智能变压器温度控制器的设计

摘要电力变压器是电力系统中的重要设备。当内部发生故障时，表现为三个线包温度升高。为了保护变压器，保障供电系统的平安，可靠运行，需要对变压器的三个线包温度进行监控，高压时报警，超温时跳闸。智能变压器温度控制器是以8位单片机AT89C51为核心，采用四个PT100传感器，并将其直接插入变压器线组包，对三相温度进行测量和控制，同时对环境温度进行测量和控制。最后将三相绕组温度转换成2-20mA变送信号输出。当风机有故障时，控制器还可以发出故障报警信号和保护信号，以确保变压器和其他设备的平安运行。AT89C51是在MCS-51单片机的根底上精心设计的最新型的高性能八位单片机。AT89C51是一种低损耗，高性能，CMOS八位微处理器，片内有4K字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器。能重复写入/擦除1000万次，数据保存时间为十年。它的通信为串行通信，采用标准的RS-485接口技术。RS-485采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线。相对于RS-232来讲，RS-485总线标准具有很多优点：支持多节点，远距离和接收高灵敏度等。本文主要讲述此种智能控制器的设计原理，工作流程，主程序以及RS-485的通信协议等。关键词：温度控制，温度检测，AT89C51,RS-485标准总线ABSTRACTElectricpowertransformerisanimportantequipmentintheelectricpowersystem.Whenhavingtroubles,itshowsthatthetemperatureofthetransformer,ensurethepowersupply'ssafe,andcredibilityprocessing,itneedscontrolthetransformer'sthreepointstemperature.Whenhightemperature,giveaslip.Theaptitudetransformerandtemperaturecontroller'shardcoreisthesignalchipAT89C51whichis8-bit,usefoursensorsPT100,andputthesensorsintothetransformer'slinegroups,tocontrolandmeasurethethreepointstemperatureandtheenvironmenttemperature.Atlastitwillbeoutwithakindoftransformationsignal,whichisfrom4mvto20mv.Whenfanshavemalfunctions,controllercangivetroublealarmsignalsandprotectsignals,toensuretransformandotherequipment'ssafelyworking.AT89C51isaSCM,whichisshort-wastage,high-powered.AT98C51havea4K-byteextentmemorizer,whichcanwriteagaininline,canlaseredquickly,andwriteorerasure1000times.Itcanstoredatetenyears.ThecommunicationofthiscontrollerisserialandRS-485interfacetechnical.RS-485usethetransceiver,whichisbalancesentanddifferencereceive.ComparedwithRS-232,RS-485hasmanyadvantages.Suchassustainingmanynodes(32nodes),longdistanceandincepthigherdelicacy,andsoon.Thispaperwillintroducethedesignprinciple,workingprecessorandcommunicateagreementofRS-485.KEYWOEDS:temperaturecontrolling,temperaturetesting,AT98C51,RS-485standardcriterionbus目录第1章绪论11.1研究背景1系统概述2论文完成的工作2第2章智能控制器的硬件设计32.1智能控制器的功能及工作原理4功能4工作原理42.1.3技术条件5智能控制器的工作原理图分析6核心局部〔AT89C51〕62.2.2看门狗及掉电保护10测温局部13温度传感器152.2.5温度检测局部16人机交换局部18温度控制局部192.2.8电源局部21第3章软件的设计23软件组成243.2根本功能24程序流程25初始化模块25中断模块28通信模块30通信中断流程图30通信主流程31通信主程序流程图32第4章RS-485现场总线334.1RS-485串行接口标准33第5章结论35参考文献36致谢38附录原理图39附录PT100分度表42附录程序44第1章绪论1.1研究背景电力变压器是电力系统中重要的一次设备，在发、供电企业和用电单位之间起着桥梁作用。变压器在能量的传输和转换过程中，由于个线圈电流的流动和电磁场的存在会产生电能损耗，消耗一局部电能，这局部损耗主要转化为热能，以传导、对流和热辐射的散热方式自发热点向外传递，最终扩散到大气中。