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摘要:本文介紹了89c51單片機溫控系統(tǒng)的電路設計、軟件的設計以及其主要功能,展現(xiàn)出了它較于其它溫控系統(tǒng)的優(yōu)越性。
關鍵詞:單片機;溫控系統(tǒng);程序存儲器;溫度傳感器;轉(zhuǎn)換;顯示電路
隨著科技在不斷的進步,在電力方面對于精準的溫度監(jiān)測也是刻不容緩。下面就關于89c51單片機溫控系統(tǒng)的開發(fā)做出了一些探討。
隨時可以對傳感器電纜進行斷線測量,并用指示燈給出提示;巡回檢測變壓器繞組的溫度,實時顯示當前所測繞組的溫度值;根據(jù)設定的門檻溫度值進行判斷,驅(qū)動顯示電路、斷電器及其報警裝置進行相應的動作;對門檻溫度值進行重新設定。
2、系統(tǒng)硬件電路設計
系統(tǒng)主要有溫度傳感器、顯示電路、控制電路、聲音報警電路、鍵盤及通訊電路6大部分組成。
(1)主機電路特性及其在系統(tǒng)中的應用
ATMEL公司的AT89c51單片機是一個功能強大的微型計算機,它為許多單片機控制系統(tǒng)提1個極度靈敏并且有效的解決問題方法。最典型特點是片內(nèi)4k字節(jié)的Flash,可作為片內(nèi)可重復編程的程序存儲器。它具有以下特點:片內(nèi)含128B的RAM數(shù)據(jù)存儲器;4個8位并行I/O端口;2個16位定時器/計數(shù)器;6個中斷源;喚醒時間短;開發(fā)環(huán)境方便、高效,程序調(diào)試方便,在開發(fā)過程中易進行程序的修改且與MCS-51兼容。
(2)溫度傳感器
準確地測溫是控溫的前提,在這套系統(tǒng)中對變壓器繞組溫度的測量采用溫度傳感器Pt100.Pt100是一種新型的電流傳感器,化學性能穩(wěn)定,抗氧化能力強,靈敏度較高,在-200℃～+600℃溫度范圍內(nèi)輸入電流與熱力學溫度成正比(干式變壓器的工作范圍為0℃～200℃),適應了變壓器溫度測控系統(tǒng)的要求。
鉑熱電阻與溫度之間的關系近似線性關系。Pt100的輸出為電流型輸出。電流轉(zhuǎn)換為電壓,采用如圖1所示的電路。 
(3)鍵盤接口電路的設計
按照工藝要求以及節(jié)省空間的原則,設計了1×3獨立式鍵盤,利用89C51的P1口來實現(xiàn)。大體原理:89C51掃描這3位,如果哪位電平由高變低,表示和該位相連的鍵被按下。確定后,單片機將按程序設定執(zhí)行相應的功能。在獨立式按鍵的電路中,各按鍵開關均采用了上拉電阻,上拉電阻為10k,這是為了保證在按鍵斷開時,各I/O接口線有確定的高電平。通過鍵盤操作,可以實現(xiàn)對溫度門檻值T1,T2,T3和T4的設定。還有兩個功能鍵,分別命名為修改和定位。修改鍵是用來對系統(tǒng)的門檻值進行修改,定位鍵用來確定輸入數(shù)值是門檻溫度值的哪一位。系統(tǒng)定時對鍵盤進行掃描,若檢測出修改鍵被按一下,則表明對溫度T1進行了重新的設定。我們根據(jù)實際情況,把門檻溫度值T1,T2,T3和T4分別設定為80,100,130和150℃。
(4)顯示電路的設計
在人機界面上顯示電路主要由3個部分組成:設計相指示燈先是電路、信號指示燈電路以及四位數(shù)碼管溫度電路。相指示燈的功能是用來指示傳感器電纜斷線所在的相。信號指示燈電路的作用:當系統(tǒng)測出變壓器任意1相繞組溫度超過其溫度門檻值時,將點亮相應的信號指示燈(綠色信號燈表示該相溫度高于風機啟動溫度T2,黃色信號燈表示其溫度值高于超溫報警設定溫度值T3,紅色信號燈表示溫度高于變壓器繞組允許的最高溫度設定值T4)。
溫度顯示系統(tǒng)能夠定時對變壓器三相的實時溫度值進行巡回顯示,每1相溫度值持續(xù)顯示的時間為5s,四位七段數(shù)碼管顯示系統(tǒng),第1位用于相顯示,其他3位用于溫度數(shù)據(jù)顯示(十進制表示)。
