《高压开关柜温度测控系统设计》12000字（论文）

高压开关柜温度测控系统设计摘要高压开关柜在生产生活中一直被广泛使用，作为用电环节中的保障的一环，高压开关柜的安全性很重要。高压开关柜在运行过程中会导致电路老化，电路老化又容易使设备过热从而发生故障，造成严重的损失。如今的高压开关柜为了防止出现事故，都会在内部设置一些监测温度的装置。现有的高压开关柜无法准确及时获取高压开关柜内部温度情况。用电量也在不断的增加，一种能够实时精准测量高压开关柜温度的技术应运而生。针对高压开关柜自身的特点，分别对其软件和硬件方面的设计进行了相应的改善。对硬件电路的设计主要运用了振荡电路、混频电路、频率检测电路和数据询问电路，温湿度传感器模块设计，电机模块设计和蜂鸣器报警电路，该硬件电路有许多优势，可以有效的减少或消除外部的干扰。根据对应用的情况，针对温度检测的关键点进行相应的布置，提高了温度检测的有效性，并且对于现在已有的温度算法对高压开关柜温度不敏感问题，对算法进行了相应的改善，最后设计出的高压开关柜运行良好符合科学合理性，在完善高压开关柜上提供了一定的参考。关键词：高压开关柜；温湿度传感器；测温；电力设备目录TOC\o"1-3"\h\u一、绪论 一、绪论1.1研究背景高压开关柜是多种设备组合在一起的组合类设备，其中包括断路器、互感器、母线、避雷器以及将相关控制电器、测量仪器仪表、保护动作装置和相关辅助设备，把这些设备通过布局，合理运用空间最后集合在一个封闭的电箱内。高压开关柜的主要目的就是把传输到的电按照相应的需求进行分配，高压开关柜有着许多的优点，极少的占地可以分配在大多数地方，同时高压开关柜的内部结构紧密，减少了安装时的工作量，有效的减少了在对高压开关柜进行安装工作的时间，目前，10到35千伏的电压基本上都是通过高压开关柜来进行控制的，2006年，我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中也有相应的提及REF_Ref32565\r\h[1]。高压开关柜在生产生活中一直被广泛使用，高压开关柜的运行随着时间的推移会逐渐产生许多安全问题,同时也产生了许多不可预知的故障REF_Ref375\r\h[2]。我国的各电力公司在使用高压开关柜时出现过严重程度有大有小的事故，最终都造成了公司的经济损失。当高压开关柜中的电路通过大电流时，与其连接的电阻就会产生大量的热量，尤其是当分配到某一部分的电流过大，最终导致那一部分热量过大，最终导致电路烧毁。因此，需要对高压开关柜内部的局部电路进行温度的检测，实时检测电路中温度的变化，在温度超过预设的上限，可能发生安全隐患时及时停止并对高压开关柜设备进行维修，方式发生电力事故造成更大的经济损失REF_Ref430\r\h[3]。随着运行时间的推移，高压开关柜内部元件老化，电阻的阻值增大也会导致高压开关柜内部温度过高而发生电力事故，及时发现并维护能有效减少电力事故的发生。在电力是第一动力的今天，高压开关柜内部发热而引发的电力事故依然屡见不鲜，通过对发生事故的高压开关柜进行分析研究，分析后发现发生事故的主要原因不外乎一点，就是高压开关柜自身的因素，大部分发生事故的高压开关柜都缺乏了相应的内部温度检测手段，无法及时获取到高压开关柜内部温度的变化情况，导致对高压开关柜的维护和事故的预防变得困难。如今为了更好的预防电力事故的发生，一种能够实时精准测量高压开关柜温度的系统应运而生，在电力事故预防方面具有重要的意义。1.2国内外研究现状高压开关柜是3-35kV交流金属封闭开关设备的俗称，它是3-35kV电网中最大面积是配电设备。由于国内外市场需求的日益多样化和国外代以先进技术的不断引进，20世纪80年来。国内电器制造行业推出了几十种型号的高压开关柜产品，打破了高压开关柜过去几十年一直以少油断路器为主开关的GG-1和有限的几种手车式开关柜的落后局面。