这些热能传递在过程中会引起变压器各部位温度不同程度的升高，电力变压器温度与其自身容量、损耗参数、冷却方式、负载大小以及运行环境等密切相关。变压器智能化温度控制器由传感器、单片机温控仪及相应的输出继电器所组成。通过铂电阻测取变压器被测点的温度，经与温度监控仪内部所预设定温度比拟后，输出控制风机继电器触点、超温报警继电器和超温跳闸继电器触点的开合，实现对变压器绕组温度的监控，防止变压器因过热而损坏，保证变压器的设计使用寿命。[1]此智能温度控制器是一台智能化自动化于一体的性能稳定的温度控制器。是利用先进的单片机〔89C51〕进行温度测量和控制的装置。主要用于变压器、电力开关柜、箱式变电站等设备的温度及防过热保护，保护电力设备无人值守时完全可靠运行。有效地解决了过热及故障问题，保障设备平安运行，防止意外事故发生，节约人工本钱，符合自动化的开展趋势。智能变压器温度控制器以先进的单片机为控制核心。采用pt100铂热电阻温度传感器，并将其直接插入变压器绕组线包，对其三相温度和环境温度进行测量和控制，并实现循环数字显示变压器三相绕组温度及最高温度显示，同时输出温度模拟信号〔4～20mA〕，假设传感器断线或短路，控制器将发出传感器故障报警信号，该控制器具备手动开风机及0～255小时定时开风机功能，当变压器跳闸时，具备存储跳闸时的温度的功能，具有RS-485通讯功能，通过MAX3082转换器转化TTL电频信号与RS-485总线电频信号，实现与上位机PC机的交换。技术方案及技术路径设计；硬件原理图、PCB设计；制作及调试； (4)嵌入式软件编程及调试。第2章智能控制器的硬件设计控制器以先进的单片机为控制核心，采用Pt100铂电阻温度传感器，并将其直接插入变压器绕组线包，对三相温度进行测量和控制，同时也对环境温度进行测量和控制，并实现循环数字显示变压器三相绕组温度和一路环境温度。还可通过按键对环境温度进行上下限值设定，对变压器三相温度统一进行4个温度〔风机停温度T1、风机启动温度T2、报警温度T3和跳闸温度T4〕设置和显示，并带有掉电存贮功能。当风机故障时，控制器还可发出故障报警信号保护信号，以确保变压器和其它设备的平安运行。对三相绕组温度测量带4-20mA模拟量输出，可直接送入计算机实现实时监控,可手动启动和停止风机，可255小时定时开风机，可保存变压器断电时的三相温度值〔温度低于80℃不刷新记录〕，可检测传感器断线和短路并发出报警信号。具有RS-485通信功能。2.1智能控制器的功能及工作原理温度控制装置是电力系统必不可少的。智能控制器以AT89C51为核心，是一种先进的温度控制器，它有以下功能：(1)具有三相线包温度的巡回显示和最高温度显示切换功能。(2)可以根据设定的开、关风机温度自动控制风机的开启和关闭，保证变压器在正常温度下平安的工作。当三相线包温度中的最高一相温度超过开风机的设定温度或在手动风机的情况下，风时机开启，同时面板上“风机”指示灯点亮，反之指示灯灭。(3)具有超温报警，跳闸以及故障显示功能。传感器故障时面板上“故障”指示灯会亮，会发出蜂鸣声报警，并通过电源板“故障”输出端输出一个开关信号给远距离控制箱控制声光报警。〔a〕指示灯不同颜色代表不同的含义：黄色——A相绿色——B相红色——C相不亮——故障(b)通过温度显示区显示代码不同，来判断传感器为短路或开路故障；显示区显示：H——开路L——短路(c)传感器一相或两相故障时，只根据好的传感器温度控制信号控制风机，三相都故障时立即翻开风机。[2]变压器温度控制器，带有四路温度传感器，后三路测量并控制变压器三相绕组温度，第一路测量并控制环境温度。对变压器三相绕组温度，采用综合控制的方法，用户可通过键盘设置4级温度门限：T1：风机停温度T2：风机启动温度T3：超温报警温度T4：超高温跳闸温度后三路温度传感器分别插入变压器三相绕组线包，随时采集线包的温度变化信号，将其分别转换为DC4-20mA标准电流信号输出，同时将传感器采集的信号经前级电路处理后进行A/D转换，然后送入单片机，单片机将其转换为对应的温度值后，送数码管循环显示，将最大值Tmax逐次与设定的4个温度门限值进行比拟：当Tmax＜T1时，即三相温度均低于风机停温度T1，风机停止工作。当Tmax＞T2时，即三相温度至少有一相高于风机启动温度T2，风机同时启动降温。当Tmax＞T3时，即变压器温度未降下来，且已高于超温报警温度T3，此时，超温报警常开触点闭合，假设接有警铃和指示灯，那么可发出声光超温报警信号,值班人员应检查负载或设备有何异常。当Tmax＞T4时，即变压器温度已高于超高温T4，也就是说当负载或设备发生严重故障时，控制器立即发出跳闸信号，强制停电检修。第一路温度传感器采集到的温度同样经前级电路处理后进行A/D转换，然后送入单片机，单片机将其转换为对应的温度值后，送数码管循环显示，并可通过按键设置温度上下限值，假设环境温度大于设定的上限值时，控制器自动驱动风机工作，降低环境温度，当环境温度低于设定下限值时，风机1停止工作。另外，控制器还具有风机故障检测功能：当风机断线时，故障触点闭合，假设接有指示灯，那么指示灯发出报警信号。2.1.3技术条件电源：AC220V50Hz/60Hz工作环境：温度-40～＋85℃相对湿度5～95%RH测控范围：0～200℃输出电流：4-20mADC控制精度：±2%显示方法：五位LED数码管，其中一位相序显示，三位半温度显示最大功耗：10W外形尺寸：160×80×138开孔尺寸：154×77工作原理框图2-1图2-1原理框图2.2.1核心局部〔AT89C51〕AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。[3]〔1〕主要特性·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

