature basedon MCUAbstractThis paper introduces the design of transfonner temperature monitoring system, for oil-inimersed transformer process temperature monitoring, to ensure

3、 the transfonner for safe operation.Transformer temperature monitoring system based on PIC16C924 MCU as the core monitoring system. To achieve several points temperature collecting, monitoring and display, alann and so on. System is consist of Thermal Resistive Sensors, signa! collection and signal

4、conditioning circuit, AD converter circuit to be the signal input channel, used to collect the signal of transformer internal oil teinpernture. Then will use tern penUure coin pared with setting maximum umber, judge it whether over the limit temperature, if true start alarm function, if not use the

5、LED display the current temperature. Users can through the shown teinperature to observe teinperature condition of transformer inner, to know where prone to fault, in order to achieve the purpose of monitoring. This paper design completed the system hardware and software design, and put forward a su

6、itable for small and medium-sized transfonner fault monitoring system.Keywords: transformer PIC16C924, oil temperature monitoring目录IIIAbstract1绪论1课题的来源1.2国内外的研究现状1.3研究内容、难点1.4预期达到的U标2变压器2.1常见的变压器种类2.2变压器的发热2.3变压器的在线监测及其方法3基于单片机的变压器油温控制系统的硬件选型3.1控制芯片的选型3.1.1 AT8951系列单片机3.1.2 AVR系列单片机3.1.3 PIC单片机3.2温度

7、传感器的选型3.2.1热电偶温度传感器3.2.2热电阻温度传感器3.3显示部分的选型4电路设计4.1总体分析设计4.2温度监测电路设计4.3报警电路设计4.4按键接口设计4.5显示电路设计4.6整体电路图5系统的软件设计5.1软件设计简介5.2系统主程序流程图5.3初始化程序5.4延时子程序5.5标度变换子程序5.6数码管显示子程序IV1012121213131516171717181919205215.7修改报警上限程序 结论参考文献致谢附录附图1附录图22223252626275基于乳片机的变压器油温检测装s1绪论1.1课题的来源大型变压器在输变电系统中起到的作用极其重要，其是否能安全稳定

8、运行 将影响到供电可靠性和系统的正常运行。所以对变压器的性能进行在线监测就 具有非常重要的意义，这样能通过监测设备及时发现电气设备的安全隐患以防 止事故的发生山現变压器过热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高，统计表明基于过 热性故障所占的比例最大，因此研究变压器的过热故障具有很大的实用价值。 设计基于温度场的变压器油温在线监测系统，为探寻温度变化规律奠定基础。变压器油温热点温度过高，不仅影响其实用寿命，还会对变压器的安全运 行造成威胁。所以变压器油温是变压器安全运行的一项重要因素。温度收到变 压器所带负荷以及环境温度等因素的影响。两者都是随机变化的，所以变压器 运行时油温是一个变化量。所以

9、在线监测变压器油温对早期的变压器故障诊断 就显得十分重要，但变压器的结构复杂，影响因素较多，使得在线监测存在较 大的难度。过去一半采用间接的模拟测量方法，但这种方法准确性和实时性差。 因此，准确的测量油温，尤其是热点温度就非常重要|4习。本文提出了一种适于中小型油浸式变压器在线监测与故障诊断的装置，装 置以单片机为核心，配以外H测量和控制电路，能实时检测变压器油箱内绝缘 油的温度，并将检测结果通过通讯接口送至上位机。1.2国内外的研究现状刘资香从变压器生产设计及其标准对油浸式变压器温升概念和温升异常进 行分析，首先区分变压器温度的变化是否属于正常范H，在这个基础上再分析 变压器故障的原因。然后

10、对变压器进行监测时，就可以迅速査处变压器故障部 位，回复正常运行同。麻扶波，漆志佳基于现有机车主变压器风机控制方式的不足之处，提出了 加装变圧器油温监控系统的改进方案，并说明了该系统的硬件结构和程序控制 流程，阐述了系统在可靠性方面所做的工作I习。吴锦水利用单片机加智能仪表的方案，实现变压器温度远距离显示，节省 大量的资金和人力。选择单片机加智能仪表的解决方案，可方便地实现在中控 室实现对升压站中的变压器温度远程巡检，节省了大量的资金和人力向。马少华、刘作利等提出了一种新型油浸式变压器油箱内部故障在线监测与 保护装置。该装置以PICI8FXX系列单片机作为测量和控制核心，利用其自带 的CCP功