新推出的高压开关柜所配的主开关元件有真空断路器、SF6断路器、负荷开关、接触器和熔断器。高压开关柜按柜内主元件的安装方式分为固定式和移开式，简称固定柜和手车柜。移开式高压开关柜又根据手车的位置分落地式和中置式两种。按安全等级分为铠装式、间隔式和箱式。按柜内主绝缘介质分为空气绝缘柜和气体绝缘柜(充气柜)。现有的高压开关柜无法准确及时获得红外光谱图，也很难直接观测到内部腊片的融化情况，也就无法准确及时获取高压开关柜内部温度情况。针对这些问题，国内外都研制出不同高压开关柜内部温度的检测模式，同来完善人工检测的诸多不足。其中，源无线测温、光纤测温、红外测温这几种得到了较为广泛的认可，这几种测温技术原理如下：（1）有源无线测温有源无线测温在之前就有应用的实力，是属于应用较为广泛的一种技术。其工作原理就是通过电池提供电能，以此来为温度测量的传感器工作，在相应的节点上检测温度，当节点处于休眠状态时传感器也会进入到休眠状态，降低了电能的消耗，同时，利用无线传输的方式把温度数据传输到相应的设备，进而实现对高压开关柜温度的检测。有源无线测温传感器的优点是对电能消耗低，并且安装简单，可以适用于大部分的高压开关柜，同时也减少了对高压开关柜的安装的繁琐程度REF_Ref5110\r\h[5]。（2）光纤测温光纤测温就是根据光纤在不同温度下对光的反射、衍射和吸收作用的不同来进行温度的检测。光纤测温的方式很多，但主要分为两个类型：分布式光纤测温和点式光纤测温。分布式光纤测温主要是基于散射原理，其中基于拉曼散射原理而产生的技术应用较为成熟，目前在某些公司已经开始实际使用测试；点式光纤测温包含许多种类，其中主要有荧光式、半导体吸收式与光纤光栅式。总的来说，光纤测温就是通过温度对光的反射的影响，不同的温度对光反射的影响程度不同，根据相应的变化进行解码最终测出温度。若在高压开关柜里使用光纤测温，因为静电的原因许多灰尘和杂质会附着在光纤上，随着时间的推移，光纤的绝缘性遭到破坏造成电力事故，同时光纤的造价较高，在维护方面的支出也会较高。（3）红外热成像测温红外测温的原理就是通过对发热源进行红外线测量，根据黑体辐射定律，物体的温度越高，那么其所散发出的红外辐射也就越强。通过检测物体向外散发的红外辐射能量，再由相应的传感器吸收后，经过一系类转化，最终变成可以测量的信号，最终显示出物体的温度。相比于光纤测温REF_Ref5292\r\h[6]，红外测温不需要和被测物体进行接触，只需要在被测物体旁就能测出物体温度，因此没有了静电吸尘的影响，同时，红外测温只能测量一部分的温度，若不能覆盖，就会出现遗漏的地方，对开关柜的检测不能整体进行，覆盖的成本又太高，很难满足开关柜监测的需求。1.3主要研究内容本论文主要以研究高压开关柜内部温度检测问题，通过对国内外相关材料的分析，对各种方法进行的深入研究出有缺点，针对高压开关柜的测温问题，本论文模拟使用无线声表面波技术来实现对高压开关柜温度的实时检测，以无源无线的方式来实现数据的传输。本设计可以适用于较小的高压开关柜，拥有更高的精度，同时也能实时检测。工作的具体内容如下：1．通过对过内外高压开关柜技术的研究分析，得出高压开关柜的发展现状，并且得出现有的高压开关柜所存在的优点和缺陷，通过对各种测温方式进行分析比较，最终确定使用无线声表面波的测温方式。2．根据高压开关柜环境特点，对软硬件进行了设计，硬件电路的设计主要运用了振荡电路、混频电路、频率检测电路和数据询问电路，该硬件电路有许多优势，可以有效的减少或消除外部的干扰，可以检测到更精确的温度数据REF_Ref5423\r\h[7]。3．结合高压开关柜的结构特点，针对发热点进行相应的温度检测点，在减少了数据量的同时，还使布局更具合理性。

