電力變壓器運行實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計樣本

電力變壓器運營實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計概述§1.1問題提出§1.2當(dāng)前國內(nèi)外發(fā)呈現(xiàn)狀§1.3預(yù)期目的系統(tǒng)功能規(guī)定，本論文解決問題及達到目的。系統(tǒng)方案設(shè)計本章重要是對課題重要技術(shù)指標及功能進行分析，并提出各種技術(shù)方案進行經(jīng)濟、技術(shù)比較（涉及：系統(tǒng)可靠性、可擴性等方面），最后確認一種最優(yōu)技術(shù)方案?！?.1系統(tǒng)功能及技術(shù)指標在本節(jié)給出系統(tǒng)整個電路原理框圖；§2.2單片機系統(tǒng)方案選取§2.3電力變壓器溫度檢測方案選取簡介電力變壓器在正常工作狀態(tài)下，內(nèi)部溫度范疇，在不同溫度下應(yīng)投切電扇數(shù)量，以及傳播功率關(guān)系（如果也許給出曲線來加以闡明），闡明控制溫度和檢測溫度重要性，并給出本課題溫度檢測方案；§3.4電力變壓器冷卻設(shè)備運營狀態(tài)檢測方案設(shè)計對于油泵，闡明油泵重要性，油泵作用，常規(guī)對油泵監(jiān)測辦法，本課題如何實現(xiàn)檢測；提出檢測方案；對于電電扇：闡明電扇重要性，分析電扇也許浮現(xiàn)幾種故障類型，并依照故障類型，給出電電扇也許幾種檢測方案，并進行經(jīng)濟、技術(shù)比較；當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時，有幾種報警方式，以及實現(xiàn)辦法；§2.5電力變壓器電扇控制電路方案選取依照以上分析，給出系統(tǒng)整體電路原理框圖。并在系統(tǒng)方案擬定狀況下，簡介系統(tǒng)功能模塊功能以及實現(xiàn)原理；§2.6顯示與鍵盤電路方案選取簡介當(dāng)前常用幾種顯示、鍵盤方案，進行經(jīng)濟技術(shù)比較，并擬定本課題顯示電路方案和鍵盤電路方案；（只給出應(yīng)采用方案，不要畫出電路）§2.7通信電路方案選取簡介當(dāng)前常用幾種通訊方式、適應(yīng)場合、特點，并對各個通信方式進行比較，并結(jié)合課題規(guī)定，簡介選取rs-485通信原則以及應(yīng)采用一切方案（涉及RS-485電路應(yīng)采用保護等問題）。硬件電路設(shè)計本章是依照系統(tǒng)方案各功能模塊，進行分電路設(shè)計原理和工作原理分析。依照需要也可以給出所選器件技術(shù)參數(shù)（僅指那些不常用、新穎器件），本章應(yīng)從理論上進行分析系統(tǒng)所能達到技術(shù)指標，應(yīng)采用曲線、算法公式以及理論推導(dǎo)等手段進行分析；§3.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計單片機外圍基本電路設(shè)計，設(shè)計根據(jù)，原理，基本功能等?！?.2電力變壓器溫度檢測電路設(shè)計給出詳細電路原理圖，并分析如何實現(xiàn)電力變壓器溫度檢測，給出各物理量參數(shù)計算公式，并進行進一步分析?！?.3電力變壓器冷卻電扇檢測電路設(shè)計給出詳細電扇檢測電路，并簡介檢測電路詳細原理，以及如何實現(xiàn)故障判斷?！?.4電力變壓器油泵監(jiān)測電路設(shè)計給出油泵檢測電路圖，并簡介電路圖工作原理。§3.5冷卻電扇驅(qū)動電路設(shè)計給出電扇電路原理圖，并依照驅(qū)動功率，簡介電路器件選取和設(shè)計原理，以及整個電路工作原理；涉及驅(qū)動電路保護。簡介對于在不同溫度下，如何開停電電扇，電電扇投切規(guī)則等問題（這某些也可以放到第四章中簡介）。§3.6報警電路設(shè)計簡介本系統(tǒng)檢測設(shè)備故障后，可以采用報警方式，以及實現(xiàn)電路原理圖，和基本參數(shù)，并詳細簡介工作原理；§3.7鍵盤與顯示電路設(shè)計給出鍵盤電路和顯示電路，并分析電路工作原理，給出鍵盤設(shè)立功能，并簡介鍵盤操作辦法；給出顯示數(shù)碼管設(shè)計原理以及顯示方式，特別是當(dāng)參數(shù)設(shè)立時，如何與鍵盤配合顯示等。（依照參數(shù)設(shè)定內(nèi)容，例如溫度、濕度上限和下限值擬定）涉及報警時，應(yīng)顯示方式；§3.8遠程通信電路設(shè)計簡介采用遠程通信方式，通信電路原理，通信各個物理量，通信內(nèi)容，通信波特率等；§3.9系統(tǒng)可靠性設(shè)計簡述一下在現(xiàn)場也許存在問題，本論文在設(shè)計上進行了哪些抗干擾設(shè)計。軟件設(shè)計本章對本課題軟件進行詳盡闡明，涉及程序構(gòu)造，以及各功能模塊功能；§4.1軟件系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計簡介程序整體框架，軟件系統(tǒng)是由哪幾種模塊構(gòu)成，在軟件上如何實現(xiàn)各個功能，采用了哪些辦法等；運用了單片機那些資源，各個資源是如何分派。最后給出主程序框圖，并簡介各模塊功能?！?.2溫度信號數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計簡介溫度信號測量辦法，給出計算公式，并分析采用了哪些數(shù)據(jù)解決辦法；（例如各種濾波等），并給出程序流程圖；§4.3電電扇檢測程序設(shè)計分別簡介所涉及模仿量信號特點，數(shù)據(jù)采集辦法，計算辦法（結(jié)合第三章給出公式）；在數(shù)據(jù)解決方面采用了哪些辦法（例如：數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)據(jù)標度變換、數(shù)據(jù)測量非線性解決、測量數(shù)據(jù)備份辦法以及交流信號同步測量原理等算法原理、計算公式）；并結(jié)合程序流程圖進行闡明；本節(jié)可提成多節(jié)來分別簡介。在程序流程圖中簡介電扇投切規(guī)則；§4.4報警輸出信號軟件設(shè)計在軟件上如何實現(xiàn)報警信號輸出；§4.5顯示與鍵盤程序設(shè)計簡介鍵盤和顯示電路軟件解決方式（顯示方式），編程辦法，并給出程序流程圖；并給出測量數(shù)據(jù)顯示格式，以及物理量換算公式?！?.6通信軟件系統(tǒng)設(shè)計結(jié)合第三章內(nèi)容，簡介通信內(nèi)容和功能，在軟件上如何實現(xiàn)。設(shè)計出詳細通信合同，并給出如何提高通信可靠性辦法和辦法，并給出通信程序（或者中斷程序）流程圖；§4.7軟件系統(tǒng)可靠性辦法簡介當(dāng)前慣用軟件康干擾辦法，并闡明本課題所采用軟件上抗干擾辦法特點應(yīng)用辦法以及算法。