11、能模块和A/D转换功能模块以及CAN总线模块，扩展了少量的外W 电路，实现了对变压器油箱内绝缘油的高度和温度的在线监测与故障保护。测 量结果通过CAN总线传送给上位机。采用电容法间接测量油箱内的油面高度, 采用温敬元件测量变压器绝缘油的温度，具有成本低、可靠性高、结构简单等 特点，特别适用于普通的中、小型变压器中。刘俊将计算机技术与测量控制技术结合，所组成的智能仪表在生产中得到 了广泛的应用。智能仪表自身带有微处理器，在结构上自成一体能独立进行测 试，使用灵活方便，仪表的功能主要山系统软件决定。在智能仪表中移植嵌入 式实时操作系统使得仪表的功能更加灵活，并且使软件开发变得规范、容易测 试，有利

12、于实现模块化编程和缩短开发周期I叫吴胜华、干敬梁分析了山MSP430F14X单片机和其它外H电路构成的三相 干式变压器温度监控装置的工作原理、软件流程和抗干扰措施，并给出了使用 的软硬件和软件流程图19】。许瑾娜介绍了 89c51单片机温控系统的电路设计、软件设计以及其主要功 能。将89c51单片机与线性度&好的温度传感器PtlOO有机结合，是变压器温 度控制系统的一个突破，系统结构简单，从而降低了整体成本，该系统可满足 电力系统对于变压器运行安全性的要求，功耗低、使用方便，具有广泛的应用 前景叫钱苏翔、许聚武针对变压器监测系统在实时性、可靠性方面的要求，以及 油浸式变压器发生故障时产生不同的

13、热效应，从而产生相应位置的温度异常升 高的问题，讨论了基于嵌入式技术的大型变压器温度监测和故障诊断系统，并 且详细的介绍了基于单片机控制的油浸式变压器温度采集电路设计。实践结果 证明，该系统具有实时性强、可靠性高、运行成本低等一系列优点，对大型油 浸式变压器运行状态的实时温度监测和故障诊断而言，具有较广阔的应用前景 11113研究内容、难点1)研究内容(1) 分析大型变压器状态监测与故障诊断的研究现状，了解其发展趋势。(2) 了解儿种单片机的工作原理，选择合适的单片机。(3) 完成基于单片机控制的变压器在线温度监测装置的设汁。变压器过热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高，具统计表明基于 过

14、热性故障所占的比例最大，因此研究变压器的过热故障有很大的实用价值。设讣基于温度场的变压器油温在线监测系统，探寻温度变化规律奠定基础。2)研究难点难点是热点位置的不确定性和热点产生机理的复杂性。近些年来，国内外 学者已在直接测量和间接测量两方面取得了卓有成效的研究工作。直接测量是 把测温元件埋置在绕组最热点处，或采取多点埋置。仅适合于出厂前的变压器 采用，而对运行状态的变压器则受到很大限制。另外，绕组热点位置的不确定 性，也会引起测量误差。然后根据国际电工技术委员会制定并应用于实际中的 il算绕组热点公式汁算。间接监测绕组热点不失为一种实用方法。基于负载导 热计算热点公式确定绕组热点具有一定的准

15、确性，采集油底或顶层油温，实时 监测变压器绕组热点温度汕1。1.4预期达到的目标设汁一种变压器在线温度监测系统，可以实时在线监测、记录变压器内温 度点的数据，为变压器的维护和检修提供依据，实现了如下功能：(2)(3)(4)(1) 通过对变压器连续温度监测，实现故障的早期预测，防患于未然； 当发生故障时，提供报警并准确确定故障点位置，指导检修工作； 对变压器多点温度进行测量并加以显示； 系统能够安全稳定可靠的运行。52变压器2.1常见的变压器种类变压器是一种利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，主要构件时初级 线圈、次级线圈和铁心。在电器设备和无线电路中，用作升降电压、匹配阻抗、 安全隔离等用途

16、。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔 离；稳压;自耦变压器；高压变压器等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C 型铁芯，XED型，ED型CD型。变压器工作原理：变压器是变换交流电压、 电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生 交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)I怙13。常用变压器的种类及特点一般常用变压器的分类可归纳如下：(1) 按相数分：A.单相变压器：用于单相负荷。B.三相变压器：用于三相系 统的升、降电压。(2) 按冷却方式分：A.干式变压器：依靠空气对流进行冷却。B.油浸式变 压器：依需油作冷却介质，如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷等。