二、系统的总体设计本设计分为硬件设计和软件设计两个部分，硬件设计分为，SAW传感器部分，包括振荡电路，混频电路和频率检测电路。单片机模块，包括时钟电路模块和复位电路模块，除此之外，还有温湿度传感器模块设计，A/D转换模块设计，电机模块设计，蜂鸣器报警电路，液晶显示模块电路设计，加热板模块设计REF_Ref5531\r\h[8]。软件设计部分包括开发工具的介绍和主程序流程图。在本次设计中，使用SAW传感器的优势在于传感器之间不会相互干扰，提高测量结果的可靠性与稳定性，使用单片机进行模块设计主要基于以下三点，第一就是能够稳定的工作，第二个就是考虑到它的价格问题，第三个就是因为单片机处理性能高。将这两样配合使用才能更好发挥它们二者性能。对于复位电路模块就是让处理器达到复位的作用。对于混频电路的作用就是通过两个信号相减就能得到消除。A/D转换模块REF_Ref5648\r\h[9]是将来自传感器的模拟输入量转换为数字量，并将其发送到单片机当中。在系统软件设计方面，主要对高压开关柜温控系统进行上电，用温度传感器进行高压开关柜温度的检测REF_Ref5773\r\h[10]，最后，为了使系统不受外界因素的干扰，所以对高压开关柜温度控制系统进行了一系列避免干扰的措施，然后在编程和导入之后在protues中对图形进行模拟和调试。

系统硬件设计3.1SAW传感器的分类换能器(IDT)是由压电基片和多根电极构成。叉指换能器根据叉指结构不同分为单指换能器和双指换能器。通过对单指换能器和双指换能器的对比发现，单指换能器的机构相对于双指换能器较为简单。此外，单指换能器和双指换能器所需要的光刻精度也有所不同，单指换能器需求的精度较低，但应用较为广泛。机械波反射时，前者为周期为P=PI/2的栅阵：当λ=c时，发生布拉格反射，此时得到的合成信号最强。对于双指叉指换能器来说，叉指间距小，对光刻精度要求也就较高REF_Ref5887\r\h[11]。双指换能器控制下的评率响应更加精准。在给声表面波叉指换能器的两根总线通上交流电时，在内部产生压电效应，压电基片会根据交流电的频率做出相应的变化，生成有规律的信号。当叉指换能器的周期PI为声表面波波长整数倍时，能够激励出非常强的SAW信号。能够影响IDT的因素有：(1)声表面波叉指周期M；(2)成对指条数量；(3)孔径大小；(4)金属膜厚度等。许多应用广泛的传感器中，SAW类的传感器也经常出现，SAW温度传感器主要是根据对所测物体的温度变化而做出相应的变化的传感器。基于SAW的传感器还包括了延迟线型和谐振型，其中一些传感器需要在外部进行电能供给才能运行，也有些传感器不需要外部供给就能运行。而声表面波温度传感器则有四种类型，包括源谐振型和延迟型、无源谐振型和延迟型。在本论文中主要以10到35千伏的高压开关柜为例，高压开关柜所控制的电压较大，也就更容易导致高压开关柜内部发热。并且高压开关柜无法因为测温的原因而停电，使得传感器要在高压开关柜的复杂且恶劣的环境中持续运行，这就提高了对传感器选择上的要求。3.2SAW传感器系统要使传感器之间不会互相干扰，利用中心频率较窄的频带的传感器，这样就能使传感器间的工作稳定。在应用实例中，为了能提高测量结果的可靠性与稳定性，会装上两个采集天线采集反馈信息，这样就尽可能的避免了相邻传感器间的串扰REF_Ref6027\r\h[12]。通过在高压开关柜内部需要监测的区域放置传感器探头，数个测温探头，同时在该区域安装两根采集天线，因为每个传感器的中心频率不同，所以传感器要把信号反馈到采集器进行各自的处理。通过RS485将数据传输到网络再通过网口、串口以及GPRS等方式传输到监控平台，监控平台根据所收到的信息进行分析归纳，对于存在安全隐患的数据进行报警。3.3单片机模块设计图3.1STC89C51主控芯片随着微处理器技术的不断发展。