电力变压器运行实时监控系统设计样本

电力变压器运营实时监控系统设计概述§1.1问题提出§1.2当前国内外发呈现状§1.3预期目的系统功能规定，本论文解决问题及达到目的。系统方案设计本章重要是对课题重要技术指标及功能进行分析，并提出各种技术方案进行经济、技术比较（涉及：系统可靠性、可扩性等方面），最后确认一种最优技术方案。§2.1系统功能及技术指标在本节给出系统整个电路原理框图；§2.2单片机系统方案选取§2.3电力变压器温度检测方案选取简介电力变压器在正常工作状态下，内部温度范畴，在不同温度下应投切电扇数量，以及传播功率关系（如果也许给出曲线来加以阐明），阐明控制温度和检测温度重要性，并给出本课题温度检测方案；§3.4电力变压器冷却设备运营状态检测方案设计对于油泵，阐明油泵重要性，油泵作用，常规对油泵监测办法，本课题如何实现检测；提出检测方案；对于电电扇：阐明电扇重要性，分析电扇也许浮现几种故障类型，并依照故障类型，给出电电扇也许几种检测方案，并进行经济、技术比较；当发现故障时，有几种报警方式，以及实现办法；§2.5电力变压器电扇控制电路方案选取依照以上分析，给出系统整体电路原理框图。并在系统方案拟定状况下，简介系统功能模块功能以及实现原理；§2.6显示与键盘电路方案选取简介当前常用几种显示、键盘方案，进行经济技术比较，并拟定本课题显示电路方案和键盘电路方案；（只给出应采用方案，不要画出电路）§2.7通信电路方案选取简介当前常用几种通讯方式、适应场合、特点，并对各个通信方式进行比较，并结合课题规定，简介选取rs-485通信原则以及应采用一切方案（涉及RS-485电路应采用保护等问题）。硬件电路设计本章是依照系统方案各功能模块，进行分电路设计原理和工作原理分析。依照需要也可以给出所选器件技术参数（仅指那些不常用、新颖器件），本章应从理论上进行分析系统所能达到技术指标，应采用曲线、算法公式以及理论推导等手段进行分析；§3.1单片机应用系统设计单片机外围基本电路设计，设计根据，原理，基本功能等。§3.2电力变压器温度检测电路设计给出详细电路原理图，并分析如何实现电力变压器温度检测，给出各物理量参数计算公式，并进行进一步分析。§3.3电力变压器冷却电扇检测电路设计给出详细电扇检测电路，并简介检测电路详细原理，以及如何实现故障判断。§3.4电力变压器油泵监测电路设计给出油泵检测电路图，并简介电路图工作原理。§3.5冷却电扇驱动电路设计给出电扇电路原理图，并依照驱动功率，简介电路器件选取和设计原理，以及整个电路工作原理；涉及驱动电路保护。简介对于在不同温度下，如何开停电电扇，电电扇投切规则等问题（这某些也可以放到第四章中简介）。§3.6报警电路设计简介本系统检测设备故障后，可以采用报警方式，以及实现电路原理图，和基本参数，并详细简介工作原理；§3.7键盘与显示电路设计给出键盘电路和显示电路，并分析电路工作原理，给出键盘设立功能，并简介键盘操作办法；给出显示数码管设计原理以及显示方式，特别是当参数设立时，如何与键盘配合显示等。（依照参数设定内容，例如温度、湿度上限和下限值拟定）涉及报警时，应显示方式；§3.8远程通信电路设计简介采用远程通信方式，通信电路原理，通信各个物理量，通信内容，通信波特率等；§3.9系统可靠性设计简述一下在现场也许存在问题，本论文在设计上进行了哪些抗干扰设计。软件设计本章对本课题软件进行详尽阐明，涉及程序构造，以及各功能模块功能；§4.1软件系统构造设计简介程序整体框架，软件系统是由哪几种模块构成，在软件上如何实现各个功能，采用了哪些办法等；运用了单片机那些资源，各个资源是如何分派。最后给出主程序框图，并简介各模块功能。§4.2温度信号数据采集软件设计简介温度信号测量办法，给出计算公式，并分析采用了哪些数据解决办法；（例如各种滤波等），并给出程序流程图；§4.3电电扇检测程序设计分别简介所涉及模仿量信号特点，数据采集办法，计算办法（结合第三章给出公式）；在数据解决方面采用了哪些办法（例如：数字滤波技术、数据标度变换、数据测量非线性解决、测量数据备份办法以及交流信号同步测量原理等算法原理、计算公式）；并结合程序流程图进行阐明；本节可提成多节来分别简介。在程序流程图中简介电扇投切规则；§4.4报警输出信号软件设计在软件上如何实现报警信号输出；§4.5显示与键盘程序设计简介键盘和显示电路软件解决方式（显示方式），编程办法，并给出程序流程图；并给出测量数据显示格式，以及物理量换算公式。§4.6通信软件系统设计结合第三章内容，简介通信内容和功能，在软件上如何实现。设计出详细通信合同，并给出如何提高通信可靠性办法和办法，并给出通信程序（或者中断程序）流程图；§4.7软件系统可靠性办法简介当前惯用软件康干扰办法，并阐明本课题所采用软件上抗干扰办法特点应用办法以及算法。系统误差分析总体简介系统误差构成某些，系统误差计算办法，对每一种误差环节应对办法。本章重要通过对样机实际测试，对样机测试中浮现误差进行分析，通过与原则数据对比，给出性能指标与否达到了设计规定；并对样机浮现误差进行理论分析，最后找出应改进办法，虽然设计已经达到了设计规定，也应从理论上分析在进一步提高测量精度上应采用办法，在误差方面尚有那些局限性，应如何改进，给出改进得办法；§5.1系统测量指标测试对比分析给出实验成果表，并与实际设计仪器测量成果进行比较，并分析设计系统导致误差因素，进行定性理论分析，§5.2系统误差分析对每一种导致误差进行理论分析，其分析成果应与测试成果相一致，并给出改进办法；结束语对课题完毕做一种评价和总结，指出需要进一步改进地方，在课题达到实际应用尚有那些工作需要做；给出通过该课题自己有哪些体会，并对协助过人员进行道谢。参照文献摘要本设计针对电力变压器冷却系统中使用常规控制系统时存在控制回路复杂、可靠性低、风机保护方式简朴、油温测量精度低、控制误差大、无法进行远程通讯等问题，设计了一套智能化变压器温度监控系统。本系统以PIC16F877单片机为核心，实现了对变压器油温实时采集、LED显示、数据无线传播，并参照油温变化对风机运营状况进行实时控制。风机侧完善保护装置为CPU提供精确风机故障信号，提高了系统运营稳定性。核心词：单片机、变压器冷却系统、风机故障、油温采集ABSTRACTThepaperintroducesanewsmartoftransformertemperaturemonitoringsystem.It’sagreatchangeforthepowertransformercoolingsystem.Suchastheexistenceofcomplex，lowreliability，asimpleblowerprotection，lowtemperaturemeasurementaccuracy，controlerrors，andnotachievinglong-distancecommunications，ect.ThecontrolsystemusesthePIC16F877toachievethereal-timeacquisition，LEDdisplay，datawirelesstransmission，andtakingintoaccountairtemperaturechangeontheoperationofthestateofreal-timecontrol.TheCPUfancouldprovideaccuratefaultsignal，sothatitimprovesthestabilityofthesystem.Keywords：SCM(SingleChipMicyoco)，transformercoolingsystem，FanFailure，Oiltemperature`scollection