17、(3) 按用途分:A.电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。B.仪用变压 器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护器。C.试验变压器: 能产生高压，对电气设备进行高压试验。D.特种变压器：如电炉变压器、整流 变压器、调整变压器等。(4) 按绕组形式分:A.双绕组变压器:用于连接电力系统中的两个电压等级。 B.三绕组变压器：用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。C自耦变 电器：用于连接不同电压的电力系统。(5) 按铁芯形式分：A.芯式变压器：用于高压的电力变压器。B.非晶合金 变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料制作的，空载电流下降约80%, 特别适用于农村电网和发展中

18、地区等负载率较低的地方。C.壳式变压器：用于 大电流的特殊变压器，或用于电子仪器及电视电源变压器2.2变压器的发热变压器的发热：变压器的发热过程，在变压器运行时铁心、绕组和金属构 建均会发生损耗，这些损耗就会产生热量并组成发热源，然后向外界散发热量, 当散热速度或者冷却效果差时，就单位面积的热负荷而言，虽然仍在正常范围, 但会山于局部过热而导致异常卩讥一般问题有以下儿类：(1) 绕组油道堵塞当扁线绞编和匝绝缘包扎不紧或者因震动引发绕组导体松动时，会到时采 用换位导线的油浸变压器发生“涨包”，导致段间油道堵塞、油流不畅，匝绝缘 得不到充分冷却，致使老化发黃、变脆，在长期电磁振动下脱落，形成匝间短

19、 路，导致变压器烧毁卩讥(2) 冷却装置风道堵塞A长期运行的变压器，山于冷却装置缺少维护和清理，是的散热管堆积物 太多引起风道堵塞，致使散热效率降低。B冷却器的冷却容量不足或错误操作将电源反接或风扇设定值错误，造成 顶层油温过高。C由于水冷却器铜管开裂或冷却器密封不佳，在油泵的抽力下导致变压器 上端呈负压状态，变压器进水引发故障。(3) 漏硅胶使油循环不罠山于净油器过滤不严密，经过长久运行使硅胶大量进入邮箱，阻挡了油的 循环通路，使变压器过热。(4) 异常运行或诱发因素引起的过热当变压器的运行条件与设计时所依据的性能参数标注不同时会导致性能改 变，引起变压器故障发热2.3变压器的在线监测及其方

20、法变压器的在线监测打破了以往收集变压器信息的局限性。传统搜集变压器 的状态信息的方法是外观检査、理化、高压电气实验和继电保护。这些传统方 法实时性差，即只能再事故后才能获得状态信息。与现代化维护发展趋势不符 合。随着变圧器现代维护技术的发展，出现了状态监测。他打破了传统搜集变 压器信息的局限性。采取在线监测，可以即时连续记录各种影响变压器寿命的 相关数据，对这些数拯的自动化处理可及早发现故障隐患，实现了基本的状态 维护冋。国内外应用了各种在线监测装置和方法相继投入到电网和变电站，在实践 中积累了更多的经验促使了在线技术的不断成熟。变压器在线监测技术的优点是以微处理技术为核心，具有标准程序软件，

21、 融合了传感器技术、数据收集技术、通信技术和现代分析功能组装成一体，弥 补了常规装置和方法的不足。变压器在线监测技术能共及时的捕捉故障的预兆 信息，不仅能够防止故障向严重方向的发展，而且还能将故障损失减到到最轻 的程度。对绕组热点温度的变压器在线监测有以下儿种方式：(1) 利用传感器直接测量绕组温度，在绕组导线附近放置测量温度用的传感 器来监测绕组的温度。这种方法的技术关键决定于传感器的位置布置和数量。(2) 将光纤嵌入到变压器绕组中实时监测绕组的温度变化。当微机接收到信 号时便可显示温度5基于单片机的变压器油温检测装s3基于单片机的变压器油温控制系统的硬件选型3.1控制芯片的选型3.1.1

22、AT8951系列单片机AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机带有4K字节的可反复 擦写的程序存储器和128字节的存取数据存储器。片内含有8位中央处理器和 闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C5I单片机能够被应用到控制领域中。 AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数存 储器，32个I/O 口，2个16位定时/计数器，I个5向量两级中断结构，1个审 行通信口，片内震荡器和时钟电路。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允 许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电 方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁

23、止其它所有部 件的工作直到下一个复位W国。3.1.2 AVR系列单片机AVR系列单片机的特点：1. 简便易学，费用低廉。对于非专业人员来说，选择AVR单片机的最 主要原因，是进入AVR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以 学习AVR单片机的开发。2. 高速、低耗、保密。AVR单片机具有预取指令功能，使得指令可以 在一个时钟周期内执行，有多累加器型，数拯处理速度快。AVR单片机具 有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行，中断响 应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。3.1/0 口功能强，具有A/D转换等电路。AVR单片机的I/O 口是真正的