在系统的设计中所采用的芯片。它的体积越来越小，性能越来越高，耗电量越来越低。处理速度越来越快。在本次系统的设计中，根据以下几个方面来进行控制系统芯片的选择。第一个就是要能够稳定的工作。一个系统正常稳定的工作是最重要的，有些微处理器的芯片的抗干扰能力非常差，因此不适用于本系统。技术最成熟的芯片就是本次系统所选择的芯片STC89C51。第二个考虑的就是它的价格问题。本次设计的系统主要应用于高压开关柜温度测控系统，因此需求量非常大，所以做出来的产品价格要迎合市场，这样才能够符合大众消费。第三个就是它的处理性能的高低。选择一款合适的芯片首先要考虑它的处理速度，如果处理速度过慢，那样有可能性能不优。出于这几个方面的考虑，所以选择STC89C51，如图3.1所示。3.3.1时钟电路模块时钟电路是最重要的，没有时钟电路微处理器也就没有办法正常的工作，STC89C51芯片所需要的晶振是12MHz，因此与晶振所组成的电容应该选择30pf，这样配合使用才能使系统的性能发挥到极致。微处理器主要是依靠晶振来工作的，也就是说晶振能提供一个固定的步长的工作频率。其电路如图3.2所示：图3.2时钟电路模块3.3.2复位电路模块复位电路的作用是当微处理器通电时可以通过简单的操作达到让处理器复位的作用，简单来说，当工作过程中出现问题和故障时，只需要按下复位按钮便可以重新运行和工作。当要对现有的电路重启时，电路并不会进行自动复位，还需要手动操作REF_Ref6122\r\h[13]。准确地说，工作程序在运行的过程中如果有错误的话，可以运用复位的方法加以解决。图3.3所示的就是复位电路，当上电的时候RST端口的电压是高电平系统同时对电容进行充电，当按下复位按钮的时候，电容按钮以及1K的电阻就会形成通路，这时候电容就会放电使得复位端口的电平变成低电平，来完成复位操作。图3.3复位电路模块3.4SAW传感器模块设计3.4.1震荡电路震荡电路又被称为晶振电路，晶振电路的作用是向SAW传感器内部发送脉冲信号，使得传感器能够运行，在整个系统中十分关键。震荡电路能够不通过外界因素实现对电路中的电信号转换，实现直流变交流的作用。通常会按照不一样的输出波形实现电压的正弦和非正弦更替，按照系统模块电路的设计把震荡电路划为两种类型，分别是反馈式和负阻抗式。本次高压开关柜温度测控系统使用的震荡类型为负阻抗式，通过数据采集部分实现对信号频率的选择，继而进行模块系统的组合匹配，构成闭环反馈，反馈系统包含电路放大模块、负反馈模块、频率选择模块REF_Ref6226\r\h[14]。SAW震荡电路的工作原理如图3.4所示，实现温度采集与判断。输出信号基本放大器AMP输出信号基本放大器AMP反馈信号反馈信号SAWSAW匹配电路匹配电路 匹配电路匹配电路图3.4SAW振荡电路的工作原理结构图振荡电路虽然有很多种类型，但主要使用的振荡电路只有两种，分别数皮尔斯振荡电路和柯比兹振荡电路。对这两种振荡电路进行比较，相对于柯比兹振荡电路，皮尔斯振荡电路具有稳定性高并且结果简单的特点.3.4.2混频电路高压开关柜内部集合了多种设备，使得高压开关柜内部的元器件和电路全部布置在了很小的空间，内部环境带来的干扰使SAW传感器测量产生影响。经过相关的研究计算，本设计最终决定采用混频的方式来消除高压开关柜内部环境产生的影响。混频器的是由两个输入端与一个输出端组成的，混频器把两个输入端的信号在内部转换，最后通过输出端输出转换完成后的信号。与此同时，混频电路中的输入为双路表面波振荡电路的输出，在两个输入信号中，有一个是温度测量时产生的信号，另一个是对环境的测量产生的信号。因此，当高压开关柜内部环境产生干扰时，通过混频器的两个输入信号都受到了一样的干扰，通过两个信号相减就能得到消除环境干扰后的信号，以达到提高对高压开关柜温度测量的准确性REF_Ref6654\r\h[15]。