目录摘要 1ABSTRACT 2绪论 5第一章设计任务及规定 6第一节毕业设计任务 6第二节毕业设计规定 6第二章系统设计方案 8第一节系统工作普通原理 8第二节智能温度监控系统设计方案 82.1方案一 92.2方案二 102.3方案三 12第三节设计方案拟定 13第三章硬件电路设计 16第一节单片机选型 16第二节振荡器配备选取 182.1晶体振荡器/陶瓷谐振器方式 182.2RC振荡器 20第三节温度采集电路模块设计 223.1温度检测电路 223.2光电耦合隔离放大电路 24第四节按键输入和显示电路某些设计 294.1按键输入电路模块设计 294.2显示电路某些设计 29第五节无线通信系统设计 33第六节主回路某些设计 386.1风冷机保护简要简介 386.2输出驱动电路设计 38第七节直流电源设计 46第四章软件某些设计 50第一节软件需求分析 50第二节各模块流程图 52第五章设计总结 60致谢 62参照文献 63附录一程序清单 64附录二元器件明细表 78绪论近年来，随着国内电力事业飞速发展，电力变压器是发、输、变、配电系统中重要设备之一，它性能、质量直接关系到电力系统运营可靠性和运营效益。电力变压器是电力系统运营核心设备之一，因而，电力变压器安全可靠运营是电力系统正常运营主线保障。随着变压器容量增大，变压器损耗同样会增大，单靠箱壁和散热器已不能满足散热规定，需采用子循环风冷或逼迫油循环风（水）冷，使热油通过强风（水）冷却器，冷却后再用油泵送回变压器。大容量变压器已经采用导向冷却，在绕组和铁心内部，设有一定油路，使进入油箱内冷油所有通过绕组和铁芯内部流出，这样带走了大量热量，可以提高散热效率。变压器冷却系统决定了变压器正常使用寿命及能否正常运营，因而变压器冷却系统对变压器安全经济运营又极其重要意义。在发电厂或变电所，风冷式变压器采用多组风机降温，控制变压器油温在额定范畴之内，保证变压器正常工作。为了提高电力系统运营可靠性和延长变压器使用寿命，应当对变压器油温进行实时监控。当前，尚有许多变压器采用由电接点式温度计采集、显示变压器油温，控制风机启动和停止，实现变压器温度控制，在实际运营中，由于风机启动时所有投入，同步所有停止，冲击电流较大，严重影响了电机使用寿命。且由于无法和控制室联系，因此无法实现变压器无人控制，增长了运营成本。变压器温控器总存在某些问题，如测温误差大、抗干扰能力差等，这些都是在工程界非常棘手问题。而初期温度控制器，由于体积大、操作复杂、抗干扰能力差，给工程现场使用也带来了很大不便。随着单片机技术不断发展，温度控制器正向单片集成化、智能化方向迅速发展。针对电力变压器在运营过程中存在问题，可以采用智能温度控制系统，实现温度自动采集、显示、风机顺序起停。依照现场运营规定，本设计选用了PIC16F877单片机构成变压器温度控制系统，设备操作简朴，顾客可通过面板按键轻松设定控制风机起停、报警及跳闸阀值，所有设定参数掉电后均不会丢失。温度采集精度很高，并且采用了诸多办法来保护电机，如过载、缺相保护等。由于工业现场环境较恶劣，会对系统产生很大干扰，设计采用了抗干扰办法，在集成电路电源入口处加了滤波电容，且送入单片机信号都通过了光耦隔离。最后通过无线通信实现远程监控，控制室通过无线通信及时掌握现场运营状况，可任意对各种事故做出及时地反映，实现了变压器无人控制。系统整体具备测温误差小、辨别力高、抗干扰能力强特点，所有器件选取均满足工业级原则，并适合高温环境。由于采用了以上办法，可以保证控制系统稳定工作，设计具备较好扩展性，能满足各种型号变压器规定。第一章设计任务及规定第一节设计任务在咱们生活中，电力安全是至关重要，而电力变压器又是电力系统重要构成某些。电力系统中惯用油浸风冷式电力变压器多采用多组风机降温，控制变压器油温在工艺规定范畴之内。当前现场尚有相称数量油浸风冷电力变压器由电接点式温度计采集、显示变压器油温，控制风机启动和停止，实现变压器温度控制，即在变压器油温不不大于上限温度时启动所有风机，当油温降至下限温度时停止所有风机。而实际运营中这种控制方式有不少缺陷，如风机启动时所有投入，冲击电流太大，不利于系统稳定安全运营。针对以上种种问题，规定本设计选用一款集成度较高单片机，并采用无线通信技术，设计一种电力变压器温度监控系统，对既有落后温度控制系统进行改造，满足自动化规定。设计重要完毕工作。本设计须完毕风冷式电力变压器温度监控系统主机某些设计，重要涉及如下工作：（1）收集电力变压器温度控制系统控制原理实际资料，拟定要保证变压器风冷系统正常运营及实现无人值班所需远程通讯功能，必要采用以单片机为核心控制系统来完毕；为保证风机能可靠安全运营，必要收集一既能被单片机驱动又能保证风机可靠运营元件。（2）方案设计。（3）拟定系统配备及功能，并依照系统功能规定完毕系统硬件设计。（4）依照设计原则完毕控制系统软件设计。（5）撰写设计阐明书，绘制系统电路原理图。（6）完毕指定内容外文资料翻译。第二节设计规定2.1毕业设计重要内容（1）完毕系统设计；（2）选取适当单片机，作为主机CPU；（3）独自完毕主机硬件、软件设计，其中硬件某些重要涉及温度采集、LED显示、主控电路、无线通讯、电源电路等，软件某些重要涉及流程图设计、程序设计及调试；（4）完毕有关设计图纸绘制和设计阐明书撰写，通过毕业设计答辩。2.2设计实现重要功能（1）将采集到油温在就地和远端（控制室）用LED实时显示油温，主机和从机之间通讯采用无线通信方式；（2）系统设立自动、手动、停止三种运营方式，正常时采用自动方式运营，主控板检修时采用手动方式运营，并且可以灵活选取运营方式。（3）在自动方式运营下，当变压器油温超过上限时，风机所有投入；当温度低于工艺下限时，风机所有停止；当温度由高下降到上限和下限中间值时，只投入3组风机；在投入3组风机状态，先运营3组风机运营1小时后（这三组风机在变压器周边间隔安装），自动切换到此外3组（这三组风机也在变压器周边间隔安装），1小时后又切换到本来3组，如此交替运营，既延长风机使用寿命，又能使变压器均匀降温。温度上限值和下限值可以通过硬件灵活设立，以适应不同类型和不同环境使用变压器；变压器油温超过上限值时，风机群所有投入运营时，采用顺序启动方式依次启动，防止启动电流过大状况发生导致设备损坏；（4）系统具备故障自诊断功能，当某一风机工作异常时如过压、缺相、过载时，系统可以在现场和控制室发出报警信号，显示故障类型和故障发生位置，便于工作人员及时进行设备检修；（5）系统设立正常运营、故障运营、油温超过75℃（6）本设计中油温上限缺省值为55℃，下限缺省值为45（7）系统要采用必要抗干扰办法（涉及硬件和软件）。2.3重要技术指标控制系统工作电源为220V/50HZ工频交流电，容量为31500KVA；风机有6组，每组2个风机，均匀排列在变压器四周，每个风机功率为0.375KW；温度测量范畴为0-100℃，温度采集精度为±2℃，温度控制精度为±第二章系统设计方案第一节系统工作普通原理老式电力变压器由人工控制风机，每台变压器有6组风冷式电动机需要控制，每组风机保护通过热继电器实现，控制风机电源回路通过接触器，而风机启停逻辑判断通过测量变压器油温和变压器过负荷实现，工作原理如图2-1所示。主电路控制元件采用了接触器，靠机械触点来实现对风机驱动。这种方式对风机控制只能由人工完毕，风机同步所有投入，同步所有停止，启动时冲击电流很大，会对器件导致损伤。当温度在45℃-55℃三相三相电源接触器热继电器风冷电机变压器过负荷变压器油温检测机电逻辑解决系统图2-1老式风冷机工作原理图第二节智能温度监控系统设计方案本设计以PIC16F877单片机为核心完毕系统设计，规定对油温进行实时采集，将采集成果送入MCU进行解决，然后按照工艺规定进行相应控制，实现对变压器温度全自动远程和就地监控，系统要具备完善保护功能，涉及过压、过载、缺相检测和保护，还要具备故障自诊断功能，在故障浮现时，给出故障信息，显示故障类型，便于工作人员及时进行检修；使用无线通信方式实现变压器控制器与中心控制室之间数据通信。使顾客随时理解变压器及风机运营状况，实现远程温度控制。整个课题涉及系统设计，主机温度信号采集与调理电路设计，主机LED显示电路设计，主控电路设计，缺相检测与保护电路设计，过载保护与检测电路设计，从机设计，从主机LED显示电路设计，无线通信电路设计，主电路设计，主机从机电源设计，系统软件流程图设计，软件编程等。