基于C單片機(jī)的干式變壓器溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于 80C51 單片機(jī)的干式變壓器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了一種基于 80C51 單片機(jī)的干式變壓器溫度控制系統(tǒng)，并分析了其系統(tǒng)硬件組成、軟件設(shè)計(jì)及抗干擾技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：干式 器； 片機(jī)；溫度控制系 中圖分類號(hào)：TM403.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：10018425（2013）01003003Temperature Control System Design of Dry-Type Transformer Based on 80C51 Single Chip ProcessorAbstract：The temperature control system of dry-type tra

2、nsformer based on 80C51 single chip processor is presented. The hardware, software and anti -interference technology application of the system are analyzed.Key words：Dry-type transformer； Single chip processor； Temperature control system1 引言溫 度控制及其報(bào)警控制對(duì)干式變壓器意義重大 。變壓器繞組溫度若超過(guò)絕緣耐受溫度，絕緣可靠性就會(huì)降低，甚至將被破壞，而這

3、也直接導(dǎo)致變壓器不能正常工作。 這種情況不僅使變壓器的使用壽命縮短，也會(huì)帶來(lái)一定的安全問(wèn)題。傳統(tǒng)的干式變壓器的溫度控制系統(tǒng)在溫度控制及報(bào)警控制方面做的已經(jīng)比較完善， 但是局限于其與上位機(jī)之間的有線通信， 系統(tǒng)的移動(dòng)性和靈活性比較差，不能隨時(shí)隨地了解變壓器溫度。本文中所述系統(tǒng)在傳統(tǒng)溫度控制及報(bào)警控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用無(wú)線模塊與上位機(jī)通信，有效地解決了這一問(wèn)題，使溫度監(jiān)測(cè)更加方便。定的閘門溫度比較， 判斷該溫度下是否需要執(zhí)行動(dòng)作，若需要，則通過(guò)輸出電路執(zhí)行相應(yīng)的超溫報(bào)警、風(fēng)機(jī)的停止與啟動(dòng)以及跳閘等動(dòng)作， 同時(shí)通過(guò)數(shù)碼管等顯示模塊顯示并通過(guò)串口通信及無(wú)線通信模塊向上位機(jī)發(fā)送溫度數(shù)值、 警報(bào)信息等，

4、以便用戶接收。 圖 1 為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。溫度傳感器輸出電路超溫報(bào)警跳閘模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機(jī)風(fēng)機(jī)鍵盤串口通信顯示模塊無(wú)線通信模塊2 硬件組成圖 1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是溫度采集、數(shù)2.1 主控芯片據(jù)判斷處理和輸出控制。 它通過(guò)三只鉑電阻傳感器80C51 單片機(jī)是 MCS-51 系列單片機(jī)的一種 ，采集變壓器三相繞組的溫度值，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換芯片由Intel 公司開(kāi)發(fā)。 80C51 單片機(jī)是一個(gè) CMOS 8 位將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送至單片單片機(jī)，具有低電壓、高性能的特點(diǎn)。它共有 40 個(gè)雙機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行分析，將該溫度與之前通過(guò)鍵盤設(shè)列直插式引腳， 內(nèi)有 1

5、28 個(gè) RAM 單元及 4K 的第 1 期劉嬌璇：基于 80C51 單片機(jī)的干式變壓器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)31ROM，32 個(gè)外部雙向 I/O 端口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口，2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫(xiě)口線。 由于 80C51 的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來(lái)源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用作為控制核心。2.2 溫度傳感器溫度傳感器選擇 Pt100 溫度傳感器， 其溫度與阻值的關(guān)系如圖 2 所示。 傳感器的核心是鉑熱電阻，其輸出為電流，其阻值與溫度的變化關(guān)系式為：R(t)=R0(1+At+Bt2)其中，A =3.90802 10 -3

6、/ ；B =-5.802 10 -7/ ；R0 =100。180170160150R/1401301201101009080-50050100150200t/圖 2 傳感器溫度與阻值關(guān)系圖從圖 2 可知， 在干式變壓器工作范圍的 0到200溫度區(qū)間內(nèi)，Pt100 溫度傳感器的阻值與溫度具有良好的線性關(guān)系，這給高精度的溫度測(cè)量帶來(lái)了便利。2.3 A/D 轉(zhuǎn)換由 于溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)為電流模擬量，而單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)需為數(shù)字量，所以將溫度傳感器通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電壓模擬量之后，還需要在二者之間需增加一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換芯片。本系統(tǒng)中，選擇了 AD0804 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的功能。AD08

7、04 芯片是 8 位連續(xù)漸進(jìn)式 A/D 轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成， 輸入方式為單通道， 轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 100s， 它的非線性誤差為1LSB，分辨率為 1/256。 它的轉(zhuǎn)換速度快、分辨率高，價(jià)錢便宜，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上，適用于本系統(tǒng)。 實(shí)際管腳連接時(shí)，可以將溫度傳感器所在的轉(zhuǎn)換電路的輸出與管腳 6 相連，作為該芯片的輸入；DB0-DB7 分別與單片機(jī)的一個(gè)并行 I/O 端口相連，作為輸出。 ADC0804 的管腳圖如圖 3 所示。2.4 無(wú)線模塊單 片機(jī)輸出的控制量可以經(jīng)過(guò)串口輸出到無(wú)線模塊上。 本系統(tǒng)選用上海某公司的 SRWF-1(V6.1)圖 3 管