此外，在经过混频器处理后的信号属于低频信号，相比较于高频信号，低频信号在本设计中更加适用。其等效的电路原理图如图3.5所示。图3.5混频芯片等效电路原理图3.4.3频率检测电路本设计所采用的是声表面波触感器，通过对其输出端的检测得到相关的数据。检测的方法有很多种，但主要使用的有两种方法：频率检测法和相位检测法。频率检测法具有较高的精确度，但在检测的过程中偶尔会出现频率的跳跃；相位检测法通过对比输入输出端的相位变化来测量，繁琐的过程导致相位检测法的灵敏度较低。本设计采用频率检测法来实现对振荡电路的检测，电路原理图如3.6所示：图3.6频率检测法原理图由上图可知，频率检测电路具有两个输入端，在两个输入中，一个是输入测温传感器所产生的信号，另一个是输入以环境为参考的信号，在两个输入端口把输入信号传递到混频电路中时，就能得到频率差：。本设计中所采用的检测方法可以消除外部干扰，尤其是在高压开关柜这种内部环境复杂的设备上非常适用，可以有效提高对高压开关柜内部温度测量的准确性。3.5温湿度传感器模块设计本次基于单片机的温湿度采集系统用于检测温湿度的模块为DHT11传感器,能够进行对周围环境因子温度以及湿度的检测,并且通过内部电路将信号转换为可用的电信号，发送给主电路，DHT11的性能十分稳定，并且耐久度高。温湿度传感器的内部电路中包含了一个感湿元件一个测温元件，能够通过与8位单片机的连接，进行快速的信号转换。在DHT11进行温湿度检测的时候，会通过内部程序进行电信号强弱的控制。DHT11占用的空间很小，并且内部功率的消耗很低，是本次设计的最佳选择REF_Ref6762\r\h[16]，其连接原理如图3.7所示。当用户端的微控制单元进行一次信号传输之后，DHT11会进行速度很快的环境因子采集，当传输信号的工作任务结束之后，DHT11会对用户端的微控制单元发送一个反馈信号，并且进行一次数据因子的处理，通过蓝牙传输模块发送给用户，DHT11收到微控制单元的信号就会进行数据采集，反之，则不采集，并在一段时间后自动进入低功耗模式。在DHT11传感器生产的过程中，每一个都会进行校准，设定的参数程序储存在DHT11的内部存储空间中，在DHT11进行温湿度检测的时候，会通过内部程序进行电信号强弱的控制。DHT11占用的空间很小，并且内部功率的消耗很低，是本次设计的最佳选择。当用户端的微控制单元进行一次信号传输之后，DHT11会进行速度很快的环境因子采集，当传输信号的工作任务结束之后，DHT11会对用户端的微控制单元发送一个反馈信号，并且进行一次数据因子的处理，通过蓝牙传输模块发送给用户，DHT11收到微控制单元的信号就会进行数据采集，反之，则不采集，并在一段时间后自动进入低功耗模式。其分辨率决定了所收集的关于水温的信息，倘若存在分辨率的不同从而在此情况下，得到的温度值的数据也有所不用，在这个情况下，温度转换的延迟时间会从2s缩短为750msREF_Ref6971\r\h[17]。晶振在低温的和环境下会对水温的感应度很弱，则会产生脉冲输入的效果，这样水温就会对高温度系数影响就相对较大，此时计数器2就会进行脉冲输入。计数器1以及水温存储器的基本参数就会被设定为-55摄氏度。1号计数器采用减法计算低温系数产生的脉冲输入信号。当计数器中设置的参数从1减到0时，水温记忆值相应增加到1，计数器1当中所设定的数值也就会被重新设定，低温的脉冲输入信号也就会被计数器重新开始计数，就这样进行类推，当计数器2中所计的总数变为1的时候，水温存储器的数值就会不再累加，停止时候的数值也就是水温经过测试之后的水温了。单片机P1.2口用来发收串行数据，即数据口。连接传感器的Pin2（单总线，串行数据）。图3.7DHT11接口图传感器的第一脚是电源脚，接电路板的电源。