•寿命：1000写/擦循环数据保存时间：10年

·全静态工作：0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路〔2〕管脚说明VCC:供电电压

GND：接地

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。

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。

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，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：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。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2-1所示：表2-1P3口功能表口管脚备选功能RXD〔串行输入口〕TXD〔串行输出口〕〔外部中断0〕〔外部中断1〕P3.4T0〔记时器0外部输入〕T1〔记时器1外部输入〕P3.6〔外部数据存储器写选通〕〔外部数据存储器读选通〕P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。[4]

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

：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。

/VPP：当保持低电平时，那么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，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，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〕。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。〔3〕振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。〔4〕芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。[5]图2-2AT89C51引脚2.2.2看门狗及掉电保护控制器在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗(Watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。在8096系列单片机和增强型8051系列单片机中，该系统已经做在芯片内部，用户只要用软件开放它就可以，使用很方便。但目前工控系统仍在使用廉价的普通型8051系列单片机，那么看门狗电路必须由用户自己建立。看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且假设系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。[6]〔1〕X25045芯片简介X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了本钱和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。X25045引脚如图2-3所示。图2-3X25045引脚其引脚功能如下：CS：片选择输入；

SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出；

SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045；

SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；

WP：写保护输入，当它低电平时，写操作被禁止；Vss：地；

Vcc：电源电压；

RESET：复位输出。〔2〕X25043/45工作原理通过SI输入的数据在变为低电平后的SCK第一个上升沿被采样，数据由SCK的下降沿输出到S0线上。在整个工作期间，必须是低电平且WP必须是高电平。X25043/45具有监视总线功能，在预置的时间周期内没有总线活动，/RESET输出。

X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表2-2所示。表2-2X25045指令及其含义指令名指令格式操作WREN00000110设置写使能锁存器〔允许写操作〕WRDI00000100复位写使能锁存器〔禁止写操作〕RDSR00000101读状态存放器WRSR00000001写状态存放器READ0000A8011把开始于所选地址的存储器中的数据读出WRITE0000A8010把数据写入开始于所选地址的存储器〔3〕X25045看门狗电路设计及编程X25045硬件连接图如图2-4所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内假设没有总线活动，那么X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图2电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。图2-4X25045看门狗电路硬件连接看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态存放器的相应位来设定的。如表2-3所示，X25045状态存放器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。表2-3X25045状态存放器D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWD1＝0，WD0=0，预置时间为1.4s；