系統(tǒng)誤差分析總體簡介系統(tǒng)誤差構(gòu)成某些，系統(tǒng)誤差計算辦法，對每一種誤差環(huán)節(jié)應(yīng)對辦法。本章重要通過對樣機實際測試，對樣機測試中浮現(xiàn)誤差進行分析，通過與原則數(shù)據(jù)對比，給出性能指標與否達到了設(shè)計規(guī)定；并對樣機浮現(xiàn)誤差進行理論分析，最后找出應(yīng)改進辦法，雖然設(shè)計已經(jīng)達到了設(shè)計規(guī)定，也應(yīng)從理論上分析在進一步提高測量精度上應(yīng)采用辦法，在誤差方面尚有那些局限性，應(yīng)如何改進，給出改進得辦法；§5.1系統(tǒng)測量指標測試對比分析給出實驗成果表，并與實際設(shè)計儀器測量成果進行比較，并分析設(shè)計系統(tǒng)導(dǎo)致誤差因素，進行定性理論分析，§5.2系統(tǒng)誤差分析對每一種導(dǎo)致誤差進行理論分析，其分析成果應(yīng)與測試成果相一致，并給出改進辦法；結(jié)束語對課題完畢做一種評價和總結(jié)，指出需要進一步改進地方，在課題達到實際應(yīng)用尚有那些工作需要做；給出通過該課題自己有哪些體會，并對協(xié)助過人員進行道謝。參照文獻摘要本設(shè)計針對電力變壓器冷卻系統(tǒng)中使用常規(guī)控制系統(tǒng)時存在控制回路復(fù)雜、可靠性低、風(fēng)機保護方式簡樸、油溫測量精度低、控制誤差大、無法進行遠程通訊等問題，設(shè)計了一套智能化變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)以PIC16F877單片機為核心，實現(xiàn)了對變壓器油溫實時采集、LED顯示、數(shù)據(jù)無線傳播，并參照油溫變化對風(fēng)機運營狀況進行實時控制。風(fēng)機側(cè)完善保護裝置為CPU提供精確風(fēng)機故障信號，提高了系統(tǒng)運營穩(wěn)定性。核心詞：單片機、變壓器冷卻系統(tǒng)、風(fēng)機故障、油溫采集ABSTRACTThepaperintroducesanewsmartoftransformertemperaturemonitoringsystem.It’sagreatchangeforthepowertransformercoolingsystem.Suchastheexistenceofcomplex，lowreliability，asimpleblowerprotection，lowtemperaturemeasurementaccuracy，controlerrors，andnotachievinglong-distancecommunications，ect.ThecontrolsystemusesthePIC16F877toachievethereal-timeacquisition，LEDdisplay，datawirelesstransmission，andtakingintoaccountairtemperaturechangeontheoperationofthestateofreal-timecontrol.TheCPUfancouldprovideaccuratefaultsignal，sothatitimprovesthestabilityofthesystem.Keywords：SCM(SingleChipMicyoco)，transformercoolingsystem，F(xiàn)anFailure，Oiltemperature`scollection

目錄摘要 1ABSTRACT 2緒論 5第一章設(shè)計任務(wù)及規(guī)定 6第一節(jié)畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 6第二節(jié)畢業(yè)設(shè)計規(guī)定 6第二章系統(tǒng)設(shè)計方案 8第一節(jié)系統(tǒng)工作普通原理 8第二節(jié)智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案 82.1方案一 92.2方案二 102.3方案三 12第三節(jié)設(shè)計方案擬定 13第三章硬件電路設(shè)計 16第一節(jié)單片機選型 16第二節(jié)振蕩器配備選取 182.1晶體振蕩器/陶瓷諧振器方式 182.2RC振蕩器 20第三節(jié)溫度采集電路模塊設(shè)計 223.1溫度檢測電路 223.2光電耦合隔離放大電路 24第四節(jié)按鍵輸入和顯示電路某些設(shè)計 294.1按鍵輸入電路模塊設(shè)計 294.2顯示電路某些設(shè)計 29第五節(jié)無線通信系統(tǒng)設(shè)計 33第六節(jié)主回路某些設(shè)計 386.1風(fēng)冷機保護簡要簡介 386.2輸出驅(qū)動電路設(shè)計 38第七節(jié)直流電源設(shè)計 46第四章軟件某些設(shè)計 50第一節(jié)軟件需求分析 50第二節(jié)各模塊流程圖 52第五章設(shè)計總結(jié) 60致謝 62參照文獻 63附錄一程序清單 64附錄二元器件明細表 78緒論近年來，隨著國內(nèi)電力事業(yè)飛速發(fā)展，電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，它性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運營可靠性和運營效益。電力變壓器是電力系統(tǒng)運營核心設(shè)備之一，因而，電力變壓器安全可靠運營是電力系統(tǒng)正常運營主線保障。隨著變壓器容量增大，變壓器損耗同樣會增大，單靠箱壁和散熱器已不能滿足散熱規(guī)定，需采用子循環(huán)風(fēng)冷或逼迫油循環(huán)風(fēng)（水）冷，使熱油通過強風(fēng)（水）冷卻器，冷卻后再用油泵送回變壓器。大容量變壓器已經(jīng)采用導(dǎo)向冷卻，在繞組和鐵心內(nèi)部，設(shè)有一定油路，使進入油箱內(nèi)冷油所有通過繞組和鐵芯內(nèi)部流出，這樣帶走了大量熱量，可以提高散熱效率。變壓器冷卻系統(tǒng)決定了變壓器正常使用壽命及能否正常運營，因而變壓器冷卻系統(tǒng)對變壓器安全經(jīng)濟運營又極其重要意義。在發(fā)電廠或變電所，風(fēng)冷式變壓器采用多組風(fēng)機降溫，控制變壓器油溫在額定范疇之內(nèi)，保證變壓器正常工作。為了提高電力系統(tǒng)運營可靠性和延長變壓器使用壽命，應(yīng)當(dāng)對變壓器油溫進行實時監(jiān)控。