第二脚是数据端，接单片机的I/O口P1.2，把数据传输到单片机。第三脚是接地端，接电路板的地。3.6A/D转换模块设计模拟/数字电路就是将来自传感器的模拟输入量转换为数字量，并将其发送到单片机当中REF_Ref7105\r\h[18]。将A/D转换中断的模式使用到本次的设计中，转换后的信号标记将连接到单片机的中断引脚或相应的I/O接口引脚，并在转换完成的同时提交中，在收到单片机的回复后，将相关数据传送到中断服务程序，使处理器与A/D转换器一起工作，进而可以缩短机器时间。型号为ADC0832是数字/模拟转换电路中使用的最核心的芯片。型号ADC0832的芯片是使用分是采集的方法进行八路模拟信号，其中有着八路的模拟开关，其每个开关都有相对性的通道，并且只是一个想要将地址的锁存来设置译码电路，时间是在100微秒之内的。系统原理图如图3.8所示。图3.8A/D转换模块3.7电机模块设计风扇联动电路内部的电动风扇，是通过直流电动机进行直接控制的，并且高压开关柜温度测控系统的也是通过直流电动机进行直接控制的，如果DHT11检测到高压开关柜内部的湿度超出了预警值，那么系统就会驱动直流电机，进行风扇开关的连通。系统内部的风扇联动通过两个三极管进行电信号的放大，再进行数据信号的发送。3.8蜂鸣器警报电路在电路板上的三极管供应的蜂鸣发生器发出单一的声音，从微操控器接受针脚当作电源，设置程序进行定时，并启动警报器。经过PNP9012完成电流的加大，当适合条件时输出低电平，蜂鸣器无声无息地响起。如图3.9所示图3.9蜂鸣器警报电路3.9液晶显示模块电路设计LCD1602液晶显示屏是物美价廉且实用的显示屏，广泛应用于各领域。通电后在接收到单片机的电信号后就会持续保持其中某个点的亮灭，在准确显示内容的同时也能一直维持比较高的画面质量REF_Ref7216\r\h[19]。LCD1602的主要能源消耗为内部电极和驱动IC，其他部分包括背光源所需的能源消耗很低，所以LCD1602整体耗能较低，同样的电能储备下LCD1602比大多数显示屏能运行更久的时间。LCD1602液晶显示屏带背光源的具有16个引脚口，不带背光源的有14个引脚口，每个引脚都具有特定的功能，能够实现用户需要。如表3.1所示

表3.1LCD1602引脚说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极本设计中对LCD1602液晶显示屏的接线方法非常简便，把各数据管脚与单片机控制管脚相连，在LCD1602的A0口上接上一个滑动电阻，以及把电源和地管脚连接在单片机上的电源和地，就完成了显示模块设计。此外，还可以在背光接口上添加电阻用于降低电流，防止背光灯功率过大而被烧坏，阻值可以根据自己测试完成，在电阻后面增加两个发光二极管，更换电阻直至发光二极管的亮度达到最佳即可REF_Ref7314\r\h[20]。而在A0接上一个滑动电阻则是为了了解LCD极板驱动电压，当电压过高时LCD就会显示出黑色，也就是所有点全部都是黑色，慢慢调节滑动电阻，电压升高，黑色的点就会开始慢慢变亮，找到显示清楚的点应用就完成了显示模块调试的步骤了。在本次设计中，LCD1602引脚分别连接数据线和控制线，显示模块电路如图3.10所示。图3.10LCD1602连接图3.10加热板模块设计本次高压开关柜温度测控系统设计的加热模块使用的是半导体加热板，主要的工作原理是热电效应，比较常见的热电效应实例，包括明显的热电效应。其内部结构包含两种半导体，分别是N型和P型。P型半导体没有过多的可移动电子，当处于加热状态的时候会产生电势差。N型半导体有较多的可移动电子，当内部处于制冷状态的时候会产生电势差。