WD1＝0，WD0=1，预置时间为0.6s；

WD1＝1，WD0=0，预置时间为0.2s；

WD1＝1，WD0=1，禁止看门狗工作。看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长。编程时，可在适宜的地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，陷入软件陷阱等，而别的方法无法捕捉会程序时，那么看门狗定时时间很快增长到预置时间那么系统自动复位。精确的测量是控温的前提。由于铂温度传感器测温精确度高、稳定性好，有较大的测量范围，易于使用在自动测量和远距离测量中。本设计采用的是PT100铂热电阻传感器，测量范围是-200～650C,测温精确度到达0.5%FS。其电阻特性方程如下：-200～0C时，Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]〔2-1〕0～650C时Rt=R0(1+At+Bt2)〔2-2〕10-3K10-710-12C但在通常的测量中，电阻温度的关系一般用近似的线形表示，在外接引线较长时，为减少误差常采用三线式电桥连接法或四线电阻测量电路。四个PT100分别埋在变压器的三相绕组或挂在室内，把检测到的温度信号转换为D〔4-20mA的标准电流信号〕经过集成运算放大器LM324和DP07转换等前级处理，通过A/D转换器TLC0843转换为数字信号，最后送单片机进行处理。TLC0834是TI公司生产的八位逐次逼近模数转换器，具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式。文中以AT89C51CPU为核心，采用LTC0834八位串行A/D转换器设计了一个可将模拟信号转换为数字信号的电路。关键词：单片机A/D转换器TLC0834单片机控制系统通常要用到A/D转换。根据输出的信号格式，比拟常用的A/D转换方式可分为并行A/D和串行A/D。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比拟多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，在PCB板上占用的空间也小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。[7]图2-5TLC0834引脚TLC0834的引脚排列如图2-5所示，其中CH0～CH3为模拟输入端；CS为片选端；DI为串行数据输入，该端仅在多路器寻址时〔MUXSettlingTime〕才被检测；DO为A/D转换结果的三态串行输出端；CLK为时钟；SARS为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低电平那么表示转换完成；REF为参考电压输入端；VCC为电源；DGTLGND为数字地，ANGLGND为模拟地TLC0834的主要特点TLC0834是TI公司生产的8位逐次逼近模数转换器具有输入可配置的多通道多路器和串形输入输出方式。其多路器可由软件配置为单端或差分输入，也可以配置为伪差分输入。另外，其输入基准电压大小可以调整。在全8位分辨率下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于TLC0834采用的是串行输入结构，因此封装体积小，可节省51系列单片机I/O资源，价格也较适中。其主要特点如下：●8位分辨率；●易于和微处理器接口或独立使用；●可满量程工作；●可用地址逻辑多路器选通4输入通道；●单5V供电，输入范围为0～5V；●输入和输出与TTL、CMOS电平兼容；●时钟频率为250kHz时，其转换时间为32us；●可以和美国国家半导体公司的ADC0843和ADC0838进行替换，但它内部不带齐纳稳压器网络；●总调整误差为±1LSB。与单片机的接口电路设计TLC0834TLC0834的片选信号，P1.6用于产生A/D转换的时钟，P1.5为一个双向I/O口位，可用于对模拟输入进行配置及输出转换所得的数据。在这里，模拟信号以单端方式输入，参考电压为5V，即A/D模拟量的输入范围为0～5V。图2-6TLC0834与89C51单片机的硬件PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比拟好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200℃至650℃的范围。电阻式温度检测器〔RTD,RResistanceTemperatureDetector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大局部电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定－耐酸碱、不会变质最受工业界采用。[8]PT100温度传感器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)，其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度，因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。

×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000。(2)量测Vo时,不可分出任何电流,否那么量测值会不准。电路分析由于一般电源供给较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25℃,那么输出电压为2.5V。[9]工作原理:

传感器的接入非常简单,从系统的5V供电端仅仅通过一支3K92的电阻就连接到PT100了，这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是，由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式。2.2.5温度检测局部〔1〕变压器各相温度检测电路本设计需对四路电路进行检测：A相、B相、C相和环境温度。A、B、C相的检测电路如图2-7所示。图2-7温度检测电路途中虚线局部是信号调理电路，其中W7为调零电阻，W8为调满量程电阻，R53为精密电阻，OP07运算放大器是TTL双极低噪声，低功耗精密运算放大器，具有精度高、漂移率低等特点，其放大倍数为R+(R+W)/W。根据PT100所测得的温度为0°C时，其热电阻阻值为100，当温度传感器PT100测得温度为200°Ω，调节滑动变阻器W，使OP07的输出为+5V。传感器是把物理信号转变为电信号，温度传感器PT100是把温度的变化转变为电阻值的改变。通过集成运算放大器输出相应的电压值，但是由于电压的传送消耗很大，远距离传输时，大大降低了传输效率，而电流对外接干扰不敏感，因此通常情况下，运用变送器把电压信号转换为4-20mA的电流信号进行传输。有很好的抗干扰能力。所以，当所测温度为0°C使，OP07的输出端为0，调节W使得流过R72的电流为4mA，当所测温度为200°C时，OP07的输出为+5V，流过R72的电流为20mA。〔2〕环境温度检测图2-8环境温度检测电路键盘，数码显示管等以及指示灯是实现人机交换的主要器件。键盘及显示局部是人机交换对话的根本部件。为简化操作，降低本钱，这里采用极其简单的轻触式来完成各项功能查询、切换以及设定。键盘操作由于键数较少，所以采用独立式按键，用了3个轻触式按键分别占有I/O口的P2.0、P2.1、P2.2完成参数的增加、减少以及显示状态的切换，这样使得键盘操作电路简单。显示局部采用了5个共阳极的LED数码管TOE-1106BH完成，其显示清晰，本钱低廉且与单片机接口简单。电路采用了一个串入并出的ZLG7289A存放器，其为驱动有MPU的P0.1口并为其提时钟脉冲，由P0.0为其提供被显示的数据ZLG7289A出口经过电阻直接跟LED完成所有显示功能。[11]显示驱动器ZLG7289A是具有串行接口，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片机即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。图2-9ZLG7289A引脚ZLG7289A具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口，其技术特点为：(1)串行接口，无需外围元件可直接驱动LED；(2)各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性；(3)(循环)左移/(循环)右移指令；(4)具有段寻址指令，方便控制独立LED；(5)64键键盘控制器，内含去抖动电路。以ZLG7289A为核心的人机接口电路只需一片智能芯片很好地完成了数字显示和键盘控制功能，电路简单，功能完备，结果了然。应用这一电路实现了精密低频信号发生器的人机对话，在实际应用中取得了良好的效果。[12]〔1〕风机温度控制及风机断线检测电路风机控制按不同的接法可分别控制380V和220V的风机，风机接线如图2-10所示。接380V风机，当不开风机时，6、7、8接线端〔接220V风机时为5、6接线端〕电压为零；当风机启动时，6、7、8接线端有AC380电压输出〔接220V风机时，5、6有AC220电压输出〕，Pt100温度传感器通过15针的插座〔DB-15〕将传感器测得信号经过处理送到温控箱内，经过单片机分析、处理来控制风机的开关。[13]当Tmax>T2时，即三相温度至少有一相高于风机启动温度T2，P00端输入为“0”，光电隔离有电流输出，触电动作，风机工作，同时启动降温。同理，当Tmax<T1时，即三相温度均低于风机停温度T1，风机停止工作。图2-10风机接线风机正常工作时，TR1次级有感应电流，光耦合器IC2A的发光二级光发光，那么三级管导通，P37口输出高电平，不发出故障报警信号；风机断线时，那么反之。图2-11风机温度控制电路〔2〕超温、跳闸、故障控制电路该局部是温控器的重要组成局部，用以对异常情况及时动作，充分对变压器进行保护。温控器有3个常开式继电器，分别接上超温、故障和跳闸信号，如图2-12所示。当某相有信号时，常开触点闭合，执行相应的动作。为了引起操作人员对异常信号的注意，智能控制器的AT89C51的P1.4引脚装置了声光报警系统，由S8050三极管来驱动，主要来用对超温、跳闸和传感器故障进行声光报警，同时控制面板上相应的指示灯点亮，对异常情况区别。超温、跳闸、故障控制电路如图2-12所示。图2-12跳闸控制电路2.2.8电源局部电源在智能仪器中具有特殊的地位，一方面它为系统提供正常工作所需要的电能；另一方面，它是各种电磁干扰传输的重要通道。为了突出电源的重要性，把电源作为智能温度控制器的一个子系统。在整个温控器有几个不同等级的电压，它们分别是首先对输入的220V进行整流，再通过电容滤波和7912和7812等稳压器得到主板上各个芯片所需的直流电压。在整个硬件电路设计中考虑到干扰的存在，采用了一系列的保护措施，如光电隔离。对于AT89C51采用X25045〔可编程看门狗电压监控及EEPROM〕，X25045把常用的看门狗定时器、电压监控和EEPROM组合在一个单个的封装之内，看门狗定时器对微控器提供了独立的保护系统。