8、腳圖型微功率無(wú)線數(shù)傳模塊。 SRWF-1(V6.1)提供 1 個(gè) 9針的連接器， 兩個(gè)串口， 支持 1 200b/s、2 400b/s、4800b/s、9 600b/s 和 19 200b/s 等標(biāo)準(zhǔn)接口波特率 ，也提供其他非標(biāo)準(zhǔn)接口波特率。 該模塊的接收電流小于 20mA，發(fā)射電流小于 40mA，休眠時(shí)電流僅為20A；微發(fā)射功率最大可達(dá) 10dBm(10mW)；可得到實(shí)際誤碼率為 10-510-6；在視距下，有大于 300m 的可靠傳輸距離；可根據(jù)需要擴(kuò)展到 16/32 信道。 它具有高抗干擾能力、低誤碼率、傳輸距離遠(yuǎn)、低功耗、高可靠性、體積小及重量輕等特點(diǎn)。實(shí)際電路連接中， 將該無(wú)線模塊與

9、單片機(jī)串口相連，采用標(biāo)準(zhǔn) RS232 接口方式連接，將短路跳線 D短接，其他引腳可懸空不接，其示意圖如圖 4 所示。用戶SRWF-1設(shè)備接口接口圖 4 連接示意圖將短路跳線 B、C 短接，在 3 號(hào)信道設(shè)定信號(hào)發(fā)送和接收頻率。 若將上位機(jī)的發(fā)送和接收頻率加以恰當(dāng)設(shè)置，則兩機(jī)即可相互通信。3 軟件設(shè)計(jì)軟件部分由一個(gè)主模塊和六個(gè)子模塊構(gòu)成，六個(gè)子模塊分別為溫度讀取模塊、鍵盤處理模塊、閘門溫度判斷模塊、故障動(dòng)作模塊、通信模塊和顯示模塊。 系統(tǒng)包括子模塊在內(nèi)的各數(shù)據(jù)的初始化將在主模塊中完成。 子模塊中，除鍵盤處理模塊和通信模塊需要采用中斷方式工作外，其他各模塊均由主模塊調(diào)用。 一些子模塊的功能如下。3

10、2 第 50 卷總的來(lái)說(shuō)， 溫度讀取模塊獲得的及時(shí)溫度將會(huì)在閘門溫度判斷模塊把該溫度與由低到高的閘門溫度進(jìn)行一次比較，并執(zhí)行相應(yīng)的故障或非故障動(dòng)作，同時(shí)該溫度各種報(bào)警信息將由二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成BCD 碼并在 LED 顯示器上顯示出來(lái)。當(dāng)上述過(guò)程進(jìn)行完后， 程序?qū)⑾騿纹瑱C(jī)請(qǐng)求中斷， 并向通過(guò)串口與單片機(jī)連接的無(wú)線通信模塊發(fā)送溫度及報(bào)警信息，供用戶查看。鍵盤處理模塊主要用于對(duì)閘門溫度的修改。 當(dāng)按鍵被按下時(shí)，程序向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，用戶可以通過(guò)不同的按鍵輸入不同的閘門溫度值， 中斷程序進(jìn)而修改預(yù)先設(shè)置好的標(biāo)志位達(dá)到修改閘門溫度的效果。 系統(tǒng)程序的流程圖如圖 5 所示。開(kāi)始系統(tǒng)初始化溫度獲取鍵盤有輸入是鍵

11、盤處理否閘門溫度比較動(dòng)作執(zhí)行顯示，通信圖 5 系統(tǒng)程序流程圖4 抗干擾技術(shù)的應(yīng)用干式變壓器的工作環(huán)境比較惡劣， 變壓器的火花放電、接地故障、電暈或電桿電路的切換等會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的脈沖噪聲，屬于電磁波干擾，這些噪聲的傳入會(huì)給系統(tǒng)對(duì)溫度的測(cè)量帶來(lái)一定的誤差， 而這些誤差有時(shí)會(huì)直接影響系統(tǒng)故障動(dòng)作的判斷， 進(jìn)而帶來(lái)一定的損失、危險(xiǎn)。 所以，要從硬件和軟件兩方面應(yīng)對(duì)干擾。4.1 硬件方面（1）使用差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器對(duì)共模信號(hào)有抑制作用， 而電磁波干擾也屬于工模信號(hào)， 會(huì)被抑制，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。（2）使用 RC 濾波電路。 RC 濾波電路屬于低通濾波電路，而隨機(jī)的脈沖噪聲屬于高頻信號(hào)。當(dāng)含有噪

12、聲的信號(hào)通過(guò) RC 濾波電路時(shí)，高頻部分，即噪聲部分將被過(guò)濾掉，增強(qiáng)了抗干擾能力。（3）使用電源濾波器。在電源變壓器的初級(jí)串聯(lián)一個(gè)電源濾波器后，高頻干擾被一定程度地遏制，這可以解決交流電源和干擾源線的干擾。 濾波電路如圖 6 所示。L1C2輸入C10.01FC4 輸出0.22FC30.01FL20.01F圖 6 濾波電路（4）為提高電氣隔離和抗干擾能力，可在故障動(dòng)作電路中使用光電耦合器件。（5）壓敏電阻器的應(yīng)用可以吸收不同極性的過(guò)電壓。4.2 軟件方面（1）中值濾波技術(shù)。每次對(duì)同一項(xiàng)溫度連續(xù)采樣多次，起點(diǎn)為其中最高和最低的幾個(gè)溫度值，其余各值再求平均。（2）看門狗芯片的使用?？撮T狗芯片的主要作用是避免沖虛出現(xiàn)死循環(huán)。5 結(jié)論本溫度控制器可實(shí)現(xiàn)干式變壓器三相繞組溫度的采集、風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)、超溫報(bào)警及跳閘等功能，尤其在可以將采集的溫度信息與報(bào)警信息通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送帶來(lái)的移動(dòng)性和靈活性及抗干擾技術(shù)的全面性方面較之前溫度控制器有一定的優(yōu)勢(shì)。 溫度控制器的應(yīng)用將提高干式變壓器的安全性