當(dāng)前，尚有許多變壓器采用由電接點式溫度計采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機啟動和停止，實現(xiàn)變壓器溫度控制，在實際運營中，由于風(fēng)機啟動時所有投入，同步所有停止，沖擊電流較大，嚴重影響了電機使用壽命。且由于無法和控制室聯(lián)系，因此無法實現(xiàn)變壓器無人控制，增長了運營成本。變壓器溫控器總存在某些問題，如測溫誤差大、抗干擾能力差等，這些都是在工程界非常棘手問題。而初期溫度控制器，由于體積大、操作復(fù)雜、抗干擾能力差，給工程現(xiàn)場使用也帶來了很大不便。隨著單片機技術(shù)不斷發(fā)展，溫度控制器正向單片集成化、智能化方向迅速發(fā)展。針對電力變壓器在運營過程中存在問題，可以采用智能溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度自動采集、顯示、風(fēng)機順序起停。依照現(xiàn)場運營規(guī)定，本設(shè)計選用了PIC16F877單片機構(gòu)成變壓器溫度控制系統(tǒng)，設(shè)備操作簡樸，顧客可通過面板按鍵輕松設(shè)定控制風(fēng)機起停、報警及跳閘閥值，所有設(shè)定參數(shù)掉電后均不會丟失。溫度采集精度很高，并且采用了諸多辦法來保護電機，如過載、缺相保護等。由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大干擾，設(shè)計采用了抗干擾辦法，在集成電路電源入口處加了濾波電容，且送入單片機信號都通過了光耦隔離。最后通過無線通信實現(xiàn)遠程監(jiān)控，控制室通過無線通信及時掌握現(xiàn)場運營狀況，可任意對各種事故做出及時地反映，實現(xiàn)了變壓器無人控制。系統(tǒng)整體具備測溫誤差小、辨別力高、抗干擾能力強特點，所有器件選取均滿足工業(yè)級原則，并適合高溫環(huán)境。由于采用了以上辦法，可以保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，設(shè)計具備較好擴展性，能滿足各種型號變壓器規(guī)定。第一章設(shè)計任務(wù)及規(guī)定第一節(jié)設(shè)計任務(wù)在咱們生活中，電力安全是至關(guān)重要，而電力變壓器又是電力系統(tǒng)重要構(gòu)成某些。電力系統(tǒng)中慣用油浸風(fēng)冷式電力變壓器多采用多組風(fēng)機降溫，控制變壓器油溫在工藝規(guī)定范疇之內(nèi)。當(dāng)前現(xiàn)場尚有相稱數(shù)量油浸風(fēng)冷電力變壓器由電接點式溫度計采集、顯示變壓器油溫，控制風(fēng)機啟動和停止，實現(xiàn)變壓器溫度控制，即在變壓器油溫不不大于上限溫度時啟動所有風(fēng)機，當(dāng)油溫降至下限溫度時停止所有風(fēng)機。而實際運營中這種控制方式有不少缺陷，如風(fēng)機啟動時所有投入，沖擊電流太大，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定安全運營。針對以上種種問題，規(guī)定本設(shè)計選用一款集成度較高單片機，并采用無線通信技術(shù)，設(shè)計一種電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對既有落后溫度控制系統(tǒng)進行改造，滿足自動化規(guī)定。設(shè)計重要完畢工作。本設(shè)計須完畢風(fēng)冷式電力變壓器溫度監(jiān)控系統(tǒng)主機某些設(shè)計，重要涉及如下工作：（1）收集電力變壓器溫度控制系統(tǒng)控制原理實際資料，擬定要保證變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)正常運營及實現(xiàn)無人值班所需遠程通訊功能，必要采用以單片機為核心控制系統(tǒng)來完畢；為保證風(fēng)機能可靠安全運營，必要收集一既能被單片機驅(qū)動又能保證風(fēng)機可靠運營元件。（2）方案設(shè)計。（3）擬定系統(tǒng)配備及功能，并依照系統(tǒng)功能規(guī)定完畢系統(tǒng)硬件設(shè)計。（4）依照設(shè)計原則完畢控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。（5）撰寫設(shè)計闡明書，繪制系統(tǒng)電路原理圖。（6）完畢指定內(nèi)容外文資料翻譯。第二節(jié)設(shè)計規(guī)定2.1畢業(yè)設(shè)計重要內(nèi)容（1）完畢系統(tǒng)設(shè)計；（2）選取適當(dāng)單片機，作為主機CPU；（3）獨自完畢主機硬件、軟件設(shè)計，其中硬件某些重要涉及溫度采集、LED顯示、主控電路、無線通訊、電源電路等，軟件某些重要涉及流程圖設(shè)計、程序設(shè)計及調(diào)試；（4）完畢有關(guān)設(shè)計圖紙繪制和設(shè)計闡明書撰寫，通過畢業(yè)設(shè)計答辯。2.2設(shè)計實現(xiàn)重要功能（1）將采集到油溫在就地和遠端（控制室）用LED實時顯示油溫，主機和從機之間通訊采用無線通信方式；（2）系統(tǒng)設(shè)立自動、手動、停止三種運營方式，正常時采用自動方式運營，主控板檢修時采用手動方式運營，并且可以靈活選取運營方式。（3）在自動方式運營下，當(dāng)變壓器油溫超過上限時，風(fēng)機所有投入；當(dāng)溫度低于工藝下限時，風(fēng)機所有停止；當(dāng)溫度由高下降到上限和下限中間值時，只投入3組風(fēng)機；在投入3組風(fēng)機狀態(tài)，先運營3組風(fēng)機運營1小時后（這三組風(fēng)機在變壓器周邊間隔安裝），自動切換到此外3組（這三組風(fēng)機也在變壓器周邊間隔安裝），1小時后又切換到本來3組，如此交替運營，既延長風(fēng)機使用壽命，又能使變壓器均勻降溫。溫度上限值和下限值可以通過硬件靈活設(shè)立，以適應(yīng)不同類型和不同環(huán)境使用變壓器；變壓器油溫超過上限值時，風(fēng)機群所有投入運營時，采用順序啟動方式依次啟動，防止啟動電流過大狀況發(fā)生導(dǎo)致設(shè)備損壞；（4）系統(tǒng)具備故障自診斷功能，當(dāng)某一風(fēng)機工作異常時如過壓、缺相、過載時，系統(tǒng)可以在現(xiàn)場和控制室發(fā)出報警信號，顯示故障類型和故障發(fā)生位置，便于工作人員及時進行設(shè)備檢修；（5）系統(tǒng)設(shè)立正常運營、故障運營、油溫超過75℃（6）本設(shè)計中油溫上限缺省值為55℃，下限缺省值為45（7）系統(tǒng)要采用必要抗干擾辦法（涉及硬件和軟件）。