温度信号采集在设计中是最重要某些之一，其可以采用铂电阻电桥构成温度检测电路，也可以使用温度传感器来实现。2.1方案一:温度检测电路通过预埋在变压器中铂电阻传感器获得油温信号[3]，经信号调理电路解决后直接送入控制器A/D转换输入端，PIC单片机依照信号数据及设定各种控制参数，按照程序自动计算与解决，自动显示变压器油温，并输出相应控制信号，控制风机起停，电机保护电路涉及过压，过载，缺相等。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可控制八个数码管，特别合用于需要I/O口较多系统。信号通过无线通信芯片nRF401传播到控制室,以便对现场状况及时做出反映。方案采用PIC16F877单片机，PIC解决器具备不同于普通微解决器许多特性，它给出最大系统可靠性，通过减少外部元件使成本最小。此外，还提供节电工作模式及提供编码保护等。PIC16F877共有A口、B口、C口、D口、E口五组I/O口，完全可以满足本系统规定，此外在其中嵌入一种8输入通道A/D模块，不需要专门芯片进行A/D转换；CCP模块可提供外部信号捕获、内部比较输出、及脉宽调制PWM功能；中断源多，具备看门狗定期器和睡眠功能；还可以在线串行编程、在线调试。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可可控制八个数码管，特别合用于需要I/O口较多系统。MAX7219为8位LED显示驱动电路，可以持续驱动8位7段数据显示。在芯片内部集成了一种BCD译码器，段地址和位地址驱动以及一种88位静态随机存储器。只需要一种外部电阻，就可以对的地驱动所有LED段地址。信号通过无线通信芯片nRF401传播到控制室。以便对现场状况及时做出反映。nRF401是一种433MHz工业、科学、医用频段设计真正单片无线收发芯片,它采用频移键控调制技术。nRF401发射速率可达20kb/s，发射功率可调，最大发射功率10dBm,接受敏捷度-105dBm，具备工作半径大、适应性强特点。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本印刷电路板天线。nRF401尚有待机工作方式,可以更省电和高效。此外,该芯片只需少量外围元件,使用十分以便。温度控制器系统框图如图2-2所示。PICPIC16F877单片机按键输入电源变压器油温采集模块主回路控制模块nRF401通讯电路LED显示电路光电耦合电路图2-2温度控制系统框图2.2方案二：温度检测采用由DALLAS半导体公司生产智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微解决器智能温度传感器，采用DALLAS公司特有单总线通信合同，只用一条数据线就可实现与MCU通信。它具备体积小，接口以便，传播距离远等特点。显示采用单片机RA口扩展四片串并转换移位寄存器74LS164驱动四只1.5寸共阳数码管，实时显示变压器温度。复位电路采用MAXMAX6304芯片来实现单片机系统监控电路。MAX6304是一款专用、高性能、低功耗微解决器监控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出CC1000单片可编程RF收发芯片。（一）温度检测电路设计温度检测采用由DALLAS半导体公司生产智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微解决器智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具备体积小、接口以便、传播距离远等特点。DS18B20单总线数字传感器工作温度范畴是-55℃～125℃，在-30℃～85℃图2-3DS18B20引脚分布图报警温度，且设立值掉电不丢失；采用DALLAS公司特有单总线通信合同，只用一条数据线就可实现与MCU通信；此外，DS18B20可以直接从数据线获得电源，无需外部电池供电[4]。DS18B20与单片机接口电路如图2-3所示。I/O为数字信号输入/输出端，GND为电源地，VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20重要由四某些构成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发温度报警触发器TH和TL、配备寄存器。光刻ROM中64位序列号是出厂前被光刻好。相称于给每个DS18B20分派了一种独一无二64比特地址序列码，这就容许各种DS18B20工作同条一线总线上，从而大大简化了分布式温度传感系统应用。温度传感器完毕对温度测量，温度报警触发器TH和TL以及配备寄存器设立值均以一种字节形式存储在EEPROM中，使用一种存储功能命令可对其写入。（二）显示某些可以用数码管显示，电路如下图2-4所示。采用了MAX7219驱动器，对温度值进行实时输出显示，依照精度规定，设立一位小数。图2-4LED显示电路（三）键盘输入单片机监电路设计好坏，直接影响到整个系统工作可靠性。在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却浮现了“死机”、“程序跑飞”等现象，而用仿真器调试时却无此现象发生或很少发生此现象。有时会发当前关闭电源后短时间内再次启动电源，单片机系统会工作不正常，这些都很也许是由单片机监控电路设计不可靠引起。单片机监控电路重要有监控和看门狗两个功能。（四）通讯电路设计通信电路采用无线通信芯片来完毕。无线通信芯片种类繁多，方案选取CC1000来实现无线通信。CC1000是依照Chipcon公司SmartRF技术，在0.35μmCMOS工艺下制造一种抱负超高频单片收发通信芯片。它工作频带在315、868及915MHz，但CC1000很容易通过编程使其工作在300～1000MHz范畴内。它具备低电压（2.3～3.6V），极低功耗，可编程输出功率（-20～10dBm），高敏捷度（普通-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封装），集成了位同步器等特点。其FSK可达72.8Kbps，具备250Hz步长可编程频率能力，合用于跳频合同；重要工作参数能通过串行总线接口编程变化，使用非常灵活。CC1000可通过简朴三线串行接口(PDATA、PCLK和PALE)进行编程，有36个8位配备寄存器，每个由7位地址寻址。一种完整CC1000配备，规定发送29个数据帧，每个16位（7个地址位，1个读/写位和8个数据位）。PCLK频率决定了完全配备所需时间。在10MHzPCLK频率工作下，完毕整个配备所需时间少于60μs。在低电位模式设立时，仅需发射一种帧，所需时间少于2μs。所有寄存器都可读。在每次写循环中，16位字节送入PDATA通道，每个数据帧中7个最重要位（A6：0）是地址位，A6是M键盘（最高位），一方面被发送。下一种发送位是读/写位（高电平写，低电平读），在传播地址和读/写位期间，PALE（编程地址锁存使能）必要保持低电平，接着传播8个数据位（D7：0），PDATA在PCLK下降沿有效。当8位数据位中最后一种字节位D0装入后，整个数据字才被装入内部配备寄存器中。通过低电位状态下编程配备信息才会有效，但是不能关闭电源[5]。微控制器使用3个输出引脚用于接口（PDATA、PCLK、PALE），与PDATA相连引脚必要是双向引脚，用于发送和接受数据。提供数据计时DCLK应与微控制器输入端相连，别的引脚用来监视LOCK信号（在引脚CHP_OUT）。当PLL锁定期，该信号为逻辑高电平。2.3方案三：温度检测采用美国模仿器件公司（ADI）生产恒流源式模仿温度传感器AD590。它兼有集成恒流源和集成温度传感器特点，具备测温误差小，动态阻抗低，传播距离远，体积小，微功耗等特点。AD590配以ICL7016型单片A/D转换器即可构成三位半液晶显示温度传感器，通信采用RS-485原则。（一）温度采集电路AD590是由美国哈里斯（Hrris）公司、模仿器件公司（ADI）等生产恒流源式模仿温度传感器。