所以该模块的内部存在电势差的时候，可移动电子会从多的一端，流向少的一端，从而导致能量的上升，同时自然也是消耗能量，整体模块的温度将会趋近相同。热释红外传感器也就是该模块中的热电堆，其上半部分的功能用于制冷，下半部分的功能用于加热。也就是说当P型半导体内部的电子流向N型半导体的内部，从而形成大量的空穴，就会导致连接点的温度上升。从而实现整体模块的加热。也就是说，半导体加热制冷模块能够通过多种的组合方式，进行更多功能设计的实现，一个N型半导体和一个P型半导体能够形成一个热电偶，给予一个电势差，就会在两个半导体连接的地方形成电子的转移，如果可移动电子从N流向P，那么该模块的温度就会降低，从而实现制冷功能，如果可移动电子从P流向N，那么该模块的温度就会上升，从而实现加热功能REF_Ref7608\r\h[21]。图3.11系统总体电路图

四、系统软件设计4.1开发工具介绍Keil美国KeilSoftware公司的一款C语言开发系统，这款系统兼容单片机，与普通的汇编相比而言，这款系统功能优良，而且在使用时很可靠。Keil系统中主要包含了C编译器、连接器、库管理等等一系列功能强大的期间，具有完整的开发方案，其主要是利用集成开发环境mVision将方案中的各个元素都组合起来。若要运行Keil，就需要Petium或者是比其更高级的CPU，16MB或者是具有更多的RAM、20M以上的硬盘空间、WIN998、NT、WIN2000、WINXP等系列的操作系统。4.2主程序流程图开始开始系统初始化系统初始化温度传感器检测温度温度传感器检测温度是是温度是否在范围内温度是否在范围内启动加热冷却模块启动加热冷却模块液晶显示温度液晶显示温度结束结束图4.1主程序流程图首先对高压开关柜温控系统进行上电，传感器和显示屏进行初始化，温度传感器进行高压开关柜温度的检测，通过数模转换芯片转换数据，并将数据发送至单片机，判断温度是否在预先设置的范围内，如果在，则继续进行温度检测，如果不在，则启动加热降温芯片，进行对内部温度的控制，流程如图4.1所示。4.3温湿度检测模块流程图依据传感器通信协议，应当先利用单片机I/O口激发信号，随后把数据线的控制权进一步转给传感器，再者就是利用WHILE语句对I/O口电平进行监测，进而把我时序，保证数据输出正确。DHT11传感器模块软件流程图如图4.2所示。结束并保持高电平开始结束并保持高电平开始P3.2输出低电平延时18msP3.2输出高电平读P3.2引脚判断是否为低电平从机80µｓ低电平是否结束从机80µｓ高电平是否结束单片机进行数据接收将数据按十进制数位存入数组延时40ms NO YES NO 图4.2DHT11传感器模块的软件流程图传感器模块的主要任务就是对温湿度数据源进行相应的采集,首先,数据口的连接段先进行低电平的输出,其次就是在的延时后进行高电平的输出,再者就是在的延时后进行引脚的读取,看其是否是低电平,如果读取的结果是低电平,那么久应当对从机进行判定,看其高电平是不是结束,否则还要进行断续度。若高电平结束就利用单片机接收数据,进一步将数据存入特定的数组,否则仍然要进行断续读。。

五、系统仿真5.1系统硬件调试系统如果想要正常的运行，那么就要有一定的可靠性。为了使系统不受外界因素的干扰，因此，对高压开关柜温度测控系统进行了下面一系列的避免干扰的措施：1.利用硬件电路的可靠与稳定性，进一步实现系统中某些模块的功能。2.在进行印制电路板设计的时候，布线设计需要恰当合理，主要目的是避免元件、电路之间的不利因素。3.接地线的设计应当加宽，目的在于尽可能减少接地时产生的电阻。4.尽可能不要太长的平行走线，目的在于减少在布线的时候产生的电容。5.在进行元件排列，或者是对信号进行走线的时候，要保持井井有条，还要简介明了，主要目的在于防止电路之间产生作用。6.在对系统进行操作的时候，按钮和机械开关等等器件可能会出现火花，这个时候就可以选择RC电路对火花进行吸收。