2.3重要技術(shù)指標控制系統(tǒng)工作電源為220V/50HZ工頻交流電，容量為31500KVA；風(fēng)機有6組，每組2個風(fēng)機，均勻排列在變壓器四周，每個風(fēng)機功率為0.375KW；溫度測量范疇為0-100℃，溫度采集精度為±2℃，溫度控制精度為±第二章系統(tǒng)設(shè)計方案第一節(jié)系統(tǒng)工作普通原理老式電力變壓器由人工控制風(fēng)機，每臺變壓器有6組風(fēng)冷式電動機需要控制，每組風(fēng)機保護通過熱繼電器實現(xiàn)，控制風(fēng)機電源回路通過接觸器，而風(fēng)機啟停邏輯判斷通過測量變壓器油溫和變壓器過負荷實現(xiàn)，工作原理如圖2-1所示。主電路控制元件采用了接觸器，靠機械觸點來實現(xiàn)對風(fēng)機驅(qū)動。這種方式對風(fēng)機控制只能由人工完畢，風(fēng)機同步所有投入，同步所有停止，啟動時沖擊電流很大，會對器件導(dǎo)致?lián)p傷。當(dāng)溫度在45℃-55℃三相三相電源接觸器熱繼電器風(fēng)冷電機變壓器過負荷變壓器油溫檢測機電邏輯解決系統(tǒng)圖2-1老式風(fēng)冷機工作原理圖第二節(jié)智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案本設(shè)計以PIC16F877單片機為核心完畢系統(tǒng)設(shè)計，規(guī)定對油溫進行實時采集，將采集成果送入MCU進行解決，然后按照工藝規(guī)定進行相應(yīng)控制，實現(xiàn)對變壓器溫度全自動遠程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具備完善保護功能，涉及過壓、過載、缺相檢測和保護，還要具備故障自診斷功能，在故障浮現(xiàn)時，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時進行檢修；使用無線通信方式實現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間數(shù)據(jù)通信。使顧客隨時理解變壓器及風(fēng)機運營狀況，實現(xiàn)遠程溫度控制。整個課題涉及系統(tǒng)設(shè)計，主機溫度信號采集與調(diào)理電路設(shè)計，主機LED顯示電路設(shè)計，主控電路設(shè)計，缺相檢測與保護電路設(shè)計，過載保護與檢測電路設(shè)計，從機設(shè)計，從主機LED顯示電路設(shè)計，無線通信電路設(shè)計，主電路設(shè)計，主機從機電源設(shè)計，系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計，軟件編程等。溫度信號采集在設(shè)計中是最重要某些之一，其可以采用鉑電阻電橋構(gòu)成溫度檢測電路，也可以使用溫度傳感器來實現(xiàn)。2.1方案一:溫度檢測電路通過預(yù)埋在變壓器中鉑電阻傳感器獲得油溫信號[3]，經(jīng)信號調(diào)理電路解決后直接送入控制器A/D轉(zhuǎn)換輸入端，PIC單片機依照信號數(shù)據(jù)及設(shè)定各種控制參數(shù)，按照程序自動計算與解決，自動顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)控制信號，控制風(fēng)機起停，電機保護電路涉及過壓，過載，缺相等。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可控制八個數(shù)碼管，特別合用于需要I/O口較多系統(tǒng)。信號通過無線通信芯片nRF401傳播到控制室,以便對現(xiàn)場狀況及時做出反映。方案采用PIC16F877單片機，PIC解決器具備不同于普通微解決器許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最小。此外，還提供節(jié)電工作模式及提供編碼保護等。PIC16F877共有A口、B口、C口、D口、E口五組I/O口，完全可以滿足本系統(tǒng)規(guī)定，此外在其中嵌入一種8輸入通道A/D模塊，不需要專門芯片進行A/D轉(zhuǎn)換；CCP模塊可提供外部信號捕獲、內(nèi)部比較輸出、及脈寬調(diào)制PWM功能；中斷源多，具備看門狗定期器和睡眠功能；還可以在線串行編程、在線調(diào)試。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可可控制八個數(shù)碼管，特別合用于需要I/O口較多系統(tǒng)。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動電路，可以持續(xù)驅(qū)動8位7段數(shù)據(jù)顯示。在芯片內(nèi)部集成了一種BCD譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動以及一種88位靜態(tài)隨機存儲器。只需要一種外部電阻，就可以對的地驅(qū)動所有LED段地址。信號通過無線通信芯片nRF401傳播到控制室。以便對現(xiàn)場狀況及時做出反映。nRF401是一種433MHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計真正單片無線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。nRF401發(fā)射速率可達20kb/s，發(fā)射功率可調(diào)，最大發(fā)射功率10dBm,接受敏捷度-105dBm，具備工作半徑大、適應(yīng)性強特點。天線接口設(shè)計為差分天線,便于使用低成本印刷電路板天線。nRF401尚有待機工作方式,可以更省電和高效。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分以便。溫度控制器系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。PICPIC16F877單片機按鍵輸入電源變壓器油溫采集模塊主回路控制模塊nRF401通訊電路LED顯示電路光電耦合電路圖2-2溫度控制系統(tǒng)框圖2.2方案二：溫度檢測采用由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)智能集成溫度傳感器DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微解決器智能溫度傳感器，采用DALLAS公司特有單總線通信合同，只用一條數(shù)據(jù)線就可實現(xiàn)與MCU通信。它具備體積小，接口以便，傳播距離遠等特點。顯示采用單片機RA口擴展四片串并轉(zhuǎn)換移位寄存器74LS164驅(qū)動四只1.5寸共陽數(shù)碼管，實時顯示變壓器溫度。