它兼有集成恒流源和集成温度传感器特点，具备测温误差小、动态阻抗响应速度快、传播距离远、体积小、微功耗等长处，适合远距离测温、控温，不需要进行线性校准。AD590属于采用激光修正精密集成温度传感器。该产品有3种封装形式；TO-52封陶瓷封装（测温范畴是-55—+150℃）。不同公司产品分档状况及技术指标也许会有某些差别。例如，由ADI公司生产AD590，就有90J/K/L/M四档。此类器件外形与小功率晶体管相仿，共有3个管脚：1脚为正极，2脚是负极，3脚是接管壳。使用时将3脚接地，可起到屏蔽作用。AD系列产品以AD590M性能最佳，其测温范畴是-55—+150℃，最大非线性误差为0.3℃，相应时间仅20μAD590等效于一种高阻抗恒流源，其输出阻抗不不大于10MΩ，能大大减小因电源电压从5V变化到10V时，所引起电流最大变化量仅为1μA，等价于1℃测温误差。AD590工作电压为+4—+30V、测温范畴是+55—+150℃，相应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1μA。在298.15K（相应于25.15℃（二）通讯电路RS-485采用平衡发送和差分接受方式来实现通信：在发送端TXD将串行口TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传播后在接受端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传播线普通使用双绞线，又是差分传播，因而有极强抗共模干扰能力，接受敏捷度也相称高。同步，最大传播速率和最大传播距离也大大提高。如果以10Kbps速率传播数据时传播距离可达12m，而用100Kbps时传播距离可达1.2km。如果减少波特率，传播距离还可进一步提高。此外RS-485实现了多点互联，最多可达256台驱动器和256台接受器，非常便于多器件连接。不但可以实现半双工通信，并且可以实现全双工通信。半双工通信芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX3082、MAX1482等。全双工通信有SN75179、SN75180、MAX488～491、MAX1482等[6]。第三节设计方案拟定依照上一节中三个设计方案，下面对这三种设计方案进行比较：在方案二中，温度检测采用由DALLAS半导体公司生产智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器，它具备体积小，接口以便，传播距离远等特点。但价格较高。显示采用单片机I/O口扩展四片串并转换移位寄存器74LS164驱动四只1.5寸共阳级数码管，实时显示变压器温度。占用了较多I/O口，使系统可扩展性受到了一定限制[7]。复位电路采用MAX6304芯片来实现单片机系统监控电路。MAX6304是一款专用、高性能、低功耗微解决器监控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出CC1000单片可编程RF收发芯片。本设计成本较高，但可靠性更强，合用于对可靠性规定较高且不在乎成本场合。在方案三中，温度检测采用美国模仿器件公司（ADI）生产恒流源式模仿温度传感器AD590。它兼有集成恒流源和集成温度传感器特点，具备测温误差小，动态阻抗低，传播距离远，体积小，微功耗等特点。AD590配以ICL7016型单片A/D转换器即可构成三位半液晶显示温度传感器。显示采用MAX7219，占用了较少I/O口，通信采用RS485原则。此方案具备很高可靠性，液晶具备诸多长处，可以实现中文显示等，但设计中规定在较远距离就可以观测到温度值，因此这里采用液晶不能满足规定。故不选用此方案。在方案一中，单片机选用了PIC16F877，具备高性能、高可靠性、端口多等长处。温度检测电路使用内置铂电阻来检测温度变化，硬件电路较为简朴，光电隔离使用线形光耦，具备较好性能，抗干扰能力较强，显示电路使用MAX7219只占用三个I/O口连线较少，容易实现。通信芯片nRF401,其通信距离远，且不用编码，软件较容易实现。此外本方案还具备较好经济性和可扩展性，可满足各种不同变压器规定。综上所述，本方案具备较高性价比。依照上面对三个设计方案阐明比较可以看出，方案一具备较好抗干扰性，可扩展，经济性较好，并且采用无线通讯，具备较高性价比。因此在本设计中采用了方案一。详细硬件框图如下所示。图2-5温度控制系统构造框图如上系统框图所示，本设计以PIC16F877单片机为核心完毕系统设计，规定对油温进行实时采集，将采集成果送入MCU进行解决，然后按照工艺规定进行相应控制，实现对变压器温度全自动远程和就地监控，系统要具备完善保护功能，涉及过压、过载、缺相检测和保护，还要具备故障自诊断功能，在故障浮现时，给出故障信息，显示故障类型，便于工作人员及时进行检修；使用无线通信方式实现变压器控制器与中心控制室之间数据通信。使顾客随时理解变压器及风机运营状况，实现远程温度控制。温度检测电路通过预埋在变压器中铂电阻传感器获得油温信号，经信号调理电路解决后直接送入控制器A/D转换输入端，PIC单片机依照信号数据及设定各种控制参数，按照程序自动计算与解决，自动显示变压器油温，并输出相应控制信号，控制风机起停，电机保护电路涉及过压，过载，缺相等。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可控制八个数码管，特别合用于需要I/O口较多系统。信号通过无线通信芯片nRF401传播到控制室。以便对现场状况及时做出反映。nRF401是一种433MHz工业、科学、医用频段设计真正单片无线收发芯片,它采用频移键控调制技术。nRF401发射速率可达20kb/s。发射功率可调，最大发射功率10dBm,接受敏捷度-105dBm，具备工作半径大、适应性强特点。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本印刷电路板天线。nRF401尚有待机工作方式,可以更省电和高效。此外,该芯片只需少量外围元件,使用十分以便。以上只是对本方案简朴地做了简介，对于本系统详细硬件电路设计阐明将在下一章节中作详细阐述。第三章硬件电路设计第一节单片机选型硬件电路是整个设计核心，而单片机又是硬件电路核心，因此单片机选取显得至关重要。由于有温度检测，需要A/D转换，且需要较多I/O口，因此单片机采用PIC系列微控制器[8]。PIC系列单片机具备如下几种大特点：（1）开发容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且所有为单字长指令，易学易用，相对于采用CISC构造单片机可节约30%以上开发时间，2倍以上程序空间。（2）高速：PIC采用哈佛总线和精简指令集建立了一种新工业原则，指令执行速度比普通单片机要快4～5倍。（3）低功耗：PIC采用CMOS设计结合了诸多节电特性，使其功耗较低，PIC百分之百静态设计可进入休眠省电状态而不影响唤醒后正常工作。（4）低价实用：PIC配备有OTP型、EPROM型和FLASH型诸多形式芯片，其OTP型芯片价格很低。PIC还提供程序监视器和程序可分区保密保密位等功能，提供了基于Windos98以便易用全系列产品开发工具和大量子程序库和应用例程，使产品开发更容易和更快捷。依照设计规定，综合多方面因素，我选取了PIC16F87X系列PIC16F877单片机，它与其她3种单片机性能对照表如下所示。