(5)風機啟動控制電路
在該監(jiān)控系統(tǒng)中,有3組風機可以實現(xiàn)對變壓器繞組的降溫。拖動電機及功率:公有2組,A相和C相分別與零線構(gòu)成220V供電,每相可帶3個單相風機,最大功率500W。兩相供電可帶6個風機,最大拖動功率1000W.3個單相風機由接線端A,B,C輸出,可帶6個小風機,最大拖動功率為1000W。
(6)報警電路的設計
為引起現(xiàn)場工作人員對異常信息的注意,該監(jiān)控裝置提供了聲音報警功能,報警電路通過I/O口輸出信號,經(jīng)NPN型三極管來驅(qū)動蜂鳴器進行報警,它主要有超溫和超高溫閘報警2種,其區(qū)別在于報警時間的長短不同。
(7)與上微機的通訊
在單片機和PC之間傳送數(shù)據(jù)及接口問題,因為PC機采用的是RS-232電平,而單片機采用TTL電平。EIA-RS-232是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài),TTL以高低電平表述邏輯狀態(tài),為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接,必須在EIA-RS-232和TTL電路之間進行電平和邏輯關系的轉(zhuǎn)換。因此采用MAXUM公司的MAX232作為串行口與RS232串行通訊之間的聯(lián)絡器件。
3、軟件的設計
(1)系統(tǒng)主程序的設計
主要流程圖如圖2所示。 
(2)定時器中斷服務程序
首先,定時采樣3個通道的溫度值,為防止其應用場合受尖脈沖干擾的影響,對溫度采樣值利用數(shù)字中值濾波技術(shù),即對每1繞組的溫度和環(huán)境溫度連續(xù)采樣15次,15次的采樣時間共計15s。然后去掉最高、最低的5次采樣溫度值,余下求平均,便可得到要顯示的變壓器繞組的實際溫度值和環(huán)境溫度值。然后,取其變壓器繞組溫度與環(huán)境溫度的相對值進行比較,每當定時器產(chǎn)生中斷時,對鍵盤進行掃描,看是否對們門檻溫度值進行修改。調(diào)用實溫度處理子程序,判斷實時溫度所在的工作范圍,將其結(jié)果一方面送輸出通道(包括顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)),另一方面與上微機進行通訊。
在軟件設計方面,為確保單片機連續(xù)工作,啟用Watchdog避免軟件出現(xiàn)死循環(huán)、出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象,實現(xiàn)系統(tǒng)對變壓器溫度的控制功能。
4、結(jié)論
雖然曾經(jīng)出現(xiàn)過多種類型的干式變壓器溫控系統(tǒng),但一般都為純電子器件構(gòu)成的溫控系統(tǒng)。89c51單片機與線性度較好的溫度傳感器Pt100有機的結(jié)合起來,是干式變壓器溫度控制系統(tǒng)的一個突破,這套系統(tǒng)的特點就是結(jié)構(gòu)簡單,所需電子器件少,從而降低了系統(tǒng)的整體成本,該系統(tǒng)可滿足電力系統(tǒng)對于干式變壓器運行安全性的要求,且功耗低,使用方便,具有十分廣泛的應用前景。
參考文獻:
[2]張毅剛,彭喜元,姜守達,等.新編MSC-51單片機應用設計[M].黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1990.
[3]鄭海英,于鐵利, 鄭宏偉,單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應用[M]遼寧工學學報,2005,25(6):362-364.
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