復(fù)位電路采用MAXMAX6304芯片來實現(xiàn)單片機系統(tǒng)監(jiān)控電路。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗微解決器監(jiān)控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出CC1000單片可編程RF收發(fā)芯片。（一）溫度檢測電路設(shè)計溫度檢測采用由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)智能集成溫度傳感器DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微解決器智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具備體積小、接口以便、傳播距離遠等特點。DS18B20單總線數(shù)字傳感器工作溫度范疇是-55℃～125℃，在-30℃～85℃圖2-3DS18B20引腳分布圖報警溫度，且設(shè)立值掉電不丟失；采用DALLAS公司特有單總線通信合同，只用一條數(shù)據(jù)線就可實現(xiàn)與MCU通信；此外，DS18B20可以直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無需外部電池供電[4]。DS18B20與單片機接口電路如圖2-3所示。I/O為數(shù)字信號輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DS18B20重要由四某些構(gòu)成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配備寄存器。光刻ROM中64位序列號是出廠前被光刻好。相稱于給每個DS18B20分派了一種獨一無二64比特地址序列碼，這就容許各種DS18B20工作同條一線總線上，從而大大簡化了分布式溫度傳感系統(tǒng)應(yīng)用。溫度傳感器完畢對溫度測量，溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及配備寄存器設(shè)立值均以一種字節(jié)形式存儲在EEPROM中，使用一種存儲功能命令可對其寫入。（二）顯示某些可以用數(shù)碼管顯示，電路如下圖2-4所示。采用了MAX7219驅(qū)動器，對溫度值進行實時輸出顯示，依照精度規(guī)定，設(shè)立一位小數(shù)。圖2-4LED顯示電路（三）鍵盤輸入單片機監(jiān)電路設(shè)計好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作可靠性。在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻浮現(xiàn)了“死機”、“程序跑飛”等現(xiàn)象，而用仿真器調(diào)試時卻無此現(xiàn)象發(fā)生或很少發(fā)生此現(xiàn)象。有時會發(fā)當(dāng)前關(guān)閉電源后短時間內(nèi)再次啟動電源，單片機系統(tǒng)會工作不正常，這些都很也許是由單片機監(jiān)控電路設(shè)計不可靠引起。單片機監(jiān)控電路重要有監(jiān)控和看門狗兩個功能。（四）通訊電路設(shè)計通信電路采用無線通信芯片來完畢。無線通信芯片種類繁多，方案選取CC1000來實現(xiàn)無線通信。CC1000是依照Chipcon公司SmartRF技術(shù)，在0.35μmCMOS工藝下制造一種抱負超高頻單片收發(fā)通信芯片。它工作頻帶在315、868及915MHz，但CC1000很容易通過編程使其工作在300～1000MHz范疇內(nèi)。它具備低電壓（2.3～3.6V），極低功耗，可編程輸出功率（-20～10dBm），高敏捷度（普通-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封裝），集成了位同步器等特點。其FSK可達72.8Kbps，具備250Hz步長可編程頻率能力，合用于跳頻合同；重要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程變化，使用非常靈活。CC1000可通過簡樸三線串行接口(PDATA、PCLK和PALE)進行編程，有36個8位配備寄存器，每個由7位地址尋址。一種完整CC1000配備，規(guī)定發(fā)送29個數(shù)據(jù)幀，每個16位（7個地址位，1個讀/寫位和8個數(shù)據(jù)位）。PCLK頻率決定了完全配備所需時間。在10MHzPCLK頻率工作下，完畢整個配備所需時間少于60μs。在低電位模式設(shè)立時，僅需發(fā)射一種幀，所需時間少于2μs。所有寄存器都可讀。在每次寫循環(huán)中，16位字節(jié)送入PDATA通道，每個數(shù)據(jù)幀中7個最重要位（A6：0）是地址位，A6是M鍵盤（最高位），一方面被發(fā)送。下一種發(fā)送位是讀/寫位（高電平寫，低電平讀），在傳播地址和讀/寫位期間，PALE（編程地址鎖存使能）必要保持低電平，接著傳播8個數(shù)據(jù)位（D7：0），PDATA在PCLK下降沿有效。當(dāng)8位數(shù)據(jù)位中最后一種字節(jié)位D0裝入后，整個數(shù)據(jù)字才被裝入內(nèi)部配備寄存器中。通過低電位狀態(tài)下編程配備信息才會有效，但是不能關(guān)閉電源[5]。微控制器使用3個輸出引腳用于接口（PDATA、PCLK、PALE），與PDATA相連引腳必要是雙向引腳，用于發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。提供數(shù)據(jù)計時DCLK應(yīng)與微控制器輸入端相連，別的引腳用來監(jiān)視LOCK信號（在引腳CHP_OUT）。當(dāng)PLL鎖定期，該信號為邏輯高電平。2.3方案三：溫度檢測采用美國模仿器件公司（ADI）生產(chǎn)恒流源式模仿溫度傳感器AD590。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器特點，具備測溫誤差小，動態(tài)阻抗低，傳播距離遠，體積小，微功耗等特點。AD590配以ICL7016型單片A/D轉(zhuǎn)換器即可構(gòu)成三位半液晶顯示溫度傳感器，通信采用RS-485原則。（一）溫度采集電路AD590是由美國哈里斯（Hrris）公司、模仿器件公司（ADI）等生產(chǎn)恒流源式模仿溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器特點，具備測溫誤差小、動態(tài)阻抗響應(yīng)速度快、傳播距離遠、體積小、微功耗等長處，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行線性校準。