电源电路如图2-13所示。图2-13电源电路第3章软件的设计软件上，在单片机上实现多种功能，并保证控制精度，软件设计必须实现功能占CPU时间的分配上做到有主有次，既要保证完整性，又要保证实时性。温度控制器在软件上采用C51开发，用模块化结构。首先进行数据存储区的设置。标志位设置，接着是主程序，首先是主要初始化工作，如中断优先级，定时器设置及串行口中断设置等，其他的所有功能都是在中断效劳程序中完成。通过X25045读写数据。风机控制程序、三相温度查询、键值响应、温度转换为BCD码、显示等一系列的子程序，分别完成查询显示、设置和控温等功能。其软件设计如图3-1。图3-1软件设计电阻温度计软件由主程序和中断效劳程序组成，主程序完成定时器、计数器、EEPROM、显示控制驱动器PS7219等的初始化，键盘操作管理，数据采集处理，控制输出及显示。中断效劳程序主要处理突然停电时的数据保存，如三相温度及相位。3.2根本功能(1)巡回/最高转换功能巡回测量:依次巡回测量并显示A,B,C三相温度;最高相温度测量:巡回测量A,B,C三相温度并显示其中最高相温度。开机时本键处于巡回状态。(2)黑匣子功能在遇突然断电时能自动保存断电前的三相温度和相位。(3)数据保存与处理功能可自动保存历史最高温度数据(断电后不丧失),可去除历史最高温度。可方便地修改保存温度控制设定值〔满足T4＞T3＞T2＞T1。其中，风机启动温度T2=100℃，可调范围±20℃；风机停止温度T1=80℃，可调范围±20℃；超温报警温度T3=130℃，可调范围±20℃；超温跳闸温度T4=150℃，可调范围±20℃〕。(4)故障检测功能传感器假设出现开路或短路,能自动报警(故障接点吸合)并显示。“风机”自动启停功能当所测量温度高于设定温度T2时,“风机”自动启动,“风机”启动指示灯亮；三相测量温度低于T1时,“风机”自动停止,“风机”启动指示灯灭。超温报警功能℃时,超温接点断开,超温指示灯灭,蜂鸣器终止发声报警。(7)超温跳闸报警功能℃时,跳闸接点断开,跳闸指示灯灭,蜂鸣器终止长音报警。(8)警示回归当温控器超温或跳闸蜂鸣器报警后,按一下本键,报警声停止1h左右,再按一次,那么恢复报警。(9)平安报警温控器接受外接长开接点输入,假设该接点闭合(配电室门开启时),蜂鸣器发长音报警。自检功能温控器能自检除跳闸以外的所有输出功能。开机后首先进行初始化操作，从EEPROM中调出T4、T3、T2、T1的温度值，如有键盘按下，那么先执行相应的键盘处理程序，此后同时启动计数器和定时器，单片机对CD4052的通道进行选择就可得到相应的计数值，对于每一个通道进行3次采样取中间值，直至得到所有要求的温度计数值，然后对计数值进行相应的换算处理，根据仪器的要求输出相应的控制信号控制各继电器的状态。在程序设计中，为了防止跳闸操作的误动作，考虑到温度的变化是个缓慢过程，温度上升时必先到达风机启动温度T2，然后到达超温报警T3，最后到达超温跳闸温度T4，在输出超温跳闸控制信号前检验风机和超温报警继电器的状态。同时在硬件电路中，用与门实现风机启动控制信号、超温报警控制信号和单片机输出的超温跳闸控制信号相与作为真正的超温跳闸制信号控制继电器。该模块主要对系统进行初始化，包括对CPU本身，显示显板、通讯及开关量输出进行初始化，将存在X25045的EEPROM中的温度设定值调出并进行初始化，对定时器T0，T1及串行口通讯工作方式，串行通讯特率进行设置。初始化流程图如图3-2：图3-2初始化流程图3-3主程序模块中断是计算机的一个重要功能。采用中断技术能实现以下功能：〔1〕分时操作。计算机的中断系统可以使CPU与外设同时工作。CPU在启动外设后，便继续执行主程序；CPU响应该中断请求并为其效劳完毕后，回到原来的断点处继续运行主程序。外设在得到效劳后，也继续进行自己的工作。因此，CPU可以使多个外设同时工作，并分时为各外设提供效劳，从而大大提高了CPU的利用率和输入/输出的速度。〔2〕实时处理。当计算机用于实时控制时，请求CPU提供效劳是随机发生的。有了中断系统，CPU就可以立即响应并加以处理。〔3〕故障处理。计算机在运行时往往会出现一些故障，如电源断电，存储器奇偶校验出错，运算溢出等。有了中断系统，当上述情况发生时，CPU可及时转去执行故障处理程序，自行处理故障而不必停机。智能控制器的串行中断复位程序流程图如图3-4所示：图3-4串行中断复位程序流程图3-5通信中断流程图3-6通信主流程图3-7通信主程序流程第4章RS-485现场总线4.1RS-485串行接口标准RS-485、RS-422与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通200mV至6V之间。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k欧姆，而RS-422的接受器最小输入阻抗为4k欧姆；所以RS-485满足所有RS-422的标准，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。而RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。[12]RS485总线标准是工业中〔考勤，监控，数据采集系统〕使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创立多达32个节点的网络；最大传输距离1200m，支持1200m时为100kb/s的高速度传输，抗干扰能力很强，布线仅有两根线很简单。