24、 I/O 口，能正确反映I/O 口输入/输出的真实情况AVR单片机内带模拟比较 器，I/O 口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。AVR单片机可重 设启动复位，以提高单片机工作的可靠性。并且有看门狗定时器实行安全保 护，防止程序走乱跑,提高了产品的抗干扰能力。4.有功能强大的定时器/计数器及通讯接口 O定时/计数器T/C有8位和 16位，可用作比较器。汁数器外部中断和PWM用作用于控制输出。AVR 单片机有审行异步通讯UART接口,不占定时器和SPI同步传输功能，因而具有高速特性，可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K【）92o1。PIC单片机特点:3.1.3 PIC单片机

25、1. PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积， 是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发 展多种型号来满足不同层次的应用要求。2. 精简指令：IC系列8位CMOS单片机具有 独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离哈佛 总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性， 允许指令码可多于8位的数据位数，这与传统的采 用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的 代码压縮，速度提高4倍。图3. lPIC16c924单片机3. PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指 标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不 尽理想。PIC在推出一款新

26、型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统 III专用的仿真芯片支持，实时性非常好。4. 其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接 与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离。5. 彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔 丝，别人再也无法读出。PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。6. 自带看门狗定时器，可以提高程丿芋运行的可靠性。7. 睡眠和低功耗模式。&它的抗干扰能力很强，价格便宜稳定性高，是开发产品的最佳选择I。PIC16C924单片机是一种低价格、高性能、CMOS、全静态、8位逐次逼近A/D 转换部件、5通道8位高速MD的8位

27、微型控制器。指令总线和数据总线分开的哈佛 结构，可容纳14位指令和8位数据。两级指令流水作业中除程序跳转指令需2个时 钟周期外，其余指令均为单周期指令。PICI6C92还具有减少外部元件、降低成本、 增加系统可靠性和降低功耗等特点。基于上述优点本次设计选择了PIC16C924单 片机122】。3.2温度传感器的选型3.2.1热电偶温度传感器热电偶是一种感温元件，它能将温度信号转换成热电势信号，配合以电气 测量仪表就能测量出被测的温度。热电偶测温的基本原理是热电效应，山两种 不同材料的导体A和B所组成的闭合回路中，当A和B的两个接点处于 不同温度T和To时，回路中就会产生热电势，这就是塞贝克效应

28、。导体A和 B称为热电极，温度较高的一端叫工作端，温度较低的一端叫自山端。热电偶特点是：测量精度高，原因是热电偶直接与被测对象接触，不受中 间介质的影响，测量范广。常用的热电偶从-5O+I6(xrc均可连续测量，某些 特殊热电偶最低可测到-269C(如金铁银制，最高可达+28009(如爲铢)。构造 简单，使用方便。热电偶通常是山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，用起来非常方便卩叭 3.2.2热电阻温度传感器热电阻温度传感器测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增 加这一特性来进行温度测量的。日前较为广泛的热电阻材料为钮、铜、银 等。热电阻温度传感器具有电阻温度系

29、数大、线性好、性能稳定、使用温 度范围宽、加工容易等特点。适用于测量-2o(rc+5o(rc范ffl内的温度。本次设汁温度传感器选择的是PtlOO,这是一种稳定性和线性度都比较好 的钮线热电阻传感器，可以工作在-200-C至850Co该传感器的特点：精度高、 稳定性好、性能可靠。PtlOO传感器是利用釦电阻的阻值随温度变化而变化，并呈一定函数关系的 特性来进行测温，其对应关系如式(3-1)和(3-2)：-2o(rct(rc时，RPtlOO=lO0l+A+B+2+Ct3 (MOO) (3-1)OC0W85(rC时，RPtl00=100 (l+A+B+2)(3-2)式中，A二3.90802x10-

30、3, B=-5.80xl0- =4.2735x10Pt 100温度传感器的主要技术参数如下：测量范-2(xrc+85(rc；允 许偏差值C： A 级土(0.i5 + 0.002|t| ), B 级土(030+0.005 |f| )：热响应 时间v30s,热电阻的最小置入深度N200mm,允通电流W5mA。另外，Pt 100温 度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点卩現5基于爪片机的变压器油温检测装g3.3显示部分的选型一般显示部分主要有LED和LCD两类。本次采取LED显示，比较简单方 便。叵叵叵叵区叵叵叵叵叵也叵 MO4D6237-DS1 P加皿酬皿恥加皿曲加皿一3SEEDS