AD590屬于采用激光修正精密集成溫度傳感器。該產(chǎn)品有3種封裝形式；TO-52封陶瓷封裝（測溫范疇是-55—+150℃）。不同公司產(chǎn)品分檔狀況及技術(shù)指標也許會有某些差別。例如，由ADI公司生產(chǎn)AD590，就有90J/K/L/M四檔。此類器件外形與小功率晶體管相仿，共有3個管腳：1腳為正極，2腳是負極，3腳是接管殼。使用時將3腳接地，可起到屏蔽作用。AD系列產(chǎn)品以AD590M性能最佳，其測溫范疇是-55—+150℃，最大非線性誤差為0.3℃，相應(yīng)時間僅20μAD590等效于一種高阻抗恒流源，其輸出阻抗不不大于10MΩ，能大大減小因電源電壓從5V變化到10V時，所引起電流最大變化量僅為1μA，等價于1℃測溫誤差。AD590工作電壓為+4—+30V、測溫范疇是+55—+150℃，相應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，輸出電流就變化1μA。在298.15K（相應(yīng)于25.15℃（二）通訊電路RS-485采用平衡發(fā)送和差分接受方式來實現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD將串行口TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)傳播后在接受端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳播線普通使用雙絞線，又是差分傳播，因而有極強抗共模干擾能力，接受敏捷度也相稱高。同步，最大傳播速率和最大傳播距離也大大提高。如果以10Kbps速率傳播數(shù)據(jù)時傳播距離可達12m，而用100Kbps時傳播距離可達1.2km。如果減少波特率，傳播距離還可進一步提高。此外RS-485實現(xiàn)了多點互聯(lián)，最多可達256臺驅(qū)動器和256臺接受器，非常便于多器件連接。不但可以實現(xiàn)半雙工通信，并且可以實現(xiàn)全雙工通信。半雙工通信芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX3082、MAX1482等。全雙工通信有SN75179、SN75180、MAX488～491、MAX1482等[6]。第三節(jié)設(shè)計方案擬定依照上一節(jié)中三個設(shè)計方案，下面對這三種設(shè)計方案進行比較：在方案二中，溫度檢測采用由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)智能集成溫度傳感器DS18B20型單線智能溫度傳感器，它具備體積小，接口以便，傳播距離遠等特點。但價格較高。顯示采用單片機I/O口擴展四片串并轉(zhuǎn)換移位寄存器74LS164驅(qū)動四只1.5寸共陽級數(shù)碼管，實時顯示變壓器溫度。占用了較多I/O口，使系統(tǒng)可擴展性受到了一定限制[7]。復(fù)位電路采用MAX6304芯片來實現(xiàn)單片機系統(tǒng)監(jiān)控電路。MAX6304是一款專用、高性能、低功耗微解決器監(jiān)控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出CC1000單片可編程RF收發(fā)芯片。本設(shè)計成本較高，但可靠性更強，合用于對可靠性規(guī)定較高且不在乎成本場合。在方案三中，溫度檢測采用美國模仿器件公司（ADI）生產(chǎn)恒流源式模仿溫度傳感器AD590。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器特點，具備測溫誤差小，動態(tài)阻抗低，傳播距離遠，體積小，微功耗等特點。AD590配以ICL7016型單片A/D轉(zhuǎn)換器即可構(gòu)成三位半液晶顯示溫度傳感器。顯示采用MAX7219，占用了較少I/O口，通信采用RS485原則。此方案具備很高可靠性，液晶具備諸多長處，可以實現(xiàn)中文顯示等，但設(shè)計中規(guī)定在較遠距離就可以觀測到溫度值，因此這里采用液晶不能滿足規(guī)定。故不選用此方案。在方案一中，單片機選用了PIC16F877，具備高性能、高可靠性、端口多等長處。溫度檢測電路使用內(nèi)置鉑電阻來檢測溫度變化，硬件電路較為簡樸，光電隔離使用線形光耦，具備較好性能，抗干擾能力較強，顯示電路使用MAX7219只占用三個I/O口連線較少，容易實現(xiàn)。通信芯片nRF401,其通信距離遠，且不用編碼，軟件較容易實現(xiàn)。此外本方案還具備較好經(jīng)濟性和可擴展性，可滿足各種不同變壓器規(guī)定。綜上所述，本方案具備較高性價比。依照上面對三個設(shè)計方案闡明比較可以看出，方案一具備較好抗干擾性，可擴展，經(jīng)濟性較好，并且采用無線通訊，具備較高性價比。因此在本設(shè)計中采用了方案一。詳細硬件框圖如下所示。圖2-5溫度控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖如上系統(tǒng)框圖所示，本設(shè)計以PIC16F877單片機為核心完畢系統(tǒng)設(shè)計，規(guī)定對油溫進行實時采集，將采集成果送入MCU進行解決，然后按照工藝規(guī)定進行相應(yīng)控制，實現(xiàn)對變壓器溫度全自動遠程和就地監(jiān)控，系統(tǒng)要具備完善保護功能，涉及過壓、過載、缺相檢測和保護，還要具備故障自診斷功能，在故障浮現(xiàn)時，給出故障信息，顯示故障類型，便于工作人員及時進行檢修；使用無線通信方式實現(xiàn)變壓器控制器與中心控制室之間數(shù)據(jù)通信。使顧客隨時理解變壓器及風(fēng)機運營狀況，實現(xiàn)遠程溫度控制。溫度檢測電路通過預(yù)埋在變壓器中鉑電阻傳感器獲得油溫信號，經(jīng)信號調(diào)理電路解決后直接送入控制器A/D轉(zhuǎn)換輸入端，PIC單片機依照信號數(shù)據(jù)及設(shè)定各種控制參數(shù)，按照程序自動計算與解決，自動顯示變壓器油溫，并輸出相應(yīng)控制信號，控制風(fēng)機起停，電機保護電路涉及過壓，過載，缺相等。顯示電路采用MAX7219，其只需要三根線就可控制八個數(shù)碼管，特別合用于需要I/O口較多系統(tǒng)。信號通過無線通信芯片nRF401傳播到控制室。以便對現(xiàn)場狀況及時做出反映。nRF401是一種433MHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計真正單片無線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。