RS485通信网络接口是一种总线式的结构，上位机〔以个人电脑为例〕和下位机〔以51系列单片机为例〕都挂在通信总线上，RS485物理层的通信协议由RS485标准和51单片机的多机通讯方式。由于RS-485是从RS-422根底上开展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二zx线制可实现真正的多点双。表4-1主要向通信性能指标序号工程名称性能指标1额定工作电压ACC220V,50/60Hz2功耗〔不含负载〕<5w3负载能力AC240/10A4可控温范围0-80°C5控湿范围5-99%RH6故障报警负载断路或接触点粘连，相应数码管闪烁或发声7显示方式3½°C，0.1%RH8远程通讯监控功能通过标准的RS-485接口通讯9电源范围AC220±20%10耐受静电放电干扰±8KV11耐受电磁场辐射干扰27-1000MHz,10V/m第5章结论本设计就是一智能变压器温度控制器的设计，它是一台智能化，自动化于一体的性能稳定的温度控制器。主要用于变压器设备的温度设备的温度及防过热保护，确保电力设备无人值守时完全可靠运行。有效的解决了过热及故障问题，保障设备平安运行，防止以外事故发生，节约人工本钱，符合自动化的开展趋势。此智能温度控制器以优质的8位单片机AT89C51为核心，对变压器三相温度和环境温度进行测量和控制。并具有超温报警，高温跳闸以及风机故障显示等功能。其中，采用四个温度传感器PT100测量温度，把其中三个插入变压器的三个线包中，对变压器的三相线包温度进行测量；另外一个PT100用来测量环境温度。采用TLC0834转换器把模拟信号转换为数字信号，通过AT89C51输出，利用ZLG7289A驱动显示，在数码显示中显示温度的变化以及各种指示灯的显示。其通信采用串行通信，具有RS-485标准接口。用MAX1487E转化TTL电频信号为RS-485总线电频信号，实现与上位机PC的交换信息。把温度传感器的电压变化值转化值转换为4-20mA的标准变送信号，进行远距离传输。设计中的抗干扰以硬件抗干扰为主。主要有：复位监控系统三极管型的光电隔离器本论文主要论述此智能变压器温度控制器的设计背景，设计原理、检验标准。抗干扰设计以及其通信协议。参考文献[1]孙涵芳等.MCS-51/96单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1992.10:136-156[2]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计(2)[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995.11:157-189[3]周航慈等.单片机程序设计根底[M].北京：北京航空航天大学出版社，1997.4：187-206—[6]李莉.可编程看门狗监控EEPROM芯片X25043/45原理及应用[J].1999,5:67-69.[7]侯建华.基于TLC2543L的A/D转换模板的设计[J].机电产品开发与创新,2007,1(1):164-165.[8]中国电子元器件产业网[EB/OL[9]浓缩论文精华[EB/OL[10]陈建铎.Intel单片机应用技术〔下册〕[M].陕西：陕西电子编辑部,1998.[11]汤黎明,吴敏,凌刚等.基于键盘与数码管控制芯片ZLG7189A人机接口电路的设计与应用[J].医疗设备信息.2002,5:12-14.[12]中国电子市场网[EB/OL[13]陈鸿.环境温度检测与控制系统的研发[J].福建农业大学学报,1998,7:237-240.γ辐射实时模拟核技术研究[J].期刊2007,30(1):34-36.[15][美]JamesW.Nilsson,SuSonA.Riedel著.张民改编.IntroductoryCircuitsforElectricalandComputerengineering[M].北京：电子工业出版社,2004.[16]上海博鑫科技[EB/OL].致谢再回首时才觉得时光飞逝，美好而又令人留恋的大学生活就这样接近尾声了。现在回忆起刚进大学校门的时候就像在昨天一样，不免有些感伤和失落。不过四年的时光里我也学到了很多东西，我的四年没有浪费，一直过的都很充实，在接下来的工作中相信我还会继续努力的。在这将要离别的时刻令我记忆深刻的可能就是做毕业设计的这段时间了。首先要感谢的是我的指导教师刘曙光老师。在毕业设计和撰写毕业论文的过程中，他给了我莫大的指导和支持，无论从毕业设计的实施、论文选题，还是到收集资料、论文成稿，都倾注了刘曙光老师的心血。由衷感谢刘曙光老师在毕业指导及各方面所给予我的关心，以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操。刘老师广博的学识、严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚，必将使我终身受益，并鼓励我勇往直前。在此，谨向刘老师致以诚挚的谢意。其次衷心感谢同组实验同学对我的帮助和鼓励。最后，向关心、支持和帮助我的所有师长、亲人和朋友再一次表示我最衷心的感谢。