31、EGDPSEGESEGCS iSETSEGGSEGBSEGFSEGACLK数据显示模块采用MAX7219驱动4个七段LED数码管实现显示功能, 上下限报警功能用两个红色高亮度LED来实现。LMAX7219 简介。MAX7219 是美国显示01。2.MAX7219 的引脚定义。MAX7219 是 24MAXIM公司推出的多功能审行LED显示驱动 芯片。它能够驱动8位七段数码管，采用3线吊 行接口来传输数方便与单片机连接。片内包 括BCD译码器、多路扫描控制电路、段和位驱 动器还有一个8*8的静态RAM,用来存放数码 管要显示的内容。外部只需要接一个电阻就可以 设置所以的LED显示器字段电流。允许

32、使用者 对每位选择采用BCD译码方式显示或者不译码图 3.2MAX7221 芯片脚 DIP (Dual In Line) / (Smail Outline)封装。引脚功能如表 3-1 所示:表3-1MAX7219引脚功能表引脚名称功能1DIN吊行数据输入，数据在CLK的上升沿载入内部16 为寄存器。2,3,5-&10J1DIG 0-DIG78位驱动数据线，从显示器共阴极吸收电流，MAX7219关闭时将位输出上拉至V+； MAX7221 关闭时，其他驱动为筒阻状态。4.9GND地（两个GND引脚必须连接在一起）。12LOAD(MAX7221)装载数据输入，吊行数据的最后16位在LOAD的 上升沿

33、锁存。(MAX722I)片选输入，当 为低时，吊行数据输入移位寄存器， 吊行数据的最后16为在厉的上升沿所存。13CLK吊行时钟输入，最大数据率为lOMHz,在CLK的 上升沿，数据被移入至内部移位寄存器；在CLK 的下降沿，数据从DOUT移出，对于MAX7221,只有厉为低时，CLK输入才有效。1417,20-23SEG A-SEGG,DP7段驱动和小数点驱动，为显示器提供电流。对于 MAX7219,段驱动器关闭时，驱动端被拉至GND； MAX7221在关闭状态下将段驱动器置为高阻态。18ISET通过一个电阻(Rset)连接至VDD,设置峰值段电流 (参见选择Rest电阻及使用外部驱动器部分

34、)。19V+正电压电压，连接至+5V。24DOUT吊行数据输出，DIN输入数据经过16.5个时钟周 期后在DOUT端有效，该引脚用于菊链接多片 MAX7219/MAX7221,从不处于高阻态3.MAX7219数据接收原理。如表32所示，前8位是选择7219内部寄存 器地址，后8位是指令或者数据的内容，高位(MSB)在前，低位(LSB)在 后。表3-2 $行数据格式D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2DID0XXXXADDRESSMSBDATALSB5基于爪片机的变压器油温检测装g4电路设计41总体分析设计该系统以PIC16C924单片机为该检测系统的控制核心，实

35、现对8点温度 的采集、检测、控制、显示以及报警功能等。系统由热电阻传感器、放大电路、 信号调理电路构成输出通道，用于采集变压器内的温度信号。热电阻传感器选 用PTIOO,采集到的信号经过放大电路和调理电路输入到单片机上山单片机自 带的A/D转换经过处理将数字信号输送到单片机控制部分，将检测到的温度值 与设定的报警温度值相比较，判定设备是否处于正常工作范W，如果不是则启 动报警功能，是的话就通过MAX72I9芯片驱动LED显示温度值。当温度值超 过正常工作范m时，单片机可以通过继电器的吸合和关断，以达到控制的目的。 系统的硬件框图如4-1所示厲】。信调电HC16C9245图4-1系统的硬件结构框

36、图该系统主要包括控制器单片机、温度检测模块、控制模块、人机对话（显 示/报警）4个上要部分。4.2温度监测电路设计图4温度测量电路原理图ur1_1_t 1-4H4 -该温度监测电路时采用PT100作为温度敬感元件，然后加上调理电路作为 信号的输入端。一般传感器输出信号都比较弱，所以电路中设置了多个放大器 用以放大信号，VCC端的LM336用以稳压和去除干扰。4.3报警电路设计nrHu IARA I I 1111v,V：A*图4.2报警电路原理图本系统中用RA4和RA5端口驱动两个商亮度的红色LED来进行上线报警 功能。在设计LED驱动电路时，通常要考虑芯片引脚的驱动电流大小。 PIC16C92