7.将10uF的电解电容与系统的主电源输入端进行连接。把0.01uF的高频电容与集成电路电源的引脚相接。遇到抗噪性能弱以及电流变化较大的元件，就需要在芯片的VCC与GND两者之间加入0.01pF去藕电容。8.CMOS芯片具有较弱的抗阻性，极其被干扰，因此，在电路的运行中，如果存在不运行的输入端，那就应当将闲置的输入端和地进行连接。9.研究表明，元器件质量的好坏于系统而言，有着较大的影响。在进行元器件选择的时候，应该看好其质量，选择质量好的正品元器件。在使用之前，还需要对器件进行筛选。关于接插件的选择，应该挑选抗震性能相对较好而且接合相对可靠的接插件。5.2系统软件调试系统中的程序和重要的数据基本上都被存储于ROM中，这种状态就使得系统软件的抗干扰性有了先决条件。当控制系统在受到干扰之后，单片机就会有所反应，程序指针就会处于乱跳的状态，还会存在死循环以及跑飞的状态，这也就是所说的“冲程序”。所以说，为了防止系统被干扰，就应当进行一些措施来避免干扰：首先，为防系统出现错误的开关动作，对于电机控制信号，需要进行数量较多的读入，读入之后还需要进行多方面的比较，最后选择占数较多的状态进行运行；而如果干扰是由机械开关在抖动的时候所引起的，那么就可以选择软件延迟进而避免这种干扰。其次，在程序进行的时候要对数据进行复核，只有程序数据正确了才能保证系统可以正常运行。5.3程序导入软件是在KeilC环境下编写的，它能够实现对程序的调控，还可以实时掌握程序的工作状态，使用起来也不复杂，是C语言设计最好的环境。再设计的过程中，首先的工作是安装KeilC，学习它的使用方法，当这些工作完成后，将开发的程序其导入Protues。5.4软件仿真在编程和导入之后，本文需要在Protues中对图形进行模拟和调试。绘制仿真图，确认程序导入后点击Protues中的调试按钮，点击开始调试，仿真开始运行。如有必要，单机模拟图中的信号采集器以提供必要的信号。软件仿真的目的是核对程序的工作形式是否合理，检验结果是否正确。举个例子来说，当软件进行仿真的时候出现异常，则需要检查程序编写的正确性和仿真图连接的正确性，以达到最佳效果，如图5.1所示。图5.1系统仿真运行图

结论在电力安全要求日益提高的基础上，本设计通过对已有的高压开关柜进行研究归纳，在对高压开关柜内部测温的方法进行分析，设计改进了声表面波温度传感器的功能，在这些基础上设计了一个精准度高、体积小的高压开关柜内部温度检测系统。由于该设计使用的是Protues仿真，无法进行SAW传感器的仿真，因此在仿真用使用DHT11传感器进行取代，并通过STC89C51单片机进行控制以及数据的处理。对温度实时监控的设计上，本设计很好地实现了以下几个功能。1．传感器的精确度和抗干扰能力得到了提升。在实际的运用中，经常会出现传感器受到外部环境的干扰导致数据的异常，针对这个问题，本设计改善了无源无线声表面波传感器，通过在电路设计上增加振荡电路、混频电路、频率检测电路，使传感器的抗干扰能力得到了提升，同时也大大增加了传感器的精确度，减少了因干扰而发生的事故。2．对温度传感器的布局更加科学合理。结合对高压开关柜应用的实例，高压开关柜在温度传感器的布局上要简单，成本要得到控制，并且安全性要得到保障，最终设计出一套与众不同的开关柜测温布局方案，在加强了测量的数据实用性的同时，也保证了数据的可靠性。3．相对温度算法在温度检测中效果较好。现有的温度算法基本上都是单一的，本设计结合了绝对温度、相对温度的复合温度多种算法，对于高压开关柜内部温度情况判断更为准确。相对温度算法能及时反映高压开关柜的状态，在温度变化超过安全值时及时发出警报，电力事故的预防准确性得到了提高。

参考文献孙正来.高压开关柜温度在线监测技术研究[D].