附录原理图附录PT100分度表附录程序;************ZBWK-4200的程序*************;*****************************************DELAY1 DATA 31HLED1DATA51HLED2DATA52HLED3DATA53HLED4DATA54HLED5DATA55HDIG_BUFDATA56HLED_BUFDATA57HINTR0DATA35HINTR1DATA36HINTR2DATA37HADDRDATA3EHCH0ADDRDATA0C0HCH1ADDRDATA0E0HCH2ADDRDATA0D0HCH3ADDRDATA0F0HSET_1LDATA40HSET_1HDATA41HSET_T1DATA42HSET_T2DATA43HSET_T3DATA44HSET_T4DATA45HCH0DATA46HCH1DATA47HCH2DATA48HCH3DATA49HFAN1_FLAGBIT20H.0FAN2_FLAGBIT20H.1CHWN_FLAGBIT20H.2CH_MAXDATA4AH;===========================================;===========================================ORG0000HLJMPMAIN;LJMPERRNOPNOPLJMPERR;ORG000BHLJMPTIM0NOPNOPLJMPERR;LJMPERRNOPNOPLJMPERR;LJMPERRNOPNOPLJMPERR;ORG0023HLJMPERRNOPNOPLJMPERR;ORG002BHLJMPERRNOPNOPLJMPERR;ORG0040HMAIN:MOVSP,#60HLCALLDSP_3200LCALLT1SLCALLT1SMAIN2:LCALLINISYSMAIN1:;LCALLLOGI_PROLCALLKEYSCANLCALLDISPLAYLCALLFAN_ERRLCALLGUZHANG1LCALLGUZHANG2LCALLFAN_LAMPLCALLTIAOZHALCALLCHAOWENLCALLLOGI_FAN2LCALLLOGI_FAN1LCALLMANULLCALLMANUL_DISPAJMPMAIN1;===========================================;===========================================DSP_CH0:MOVADDR,#CH0ADDR;LCALLAD_8;LCALLHB2LCALLADMOVCH0,R0LCALLPERCENTMOVCH0,R4MOV25H,R4LCALLBCDMOVLED5,#01HLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_CH1:MOVADDR,#CH1ADDR;LCALLAD_8;LCALLHB2LCALLADMOVCH1,R0LCALLPERCENTMOVCH0,R4MOV26H,R4LCALLBCDMOVLED5,#02HLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_CH2:MOVADDR,#CH2ADDR;LCALLAD_8;LCALLHB2LCALLADMOVCH2,R0LCALLPERCENTMOVCH2,R4MOV27H,R4LCALLBCDMOVLED5,#03HLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_CH3:MOVADDR,#CH3ADDR;LCALLAD_8;LCALLHB2LCALLADMOVCH3,R0LCALLPERCENTMOVCH3,R4MOV28H,R4LCALLBCDMOVLED5,#04HLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_3200:MOVLED1,#00HMOVLED2,#00HMOVLED3,#02HMOVLED4,#03HMOVLED5,#0FHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_EH1:MOVLED1,#01HMOVLED2,#0CHMOVLED3,#0BHMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_EH2:MOVLED1,#02HMOVLED2,#0CHMOVLED3,#0BHMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_EH3:MOVLED1,#03HMOVLED2,#0CHMOVLED3,#0BHMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================LJMPERRDSP_EH4:MOVLED1,#04HMOVLED2,#0CHMOVLED3,#0BHMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_2E:MOVLED1,#0FHMOVLED2,#0BHMOVLED3,#02HMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_1E:MOVLED1,#0FHMOVLED2,#0BHMOVLED3,#01HMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0FHLCALLLEDCONRET;===========================================LJMPERR;===========================================DSP_P:MOVLED1,#0FHMOVLED2,#0FHMOVLED3,#0FHMOVLED4,#0FHMOVLED5,#0EHLCALLLEDCON;AJMP$RET;===========================================LJMPERR;===========================================LEDCON:MOVDIG_BUF,#0A4H