重要特性PIC16F873PIC16F874PIC16F876PIC16F877工作频率DC～20MHzDC～20MHzDC～20MHzDC～20MHz复位（与延时）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）FISA程序存储器/K4488数据存储器/字节192192368368EERROM数据存储器/字节128128256256中断13141314I/O端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口A，B，C端口A，B，C，D，E端口定期器/计数器3333捕获/比较/脉冲调制（PWM）2222串行通信MSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USART并行通信--PSP--PSP10位模数转换模块5个输入通道8个输入通道5个输入通道8个输入通道指令数/条35353535表3-1四种单片机性能比较表PIC16F877单片机是高性能类—RISCCPU，一共有35条单字指令，除程序分支是双周期指令外，其她所有指令都是单指令。工作速度：DC～20MHz时钟输入，DC～200ns指令周期。具备高达8K字（14位字长）FIASH程序存储器；高达368字节数据存储器（RAM）；高达256字节EEPROM数据存储器。中断能力多达14个内部/外部中断源。该单片机具备8级硬件堆栈，上电复位电路（POR）及上电延时定期器（PWRT）和振荡器起振定期器（OST），带有片内RC振荡器监视定期器（WDT）以保证可靠工作。它可编程代码具备保护功能，省电休眠（Sleep）方式。还可选取不同振荡器工作方式，有高速，低功耗CMOSFLASH/EEPROM技术。通过2个引脚可进行在线调试，编程只需要5V电源，通过2个引脚可进行在线调试，解决器有通道能对程序存储器进行读/写。单片机有宽范畴工作电压：2.0～5.5V，最大拉电流/灌电流可达25mA，普通符合商用级和工业级工作温度范畴。低功耗型：在4MHz时钟下，电源电压为5V时，典型工作电流值不大于2ma；在32kHz时钟下，电源电压为3V时，典型工作电流值不大于20μA；典型待命状态电流值不大于1μA。外围功能模块特性：·定期器TMR0：带有8位定期器/计数器。·定期器TMR1：带有前分频器16位定期器/计数器，在休眠期间可通过外部晶振/时钟增量计数。·定期器TMR2：带有8位周期寄存器.前分频器和后分频器8位定期器/计数器。·两个捕获/比较/脉宽调制（PWM）模块。·16位捕获输入最大辨别率为12.5ns，16位比较输出最大辨别率为200ns，脉宽调制（PWM）输出最大辨别率为10位。·10位多通道模数转换器（A/D）。·具备地址第九位检测通用异步接受器和发送器（USART/SCI）。·由外部RD.WR.和控制线CS8位宽度并行从动端口PSP（仅用于40/44引脚芯片）。·用于锁定（Brown-out）复位（BOR）锁定检测电路。由以上对单片机简介可以看出，PIC单片机性能高，并且自身带有10位多通道A/D转换器，在温度检测信号后就不需要设计专门电路来进行A/D转换，因此应用电路比较简朴，因而在本设计中就选用了PIC16F877单片机。第二节振荡器配备选取在本次设计中，咱们需要用到振荡器，下面对振荡器做个初步理解简介。PIC16F87X系列芯片都能在4种不同类型振荡器方式下工作，顾客可以通过对配备寄存器中振荡器选取位FOSC1和FOSC0进行编程选取其中一种工作方式[9]。LP方式：低功耗晶体振荡器方式；XT方式：晶体/陶瓷谐振器方式；HS方式：高速警惕/陶瓷谐振器方式；RC方式：阻容振荡器方式。2.1晶体振荡器/陶瓷谐振器方式在LP、XT和HS方式中，都是用晶体振荡器/陶瓷谐振器接到芯片OSC1和OSC2引脚上来建立振荡，见图3-2。PIC16F87X系列芯片振荡器设计规定使用以平行办法切割晶体,给出频率才干在晶体制造厂家特性范畴之内;而用顺序办法切割晶体，给出频率不在晶体制造厂家特性范畴之内。在这3种方式下，也可以用外部时钟源加在OSC1引脚上进行驱动，这时OSC2引脚可以直接开路，如图3-2所示。注意：（1）C1和C2推荐值和测试范畴内值相似，见表4、表5为石英晶体振荡器电容选取。（2）采用偏大电容值将有助于提高振荡器稳定，但同步会增长起振时间；（3）由于每一种陶瓷谐振器或晶体均有它自己特性，最佳规定制造厂商能提供所需要最佳配合外部元器件数值；（4）为避免超过晶体驱动能力，可在HS和XT方式下加上串联电阻Rs。图3-2LP、XT和HS石英/陶瓷振荡器注：（1）C1和C2推荐值见表3-4和表3-5。（2）对于AT办法切割晶体需要接串联电阻Rs。（3）RF随石英选取不同而变。图3-3外部时钟输入工作方式测试范畴类型频率OSC1/pFOSC2/pFXT455kHz68～10068～1002MHz15～6815～684MHz15～6815～68HS8MHz10～6810～6816MHz10～2210～22以上值仅为推荐值所使用谐振器455kHzPanasonicEFO——A455K04B±0.3%2MHzMurataErieCSA2.00MG±0.5%4MHzMurataErieCSA4.00MG±0.5%8MHzMurataErieCSA8.00MT±0.5%16MHzMurataErieCSA16.00MX±0.5%所有谐振器都不带内部电容值表3-4陶瓷谐振器OSC类型频率C1/pFC2/pFLP32kHz3333200kHz1515XT200kHz47～6847～681MHz15154MHz1515HS4MHz15158MHz15～3315～3320MHz15～3315～33以上值仅为推荐值所使用石英晶体32kHzEpsonC—001R32.768K---A±20×200kHzSTDXTL200.00kHz±20×1MHzESCESC-10-13-1±50×4MHzESCESC-40-20-1±50×8MHzEpsonCA-3018.000M--C±30×20MHzEpsonCA-30120.000M--C±30×表3-5石英晶体振荡器电容选取2.2RC振荡器对定期器规定不是很高应用，可以采用低成本RC振荡器方式。RC振荡器频率是电源电压、振荡电阻、电容C数值和工作温度函数，再加上由于制造中正常工艺参数变化，此外封装时引脚构造分布电容差别也会影响振荡频率，特别是在采用振荡电容值较小时，这种影响更明显。固然，顾客还必要考虑所使用振荡电阻和电容变化影响，图3-6是PIC16F877芯片与外部振荡电容和电阻连接电路图。推荐值：3k≤Rext≤≦100k；Cext﹥20pF图3-6RC振荡器工作方式复位PIC16F877芯片有如下几种复位方式：（1）芯片上电复位（POR）；（2）正常工作状态下通过在外部引脚上加低电平复位；（3）在休眠状态下通过在外部引脚上加低电平复位；（4）正常工作状态下监视器WDT超时溢出复位；（5）在休眠状态下监视器WDT超时溢出复位；（6）掉电锁定复位（BOR）。有些寄存器值不受任何一种复位操作影响，当芯片上电复位时，它们值是不拟定，并在其她形式复位后其值保持不变。而其她大多数寄存器上电复位、在正常工作期间用信号复位或WDT超时溢出复位，在休眠期间信号复位以及在掉电锁存复位后都会被复位成“复位状态”。但在休眠期间WDT超时溢出复位不会影响这些寄存器值，这是由于这种复位被当作是一种正常操作，故不应使任何寄存器值发生变化。表3-7为不同复位方式下上电延迟时间。表3-8为状态寄存器STATUS中和位在不同复位方式下不同值，在软件中可以运用这些位来拟定发生复位方式。振荡器配备上电掉电锁存休眠唤醒=0=1XT、HS、LP72ms+1024102472ms+10241024RC72ms--72ms表3-7不同状况下上电延迟时间表3-8状态寄存器STATUS位和它们意义阐明0X11上电复位（POR）0X0X无效，在上电复位时，被设立为10XX0无效，在上电复位时，被设立为11011掉电锁存复位（BOR）1101WDT复位1100WDT唤醒复位11UU在正常运营时复位1110在休眠或从修面状态中唤醒复位通过对以上进行分析阐明，本设计选用了XT方式即晶体/陶瓷谐振器方式。石英晶体选用4MHzESC-40-20-1型，OSC1和OSC2电容选取了30pF。第三节温度采集电路模块设计3.1温度检测电路温度是一种最基本环境参数，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度测量，因而研究温度测量办法和装置具备重要意义。