37、4有高达25mA的灌电流/拉电流，故可以直接驱动LED。4.4按键接口设计系统中共用到了4个按键，用来设定或者修改温度的报警值。由于按键较 少，这里采用独立式键盘结构形式。与按键相连的键盘接口 RBORB3呈输入 状态，无按下时，从键盘接口读取的数据为“1”；有按下时，与该键相连的键 盘接口读取的数据为“0”。U前键盘一般采用机械式触点，山于机械式触点具有弹性作用，在按键闭 以及断开的瞬间均会产生抖动现象。抖动时间长短与按键的机械特性有关，一 般为5msl0mso按键时产生的抖动会引起一次按键被多次识别的后果。考虑到 硬件去会增加硬件成品，所以系统采用了软件措施，即通关软件延时来消除按 键抖动

38、。具体方法：在检测到有键按下时，会执行一个为时10ms的延时程序,基于单片机的变压器油温检测装s然后再判定与该键相对应的电平信号是否仍然保持闭合状态。如果是，则确认 有键按下，否则就没有，同理于按键松开时。图4.3按键接口原理图4.5显示电路设计4.4显示电路原理图该电路山MAX7219驱动4个7段数码管的接口。其中CLK, LOAD, DIN 分别接至单片机的RC3, RC4, RC5o条件比较恶劣的现场，干扰可能通过3 根信号线串入显示电路，这样会造成数码管显示不稳定。所以，在电路的3根 信号线上对地分别接入一个22pF的陶瓷电容，以消除环境干扰引入的尖脉冲。 为了减小尖峰位的驱动电流所带

39、来的电源波动，在V+和GND之间再接入一个 OIjjF的瓷片电容和一个lOpF的电解电容。除此之外还得注意对于MAX7219, 连接到V+和ISET端的电阻Rset可对数码管亮度进行调节，阻值约为10辺。4.6整体电路图4.5整体电路原理图该装置完成了对变压器油温的检测，将温度值用数码管显示出来，并可通 过按键设定上限报警值。整个装置分为温度监测、A/D转换、显示和报警、报 警上限值的设定与修改4个功能126】。55系统的软件设计5.1软件设计简介对于单片机的软件编程，目前主要适用的是汇编语言和C语言，汇编语言 是面向机器的程序设计语言。汇编语言作为一门程序语言，对应于高级语言的 编译器，需要

40、一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。 在汇编语言的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令， 已经类同于高级语言。但是汇编语言像机器指令一样，是硬件操作的控制信息, 仍然是面向机器的语言，使用起来还是比较繁琐费时通用性也差。C语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，乂具有汇编 语言的特点。它既可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作 为应用程序设计语言，编写不依赖汁算机硬件的应用程序。因此，它的应用范 ffl广泛。主要有以下特点：(1) 功能强大。C语言功能强大，其既可以用于书写系统软件，也可用于 书写应用软件。(2) 移植性强。C语言

41、程序移植只需要做少量改动，其至不需改动就可以 其他计算机上运行。(3) 是主流的程序语言之一。(5)(6)(7)(8)(4) 是模块化、结构化的程序设汁语言。C语言的源程序是山一系列的函 数组成，它的模块化、结构化特性使其可以满足现代程序设计需要。有着丰富的运算符和数据类型，可以满足各种程序设计需要。语法简单、灵活，实用方便。允许直接访问物理地址，具有一定的低级语言特性。程序生成的U标代码质量高，执行率高。正式基于上述诸多优点，所以本次设计采用C语言的开发环境I刃。5.2系统主程序流程图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。以及调用各模块程序，完成模块的衔接，

42、以达到设计的功能流程图 如下图5.1所示基于爪片机的变圧器油温检测装g主程序图5-1主程序流程图5.3初始化程序初始化程序完成对PIC16C924输入输出端口的初始化、定时器初始化和对 MAX7219的初始化。PIC16C924的初始化只要是设汁I/O端口工作模式。 MAX7219的初始化主要包括设置显示位数、显示亮度、译码方式、选择工作模 式。流程图如图52所示。初赠化子程序置RAO输入 RM和RX5 输出輸Z RC输出设蚤报嚳上限初始值tHm2i g初始化:选择蟲示位数.蟲示宪度译码方式，正常工作;才式图52初始化子程序流程图5.4延时子程序该系统的软件部分用到了 10ms和500ms延时