nRF401發(fā)射速率可達20kb/s。發(fā)射功率可調(diào)，最大發(fā)射功率10dBm,接受敏捷度-105dBm，具備工作半徑大、適應(yīng)性強特點。天線接口設(shè)計為差分天線,便于使用低成本印刷電路板天線。nRF401尚有待機工作方式,可以更省電和高效。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分以便。以上只是對本方案簡樸地做了簡介，對于本系統(tǒng)詳細硬件電路設(shè)計闡明將在下一章節(jié)中作詳細闡述。第三章硬件電路設(shè)計第一節(jié)單片機選型硬件電路是整個設(shè)計核心，而單片機又是硬件電路核心，因此單片機選取顯得至關(guān)重要。由于有溫度檢測，需要A/D轉(zhuǎn)換，且需要較多I/O口，因此單片機采用PIC系列微控制器[8]。PIC系列單片機具備如下幾種大特點：（1）開發(fā)容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且所有為單字長指令，易學(xué)易用，相對于采用CISC構(gòu)造單片機可節(jié)約30%以上開發(fā)時間，2倍以上程序空間。（2）高速：PIC采用哈佛總線和精簡指令集建立了一種新工業(yè)原則，指令執(zhí)行速度比普通單片機要快4～5倍。（3）低功耗：PIC采用CMOS設(shè)計結(jié)合了諸多節(jié)電特性，使其功耗較低，PIC百分之百靜態(tài)設(shè)計可進入休眠省電狀態(tài)而不影響喚醒后正常工作。（4）低價實用：PIC配備有OTP型、EPROM型和FLASH型諸多形式芯片，其OTP型芯片價格很低。PIC還提供程序監(jiān)視器和程序可分區(qū)保密保密位等功能，提供了基于Windos98以便易用全系列產(chǎn)品開發(fā)工具和大量子程序庫和應(yīng)用例程，使產(chǎn)品開發(fā)更容易和更快捷。依照設(shè)計規(guī)定，綜合多方面因素，我選取了PIC16F87X系列PIC16F877單片機，它與其她3種單片機性能對照表如下所示。重要特性PIC16F873PIC16F874PIC16F876PIC16F877工作頻率DC～20MHzDC～20MHzDC～20MHzDC～20MHz復(fù)位（與延時）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）POR，BOR（PWRT，OST）FISA程序存儲器/K4488數(shù)據(jù)存儲器/字節(jié)192192368368EERROM數(shù)據(jù)存儲器/字節(jié)128128256256中斷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/計數(shù)器3333捕獲/比較/脈沖調(diào)制（PWM）2222串行通信MSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USARTMSSP，USART并行通信--PSP--PSP10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5個輸入通道8個輸入通道5個輸入通道8個輸入通道指令數(shù)/條35353535表3-1四種單片機性能比較表PIC16F877單片機是高性能類—RISCCPU，一共有35條單字指令，除程序分支是雙周期指令外，其她所有指令都是單指令。工作速度：DC～20MHz時鐘輸入，DC～200ns指令周期。具備高達8K字（14位字長）FIASH程序存儲器；高達368字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；高達256字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。中斷能力多達14個內(nèi)部/外部中斷源。該單片機具備8級硬件堆棧，上電復(fù)位電路（POR）及上電延時定期器（PWRT）和振蕩器起振定期器（OST），帶有片內(nèi)RC振蕩器監(jiān)視定期器（WDT）以保證可靠工作。它可編程代碼具備保護功能，省電休眠（Sleep）方式。還可選取不同振蕩器工作方式，有高速，低功耗CMOSFLASH/EEPROM技術(shù)。通過2個引腳可進行在線調(diào)試，編程只需要5V電源，通過2個引腳可進行在線調(diào)試，解決器有通道能對程序存儲器進行讀/寫。單片機有寬范疇工作電壓：2.0～5.5V，最大拉電流/灌電流可達25mA，普通符合商用級和工業(yè)級工作溫度范疇。低功耗型：在4MHz時鐘下，電源電壓為5V時，典型工作電流值不大于2ma；在32kHz時鐘下，電源電壓為3V時，典型工作電流值不大于20μA；典型待命狀態(tài)電流值不大于1μA。外圍功能模塊特性：·定期器TMR0：帶有8位定期器/計數(shù)器。·定期器TMR1：帶有前分頻器16位定期器/計數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振/時鐘增量計數(shù)。·定期器TMR2：帶有8位周期寄存器.前分頻器和后分頻器8位定期器/計數(shù)器?！蓚€捕獲/比較/脈寬調(diào)制（PWM）模塊。·16位捕獲輸入最大辨別率為12.5ns，16位比較輸出最大辨別率為200ns，脈寬調(diào)制（PWM）輸出最大辨別率為10位。·10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）?！ぞ邆涞刂返诰盼粰z測通用異步接受器和發(fā)送器（USART/SCI）?！び赏獠縍D.WR.和控制線CS8位寬度并行從動端口PSP（僅用于40/44引腳芯片）?！び糜阪i定（Brown-out）復(fù)位（BOR）鎖定檢測電路。由以上對單片機簡介可以看出，PIC單片機性能高，并且自身帶有10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器，在溫度檢測信號后就不需要設(shè)計專門電路來進行A/D轉(zhuǎn)換，因此應(yīng)用電路比較簡樸，因而在本設(shè)計中就選用了PIC16F877單片機。第二節(jié)振蕩器配備選取在本次設(shè)計中，咱們需要用到振蕩器，下面對振蕩器做個初步理解簡介。PIC16F87X系列芯片都能在4種不同類型振蕩器方式下工作，顧客可以通過對配備寄存器中振蕩器選取位FOSC1和FOSC0進行編程選取其中一種工作方式[9]。LP方式：低功耗晶體振蕩器方式；XT方式：晶體/陶瓷諧振器方式；HS方式：高速警惕/陶瓷諧振器方式；RC方式：阻容振蕩器方式。2.1晶體振蕩器/陶瓷諧振器方式在LP、XT和HS方式中，都是用晶體振蕩器/陶瓷諧振器接到芯片OSC1和OSC2引腳上來建立振蕩，見圖3-2。