测量温度核心是温度传感器，温度传感器发展经历了三个发展阶段：①老式分立式温度传感器；②模仿集成温度传感器；③智能集成温度传感器。当前，国际上新型温度传感器正从模仿式向数字式，从集成化向智能化、网络化方向飞速发展[7]。由于电力变压器内部带有铂电阻，为了硬件上便于实现，设计不采用模仿集成温度传感器和智能集成温度传感器，而是使用铂电阻电桥型温度检测电路进行温度检测。基于铂电阻电桥型温度检测电路具备精度高、性能稳定、调试容易、对器件规定不高、实用性强特点[3]。其检测电路图如图3-9所示。图3-9电桥型温度检测电路图3-10参照电压源电路图3-10中REF192是AD公司精密参照电压源,输出为+2.5V,即VREF=VD=+2.5V,故VA=VD(1+R2/R3)=+2.5(1+R2/R3)。图3-2中R8是铂电阻，其阻值为R(1+δ),其中R为铂电阻在0℃时阻值;δ=ΔR/R；VB=-R(1+δ)VA/R4,则有:V0=R1VAδ/R4由此可知,该电路输出电压与铂电阻阻值变化δ(或ΔR)呈线性关系。在图3-2中，R1=R2=R4=R5=R6=1KΩ,R3=10KΩ,R7=100Ω。该电路另一种长处是调试非常简朴,在R和R4拟定后,只需依照输出电压Vo变化范畴拟定R1阻值即可。电流流过铂电阻将会引起铂电阻温度升高,称其为自加热现象,从而带来一定测量误差,为了减小这种误差,必要减小流经铂电阻电流,可以通过减小A点电压和恰当选用R4阻值实现。而A点电压由参照电压VREF和R2/R3值共同决定,因而,应选取输出电压比较低参照电压源(图3-2中选2.5V),此外R2/R3值也要比较低。3.2光电耦合隔离放大电路由于现场电磁干扰特别大，工作环境比较恶劣，如果要使温控器在此环境中可以长期稳定、可靠地运营，就必要解决温控器抗干扰问题，否则将导致控制误差加大，甚至导致巨大损失。因此温度信号要引入单片机必要通过光耦隔离。光耦（OpticalCoupler）器件也称为光电耦合器或者光电隔离器，它是一种以光为中间媒介来传播电信号器件，普通把发光器件和光检测器封装在管壳内。当输入端加电信号时，发光器件发出光信号，光检测器接受到光信号后就产生光电流，从输出端输出，从而实现了“电--光--电”转换。普通光耦器件只能传播数字信号，而近年来问世线性光电耦合器可以传播持续变化模仿电压或电流信号[10]。三极管型光电耦合器由发光二极管和光敏三极管构成，发光器件为发光二极管，光检测器为光敏三极管。当输入为低电平“0”时，没有电流（或者电流非常小）流过发光二极管，二极管不发光，光敏三极管处在截至状态，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，有一定电流流过发光二极管，二极管发光，照射到光敏三极管上，产生一定基极电流，使光敏三极管处在导通状态，输出为低电平光电耦合器之因此能在传播信号同步有效抑制尖脉冲和各种噪声干扰，大大提高通道上信噪比，其重要因素如下。（1）光电耦合器输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源阻抗较大，普通为几百K欧姆。由分压原理可知，虽然干扰电压幅值较大，但馈送到光电耦合器输入端噪声电压很小，只能形成薄弱电流，由于没有足够能量而不能使发光二极管发光，从而被抑制。（2）光电耦合器输入回路与输出会之间没有电气联系，也没有共地，之间分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因而回路一侧各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一侧去，避免了共阻抗耦合干扰信号产生。光电耦合器重要长处是单向传播信号，输入端和输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传播效率高。使用光电耦合器还具备较好安全保障作用，由于光电耦合器输入回路和输出回路之间可以承受几千伏高压，虽然当外部设备浮现故障，也不会影响到单片机等重要核心设备。惯用光耦器件为TLP521-1，TLP521-4，4N25，HCRN200，SLC800等。普通光耦在数字隔离电路或数据传播电路中常惯用到，如UART合同20mA电流环。对于模仿信号，光耦由于输入输出线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模仿信号隔离应用。对于高频交流模仿信号，变压器隔离是最常用选取，但对于支流信号却不合用。某些厂家提供隔离放大器作为模仿信号隔离解决方案，如ADI公司AD202，可以提供从直流到几K频率内提供0.025%线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成隔离放大器内部电路复杂、体积大、成本高，不适合大规模应用。模仿信号隔离一种比较好选取是使用线形光耦。线性光耦隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦单发单收模式稍加变化，增长一种用于反馈光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性，但两个光接受电路非线性特性都是同样，这样，就可以通过反馈通路非线性来抵消直通通路非线性，从而达到实现线性隔离目。市场上线性光耦有几中可选取芯片，如Agilent公司HCNR200/201，TI子公司TOASTIL300，CLARELOC111等。本设计采用HCNR200/201进行设计。HCNR200/201内部框图如3-11所示图3-11HCRN200内部框图其中1、2引脚作为隔离信号输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。1、2引脚之间电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间电流分别记作IPD1和IPD2。输入信号通过电压-电流转化，电压变化体当前电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即K1与K2普通很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200变化范畴在0.25%到0.75%之间），但芯片设计使得K1和K2相等。在背面可以看到，在合理外围电路设计中，真正影响输出/输入比值是两者比值K3,线性光耦正运用这种特性才干达到满意线性度。HCNR200和HCNR201内部构造完全相似，差别在于某些指标上。相对于HCNR200，HCNR201提供更高线性度。采用HCNR200/201进行隔离某些指标如下所示：*线性度：HCNR200：0.25%，HCNR201：0.05%；*线性系数K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；*温度系数：-65ppm/℃；*隔离电压：1414V；*信号带宽：直流到不不大于1MHz。从上面可以看出，和普通光耦同样，线性光耦真正隔离是电流，要想真正隔离电压，需要在输入和输出处增长运算放大器等辅助电路。下面对HCNR200/201典型电路进行分析，对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与阐明。Agilent公司HCNR200/201手册上给出了各种实用电路[11]，其中较为典型一种如图3-12所示：图3-12线性光耦隔离应用电路设运放负端电压为，运放输出端电压为，在运放不饱和状况下两者满足下面关系：其中是在运放输入差模为0时输出电压，为运放增益，普通比较大。忽视运放负端输入电流，可以以为通过R1电流为，依照R1欧姆定律得：通过R3两端电流为，依照欧姆定律得：其中,为光耦2脚电压，考虑到LED导通时电压（）基本不变，这里作为常数对待。依照光耦特性，即将和表达式代入上式，可得：上式经变形可得到：将表达式代入（3）式可得：