43、，均用TIMER0来实现，子 程序流程图如5.3所示。15s定时功能采用循环调用500ms的中断服务程序来实 现,其中500ms中断用TIMERI来实现，流程图如图5.4所示。皿ER0延时子程 序濟溢岀标吉TIMER0裝入初值启动计时F=：耙 M_c oimt- 1A-检测谥出掠志$返回正常.4(中断返町图5,3 10ms延时子程序图图5.4 500ms延时子程序图5.5标度变换子程序PIC16C924的A/D转换为10位精度，其转换结果范ffl为0-1023.W为需要 显示的范ffl(rc-2o(rc,实现步骤：(1) 去尾：考虎到本设计温度值只显示到个位数，精度要求不高，可将1 位A/D转

44、换结果的最后两位忽略，所以只需读取寄存器ADDRESH中的前8位 数据。(2) 移位叠加：经过去尾处理后，标度变换就简化成0-255到0-200的转 换问题了。即只要将255除以1.275即可完成线性变换，但单片机没有乘法和 除法指令，所以用左移和右移来代替，可以用下面的(5-1)计算方法来实现：NN N N1一 a0.7843N = + 厶+ ：reO7813N(5-1)1.2752 2 2该除法可将被除数N分别右移1、2、5位，然后相互叠加来实现。图5,5标度变换子程序5.6数码管显示子程序数码管显示设计是让系统能够正常的显示所测量的温度，以及设定的报警 值，完成PICI6C924和721

45、9之间的通侑忆叭 流程图如下5.7所示图5.6显示数码管子程序流程图5.7修改报警上限程序按下K1键，修改上限值，再次按下K1键表示修改完毕，在修改上限值报 警值过程中，若两次按键时间间隔超过15s,则认为本次修改无效，自动返回 到正常工作状态，从而防止了误操作，提高了系统的可靠性。修改上限值的流 程图如下58所示。5基于单片机的变压器油温检测装s结论本文设计叙述了变压器故障诊断技术的背景意义，并提出了一种适用于中 小型油浸式变压器油温在线监测装置，该装置以单片机为核心，然后配以外圉 电路，能实时的检测变压器油箱内的绝缘油的温度，在温度出现异常是能够预 警，并能根据测量所显示的温度记录变压器的

46、工作状态，了解变压器容易出故 障的部位。整个系统的硬件主要包括主控制器单片机、温度监测模块、控制模块、人 机对话（显示/报警）模块4个部分。该装置可以实现对8点的温度进行监测， 用通过LED以此对8点温度进行显示,如果认识一点温度超过报警值就会预警, 并同时控制继电器切断电源。整个系统的软件设计仅通过程序流程图的形式进行简单的设计，整个系统 结构紧凑合理简单可靠，操作灵活，性能良好，可以较好的满足设计要求。 但是其中仍然存在缺陷，比如不能直接显示温度波形曲线，是的观察比较抽象, 温度转换存在误差；软件方面只简易的画出流程图并未进行实际设计。设计综合运用了单片机原理、自动控制原理、模拟电子技术、

47、数字控制技术 等多方面的知识。因此，本次设计对于我来说是一次学习一次锻炼，也是一次 寻找不足的过程，让我能在本次设计里学到许多知识。5参考文献1王亚辉，钱东平,王希望，杨世凤.变压器油温在线监测系统J.测控技 术,2005,24(7):66-6&陈磊.浸油变压器油温升计算方法探讨J.河北工业科技,2009,26(1):12-14.3徐明发，张放.大型电力变压器油温的测量与控制J.电气时 代,2007,(10):120-121.4刘资香.油浸式电力变压器温升浅析J.广西电业,2007,(12):151-152.习麻扶波，漆志佳.基于单片机的机车主变压器油温监控系统J.电力机车与城 轨车辆.200

48、6,29(5):28-29,32.6吴锦水.单片机实现变压器温度远程巡检J.科技资讯，2006, (28)： 39-40.7马少华，刘作利，蔡志远等.油浸式变压器在线监测与保护装置J.沈阳工业 大学学报，2006, 28 (4)： 426-429.8刘俊.嵌入式实时操作系统在温度测量系统中的应用研究J.2006, (1-5), 27-29.9吴胜华，干敏梁.基于MSP430F14X单片机的变压器温度测控装置J微型机与 应用；2004 (11) :19-2110许瑾娜.基于89c51单片机的干式变压器温控系统设计J今日科苑；2010 (12)： 47-48UH钱苏翔，许聚武.单片机控制油浸式变压