考虑到特别大，则可以做如下近似：这样，输出与输入电压关系如下：可见，在上述电路中，输出和输入成正比，并且比例系数只由K3和R1、R2拟定，普通选R1=R2，达到只隔离不放大目。辅助电路与参数拟定：上面推导都是假定所有电路都是工作在线性范畴内，要想做到这一点需要对运放进行合理选型，并且拟定电阻阻值。运放可以是单电源供电或正负电源供电，上面给出是单电源供电例子。为了能使输入范畴可以从0到VCC，需要运放可以满摆幅工作，此外，运放工作速度、压摆率不会影响整个电路性能。TI公司LT1097单运放电路可以满足以上规定，可以作为HCNR200/201外围电路。电阻选型需要考虑运放线性范畴和线性光耦最大工作电流IFmax。K1已知状况下，IFmax又拟定了IPD1最大值IPD1max，这样，由于Vo范畴最小可觉得0，这样，由于考虑到IFmax大，有助于能量传播，这样，普通取10KΩ。此外，由于工作在深度负反馈状态运放满足虚短特性，因而，考虑IPD1限制，R2拟定可以依照所需要放大倍数拟定，例如如果不需要办法，只需将R2=R1即可。此外由于光耦会产生某些高频噪声，普通在R2处并联电容，构成低通滤波器，详细电容值由输入频率以及噪声频率拟定。拟定Vcc=5V，输入在0-4V之间，输出等于输入，采用LMV321运放芯片以及上面电路，下面给出参数。R1=200KΩ,R2=174,R3=33KΩ,C1=47P,R4=2.2KΩ,C2=33P,R5=270Ω，R6=6.8KΩRP1=50KΩ，C3=C4=C5=C6=0.1uF。通过线形光耦隔离可以较好地抑制现场各种干扰，达到了系统设计规定技术指标。第四节按键输入和显示电路某些设计4.1按键输入电路模块设计系统中共用了四个按键，一种为清除键，别的三个为温度设定键，四键共用一种键盘服务程序。SET键为温度范畴设定开始键，UP为温度递增键，DOWN为温度递减键，每按下一次，温度变化一度。当SET键按下时系统进入键盘服务子程序，表白进入温度设定状态，系统初始值是45℃—55℃，对于温度设定是在这个基本上进行递增或递减，再次按下SET键时，表白进入上限值设定，由UP键/DOWN键对温度值进行调节，如果不需要设定温度值，则按取消键退出，持续按下SET键三次，则进入下限值设定。图3-13按键输入电路图4.2显示电路某些设计1.MAX7219驱动数码管接口电路由于要对变压器油温进行实时显示，因此显示电路稳定性就十分重要。普通显示大都采用使用单片机I\O口作为数码管位选线和段选线，或者使用移位寄存器。但这会占用大量端口，且硬件电路也十分复杂。若采用液晶显示，能满足设计规定，但因其价格昂贵，因此设计不采用液晶进行显示。设计采用美信公司集成显示芯片来实现温度显示，其不但硬件电路十分简朴，并且占用端口又较少可以满足设计规定[12]。MAX7219为8位LED显示驱动电路，可以持续驱动8位7段数据显示。在芯片内部集成了一种BCD译码器，段地址和位地址驱动以及一种88位静态随机存储器。只需要一种外部电阻，就可以对的驱动所有LED段地址。单一数据位更新无需对整个显示重新写入。这个芯片具备低功耗工作模式以及数字化光亮控制。顾客可以依照自己需要，自第一位到第八位显示数据，同步，芯片内部还具备使数码管中每一段二极管都点亮测试模式。重要特性：⑴独立LED段码控制 ⑵BCD译码与段码两种模式选取⑶150μA低功耗关闭模式（数据保存）⑷数字化光亮控制⑸驱动共阴极LED显示⑹24管脚封装MAX7219和单片机连接有三条引线（DIN、CLK、LOAD）采用16位数据串行移位接受方式。即单片机将16位二进制数逐位发送到DIN端,在CLK上升沿到来前准备就绪，CLK每个上升沿将一位数据移入MAX7219内移位寄存器，当16位数据移入完，在LOAD引脚信号上升沿将16位数据装入MAX7219内相应位置，在MAX7219内部硬件动态扫描显示控制电路作用下实现动态显示[13]。图3-14MAX7219时序图芯片数据传播时序如图3-14所示，在时钟脉冲CLK上升沿作用下，16位串行数据依次从DIN端输入到MAX7219移位寄存器，然后在LOAD上升沿被锁存到芯片内部数据或控制寄存器中。LOAD上升沿必要在第16个时钟脉冲上升之后和下一种脉冲上升沿之前浮现，否则数据将会丢失。由于在16.5个时钟脉冲上升之后，从DIN端进来数据将出当前输出引脚DOUT上，以便在级联应用时传到下一种MAX7219。图3-15数码管接口电路图依照本设计温度精度规定，用了3个数码管显示温度大小，由MAX7219驱动3个七段数码管接口电路如图3-8所示。其中LOAD、DIN、CLK分别接到单片机RC1、RC2、RC3，此外还应注意对于MAX7219连接到V+和ISET端电阻REST可对数码管亮度进行调节，但不得不大于9.53K欧姆，在本设计中选用了阻值为33K欧姆电阻。2.运营及故障显示电路为了能保证系统正常工作，需要对系统运营状态实时监控，设计中为了以便看到系统状态，设立了三套监测与批示装置，变压器安装现场有一套，它是由控制风机起停接触器、检测故障继电器常开或常闭触点控制。电路图如下图3-16所示。在风机正常运营时，控制回路中继电器常开触点就会由于继电器线圈得电而接通，触点一侧发光二极管点亮，批示风机处在正常运营状态。在故障显示电路中，过载故障显示是当其中任意一组风机发生过载后，过载继电器常开触点就会由于继电器线圈得电而接通，触点一侧发光二极管点亮，批示当前风机过载运营，过载信号通过光电隔离送入主控室单片机，单片机接到低电平信号，及时做出响应，将接在相应端口风机组切除。缺相故障时信号传送及其显示电路原理和过载时基本一致，在风机每一相中都接了一种继电器线圈，有缺相时，继电器常开触点就会由于继电器线圈得电而接通，触点一侧发光二极管点亮，批示当前风机缺相运营，缺相信号通过光电隔离送入主控室单片机，单片机接到低电平信号，及时做出响应，将接在相应端口风机组切除。当过压时，过压信号通过光电隔离送入主控室单片机，单片机接到低电平信号，及时做出响应，发光二极管点亮，将接在相应端口风机组切除。图3-16风机故障显示电路在本电路中需要用8输入或/或非门对信号进行选通，下面来简朴简介一下8输入或/或非门芯片CC4078工作原理。CC4078芯片引脚排列图如图3-17所示。图3-17CC4078芯片引脚排列图引出端功能阐明：A～H数据输入端Vdd正电源Vss地W原码输出端Y反码输出端该芯片电源电压范畴是3V～15V，输入电压范畴是0～Vdd，在本控制回路中电源电压是5V，满足电路设计规定。第五节无线通信系统设计设计中要实现变压器无人看守，因而需要将现场温度信号，故障信号送入控制室，以便于工作人员随时掌握变压器现场运营状况。通信可以采用无线和有线两种方式实现，设计中规定采用无线通信来实现。nRF401单片UHF无线收发芯片可以满足设计规定，其硬件电路设计过程在如下进行详细解说。在本设计中,无线射频模块采用挪威Nordic公司推出nRF401无线收发芯片。该芯片使用433MHzISM频段,是真正单片UHF无线收发一体芯片,她在一种20脚芯片中涉及了高频发射、高频接受、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等,是当前集成度最高无线数传产品[14]。nRF401是一种为433MHz工业、科学、医用频段设计真正单片无线收发芯片,它采用频移键控调制技术。nRF401发射速率可达20kb/s。发射功率可调，最大发射功率10dBm，接受敏捷度-105dBm。具备工作半径大、适应性强特点。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本印刷电路板天线。nRF401尚有待机工作方式,可以更省电和高效。此外,该芯片只需少量外围元件,使用十分以便。nRF401工作过程为：在发射开始时一方面发射同步信息,令收/发双方同步,同步结束后传播目地址,然后传送采集数据。接受模块总是先接受码流中同步信息,一旦收到同步信息后及时进行位同步,获得位同步后,进行码同步,码同步完毕后开始接受1个地址信息。接受到地址信息后，用接受目地址同自己身份码进行比较,若身份码相符就将数据送给上位机,不符则忽视[15]。nRF401无线收发芯片构造框图如图3-18所示：图3-18nRF401内部框图内部构造可分为发射电路、接受电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几某些。发射电路包具有：射频功率放大器、锁相环(PLL)，压控振荡器(VCO)，频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器，产生电路所需基准频率。其重要特性如下：●工作频率为国际通用数传频段eFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；●采用PLL频率合成技术，频率稳定性极好；●敏捷度高，达到．105dBm(nRF401)；●功耗小，接受状态250~A，待机状态仅为8A(nRF401)；●最大发射功率达+10dBm；●低工作电压(2．7v)，可满足低功耗设备规定；●具备各种频道，可以便地切换工作频率；●工作速率最高可达20Kbit／s(RF401)；●仅外接一种晶体和几种阻容、电感元件，基本无需调试；●因采用了低发射功率、高接受敏捷度设计，使用无需申请允许证，开阔地使用距离最远可达1000米(与详细使用环境及元件参数关于)。引脚排列和功能nRF401无线收发芯片具备2O图3-19所示是其引脚排列。图3-19nRF2401引脚排列各引脚功能如下：VSS-PA、VSS为参照接地端；VDD为电源端，接+3.3V直流电源；VDD-PA为功率放大+1.8V电源输出端；ANT1、ANT2为天线接口端；XC1、XC2为晶振端；IREF为参照电流端，通过22K电阻接地；PWR-UP为上电端；CE为工作状态使能端；CS为片选端，控制对nRF2401PWR-UP、CE和CS引脚状态组合设立，控制nRF401主工作方式，当状态组合为1、1、0，1、0、1或1、0、0时，芯片分别处在掉电状态；CLK1、CLK2为通道1、2时钟信号端，由控制器提供，在突发传递模式下，控制器在时钟上升沿由DATA引脚向nRF401写入数据，在下降沿从nRF401DATA引脚读出数据；DR1、DR2为通道1、2接受数据就绪信号端；DATA、DOUT为通道1、2数据端，控制器与nRF401由CLK、DR和DATA构成三线接口互换传播数据，通道1可接受和发送数据，通道2只能接受数据[15]。引脚号引脚名称引脚功能描述1CE数字输入用于激活芯片接受或发送模式2DR2数字输出数据信道2接受数据准备好输出，表达可以接受数据3CLK2数字输入/输出接受数据信道2时钟输出/输入4DOUT2数字输出接受数据信道25CS数字输入片选，用于激活配备模式6DR1数字输出该脚输出可用于表达数据信道1接受数据已准备好7CLK1数字输入/输出在数据信道13—线接口发送时钟输入和接受时钟输出/输入8DATA数字输入/输出接受信道1/发送数据输入/3—线接口9DVDD功率数字电源正端，使用时应退耦10VSS功率接地（0V）11XC2模仿输出晶振接入端12XC1模仿输入晶振接入端13VDD-PA功率输出功率放大器电源端（1.8V）14ANT1射频天线接口115ANT2射频天线接口216VSS-PA功率接地（0V）17VDD功率+3VDC电源端18VSS功率地（0V）19IREF模仿输入参照电流输入端20VSS功率地（0V）21VDD功率+3VDC直流电源端22VSS功率地（0V）23POW-UP数字输入功率上限24VDD功率+3VDC电源表3-20nRF401引脚功能设计电路时应注意如下问题。重要时序参数TX与RX之间切换当从RX切换TX模式时，数据输入脚(DIN)必要保持为高至少1ms才干收发数据。当从TX切换到Rx时，数据输出脚(DOUT)要至少3ms后来有数据输出。Standby与RX之间切换从待机模式到接受模式，当PWRUP输入设成1时，通过3ts时间后，DOUT脚输出数据才有效。对nRF401来说，ts最长时间是3ms。nRF401无线收发芯片有各种工作模式。不同工作模式下时序如表3-21所示表3-21不同工作模式下时序从待机模式到发射模式，所需稳定最大时间是t。PowerUp与TX间切换从加电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中TXEN输入脚必要保持为低，以便于频率合成器进入稳定工作状态。当由上电进入发射模式时，TXEN必要保持lms后来才可以往DIN发送数据。从上电到接受模式过程中，芯片将不会接受数据，DOUT也不会有数据输出，直到电压稳定达到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振荡器，这个时间可以缩短到3ms。应用电路及设计应注意问题在实际应用中，微控制器采用Microchip公司PIC16F877单片机，分别用单片机RC4、RC5、RC6、RC7、RE2口各管脚控制nRF401DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS这五个脚即可。详细连接可在芯片使用时，设定好工作频率，进入正常工作状态后，依照需要进行收发转换控制，发送／接受数据或进行状态转换。在本设计中无线通信电路如下图3-22所示。硬件电路设计要点如下:（1）射频电路对于电源噪声相称敏感,必要采用星形布线办法使数字某些和RF某些有各自电源线路,并且应在接近集成电路电源引脚处分别去耦。（2）外接VCO电感应选用高频电感,Q>45,精度为2%,本设计采用深圳顺百科技有限公司LQW18AN22NG00,电感精度对无线通信距离有较大影响,也可使用精度为5%,但通信距离会大大减小。VCO电感连线应与其她控制线保持一定距离,应避免数字控制线从电感引脚之间通过,并且应当使VCO电感元件中心距离nRF401VCO1,VCO2引脚焊盘中心514mm左右,电感元件选取与布局很重要,是设计成败核心点。图3-22无线通信电路（3）在电路板正反两面均使用大面积铺铜作为接地面,使所有器件容易去耦,两面铺铜应使用各种过孔相连,所有对地线层连接必要尽量短,接地过孔应放置在非常接近元件焊盘处[16-17]。（4）天线设计使用PCB板环形天线,尺寸为35mm×20mm,天线增益为-11dB,天线阻抗为380Ω，天线应位于PCB板顶部,天线某些不要铺铜,关于环形天线设计可参照Nordic公司技术文档nAN400—03和nAN400—05。（5）如果PCB板VCO电感设计合理,当模块处在接受状态时,nRF401第4管脚电压应为1.1±0.2V。

第六节主回路某些设计6.1风冷机保护简要简介风冷式电动机是电动机一种形式。电动机保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。如电动机直接启动时，往往产生4～7倍额定电流启动电流，可以由接触器或断路器来控制，电器触头应能承受启动电流连接和分段考核，应当要选用可频繁操作接触器。在使用中往往于启动器串联在主回路中一起作用，此时由启动器接触器来承载启动电流考核，而其她电器只承载普通运转中浮现电动机过载电流分段考核，至于保护功能由配套保护装置来完毕。此外，对电动机控制还可以采用无触点方式，即采用软启动控制系统，电动机主回路由晶闸管来连接和分断，有为了避免在这些元件上持续损耗，正常运营中采用真空接触器承载主回路（并联晶闸管上）负载，这种控制有程控或非程控，近控或远控，慢速启动或迅速启动等各种方式，此外，依赖电子线路，很容易做到如电子式继电器那样各种保护功能。电动机在运营中也许发生故障是各种各样，它与设计和制造质量、使用条件、工作方式以及使用维护等因素密切有关，故障因素也比较复杂。详细分析电动机损坏重要因素，可以协助对的地使用和维护电动机，并能减少不应有电动机损坏。电动机在运营中往往会浮现过载故障、过压故障、缺相