49、器在线温度监测系统J.电器与仪表 技术，2009, 26 (5)： 13-15.12巫付专，吴必瑞，牟政忠.基于MSP430和光纤传输的变压器温度检测系统J. 变压器，2009, 46 (6)： 53-55.13李广模.变压器油现场再生新工艺北京：航空航天大学出版社，199914王晓莺等.变压器故障与监测M.机械工业出版社,2003.1习钱政，孙焦德，袁克道等.电力变压器绕组热点状态的在线监测技术J.高电 压技术,2003,29(9):26-28.16陈继刚.变压器在线试验与故障诊断技术研究D.优秀硕士学位论文，2003.17刘俊.嵌入式实时操作系统在温度测量系统中的应用研究J1.2006,

50、(1-5), 27-29.18徐仁贵.单片微型计算机应用技术M.北京：机械工业出版社，200119汤庆.基于单片机的粮库温度监测系统设汁D. 200420孙徳银.基于单片机系统的多功能温度仪的研制D. 2006.21窦振中，汪立森.PIC系列单片机应用设汁与实例M.北京：航空航天大学出版 社，2001基于爪片机的变压器油温检测装g22 秦明宏，荻山正生，木村丰著，卢泊英译.PIC单片机基础与传感器应用M 北京：科学出版社，201023 王孝武。现代控制理论基础M.北京：机械工业出版社，199824 罗翼，张宏伟.PIC单片机应用系统开发典型实例系列M.北京：中国电力出版 社，200425卩ia

51、hui Zhang,Xianguo Li, Michael Vance.Experiments and modeling of heat transfer in oil transformer winding with zigzag cooling ductsJ.Department of Mechanical Engineering, University of Waterloo, Waterloo. Ontario, 19 March 200726 L P. Abagyan, A. E. Glushkov, E. A. Gomin, et al. MCU-3 Computer Progra

52、m for Monte Carlo Calculations of the Neutronics of Nuclear Reactors. Vol. 2, Constants, Preprint IAE-5777.5 (1994).27 bpr. At. Nauk. Tekli., Ser. Fiz. Yad. React?MCU-RFFI/a prograin with DCL/MCUDAT-1.0 constants library/ ,No 3, 50-54 (2001).5附录附图1系统总体电路图附录图2主程序系统软件的总流程图文献综述基于单片机的变压器油温监测装置1前言部分(阐明课题

53、的研究背景和意义)变压器过热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高，统计表明基于过 热性故障所占的比例最大，因此研究变压器的过热故障具有很大的实用价值。 设计基于温度场的变压器油温在线监测系统，为探寻温度变化规律奠定基础。变压器油温热点温度过高，不仅影响其实用寿命，还会对变压器的安全运 行造成威胁。所以变压器油温是变压器安全运行的一项重要因素。温度收到变 压器所带负荷以及环境温度等因素的影响。两者都是随机变化的，所以变压器 运行时油温是一个变化量。所以在线监测变压器油温对早期的变压器故障诊断 就显得十分巫要，但变压器的结构复杂，影响因素较多，使得在线监测存在较 大的难度。过去一半采用间接的模拟

54、测量方法，但这种方法准确性和实时性差。 因此，准确的测量油温，尤其是热点温度就非常重要。2主题部分(阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述) 1)变压器变压器是一种利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，主要构件时初级 线圈、次级线圈和铁心。在电器设备和无线电路中，用作升降电压、匹配阻抗、 安全隔离等用途。变压器的功能主要有：电圧变换；电流变换，阻抗变换；隔 离；稳压；自耦变压器；高压变压器等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C 型铁芯，XED型，ED型CD型。变压器工作原理：变压器是变换交流电压、电 流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生交 流磁通

55、，使次级线圈中感应出电压(或电流)匕常用变压器的种类及特点一般常用变压器的分类可归纳如下:(1)按相数分J (1.1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。(1.2)三相 变压器：用于三相系统的升、降电压。(2) 按冷却方武分：(2. 1)干式变压器：依鼎空气对流进行冷却，一般用于局 部照明、电子线路等小容量变压器。(2.2)油浸式变压器：依鼎油作冷却介质、 如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、強迫油循环等。(3) 按用途分:(3. 1)电力变圧器：用于输配电系统的升、降电压。(3.2)仪用变 压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护器。(3.3)试验变 压器：能产生高圧，对电气设备进行高压试验。(3.4)特种变压器：如电炉变压 器、整