PIC16F87X系列芯片振蕩器設(shè)計規(guī)定使用以平行辦法切割晶體,給出頻率才干在晶體制造廠家特性范疇之內(nèi);而用順序辦法切割晶體，給出頻率不在晶體制造廠家特性范疇之內(nèi)。在這3種方式下，也可以用外部時鐘源加在OSC1引腳上進行驅(qū)動，這時OSC2引腳可以直接開路，如圖3-2所示。注意：（1）C1和C2推薦值和測試范疇內(nèi)值相似，見表4、表5為石英晶體振蕩器電容選取。（2）采用偏大電容值將有助于提高振蕩器穩(wěn)定，但同步會增長起振時間；（3）由于每一種陶瓷諧振器或晶體均有它自己特性，最佳規(guī)定制造廠商能提供所需要最佳配合外部元器件數(shù)值；（4）為避免超過晶體驅(qū)動能力，可在HS和XT方式下加上串聯(lián)電阻Rs。圖3-2LP、XT和HS石英/陶瓷振蕩器注：（1）C1和C2推薦值見表3-4和表3-5。（2）對于AT辦法切割晶體需要接串聯(lián)電阻Rs。（3）RF隨石英選取不同而變。圖3-3外部時鐘輸入工作方式測試范疇類型頻率OSC1/pFOSC2/pFXT455kHz68～10068～1002MHz15～6815～684MHz15～6815～68HS8MHz10～6810～6816MHz10～2210～22以上值僅為推薦值所使用諧振器455kHzPanasonicEFO——A455K04B±0.3%2MHzMurataErieCSA2.00MG±0.5%4MHzMurataErieCSA4.00MG±0.5%8MHzMurataErieCSA8.00MT±0.5%16MHzMurataErieCSA16.00MX±0.5%所有諧振器都不帶內(nèi)部電容值表3-4陶瓷諧振器OSC類型頻率C1/pFC2/pFLP32kHz3333200kHz1515XT200kHz47～6847～681MHz15154MHz1515HS4MHz15158MHz15～3315～3320MHz15～3315～33以上值僅為推薦值所使用石英晶體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石英晶體振蕩器電容選取2.2RC振蕩器對定期器規(guī)定不是很高應(yīng)用，可以采用低成本RC振蕩器方式。RC振蕩器頻率是電源電壓、振蕩電阻、電容C數(shù)值和工作溫度函數(shù)，再加上由于制造中正常工藝參數(shù)變化，此外封裝時引腳構(gòu)造分布電容差別也會影響振蕩頻率，特別是在采用振蕩電容值較小時，這種影響更明顯。固然，顧客還必要考慮所使用振蕩電阻和電容變化影響，圖3-6是PIC16F877芯片與外部振蕩電容和電阻連接電路圖。推薦值：3k≤Rext≤≦100k；Cext﹥20pF圖3-6RC振蕩器工作方式復(fù)位PIC16F877芯片有如下幾種復(fù)位方式：（1）芯片上電復(fù)位（POR）；（2）正常工作狀態(tài)下通過在外部引腳上加低電平復(fù)位；（3）在休眠狀態(tài)下通過在外部引腳上加低電平復(fù)位；（4）正常工作狀態(tài)下監(jiān)視器WDT超時溢出復(fù)位；（5）在休眠狀態(tài)下監(jiān)視器WDT超時溢出復(fù)位；（6）掉電鎖定復(fù)位（BOR）。有些寄存器值不受任何一種復(fù)位操作影響，當(dāng)芯片上電復(fù)位時，它們值是不擬定，并在其她形式復(fù)位后其值保持不變。而其她大多數(shù)寄存器上電復(fù)位、在正常工作期間用信號復(fù)位或WDT超時溢出復(fù)位，在休眠期間信號復(fù)位以及在掉電鎖存復(fù)位后都會被復(fù)位成“復(fù)位狀態(tài)”。但在休眠期間WDT超時溢出復(fù)位不會影響這些寄存器值，這是由于這種復(fù)位被當(dāng)作是一種正常操作，故不應(yīng)使任何寄存器值發(fā)生變化。表3-7為不同復(fù)位方式下上電延遲時間。表3-8為狀態(tài)寄存器STATUS中和位在不同復(fù)位方式下不同值，在軟件中可以運用這些位來擬定發(fā)生復(fù)位方式。振蕩器配備上電掉電鎖存休眠喚醒=0=1XT、HS、LP72ms+1024102472ms+10241024RC72ms--72ms表3-7不同狀況下上電延遲時間表3-8狀態(tài)寄存器STATUS位和它們意義闡明0X11上電復(fù)位（POR）0X0X無效，在上電復(fù)位時，被設(shè)立為10XX0無效，在上電復(fù)位時，被設(shè)立為11011掉電鎖存復(fù)位（BOR）1101WDT復(fù)位1100WDT喚醒復(fù)位11UU在正常運營時復(fù)位1110在休眠或從修面狀態(tài)中喚醒復(fù)位通過對以上進行分析闡明，本設(shè)計選用了XT方式即晶體/陶瓷諧振器方式。石英晶體選用4MHzESC-40-20-1型，OSC1和OSC2電容選取了30pF。第三節(jié)溫度采集電路模塊設(shè)計3.1溫度檢測電路溫度是一種最基本環(huán)境參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度測量，因而研究溫度測量辦法和裝置具備重要意義。測量溫度核心是溫度傳感器，溫度傳感器發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：①老式分立式溫度傳感器；②模仿集成溫度傳感器；③智能集成溫度傳感器。當(dāng)前，國際上新型溫度傳感器正從模仿式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向飛速發(fā)展[7]。由于電力變壓器內(nèi)部帶有鉑電阻，為了硬件上便于實現(xiàn)，設(shè)計不采用模仿集成溫度傳感器和智能集成溫度傳感器，而是使用鉑電阻電橋型溫度檢測電路進行溫度檢測?；阢K電阻電橋型溫度檢測電路具備精度高、性能穩(wěn)定、調(diào)試容易、對器件規(guī)定不高、實用性強特點[3]。其檢測電路圖如圖3-9所示。圖3-9電橋型溫度檢測電路圖3-10參照電壓源電路圖3-10中REF192是AD公司精密參照電壓源,輸出為+2.5V,即VREF=VD=+2.5V,故VA=VD(1+R2/R3)=+2.5(1+R2/R3)。圖3-2中R8是鉑電阻，其阻值為R(1+δ),其中R為鉑電阻在0℃時阻值;δ=ΔR/R；VB=-R(1+δ)VA/R4,則有:V0=R1VAδ/R4由此可知,該電路輸出電壓與鉑電阻阻值變化δ(或ΔR)呈線性關(guān)系。在圖3-2中，R1=R2=R4=R5=R6=1KΩ,R3=10KΩ,R7=100Ω。該電路另一種長處是調(diào)試非常簡樸,在R和R4擬定后,只需依照輸出電壓Vo變化范疇擬定R1阻值即可。電流流過鉑電阻將會引起鉑電阻溫度升高,稱其為自加熱現(xiàn)象,從而帶來一定測量誤差,為了減小這種誤差,必要減小流經(jīng)鉑電阻電流,可以通過減小A點電壓和恰當(dāng)選用R4阻值實現(xiàn)。而A點電壓由參照電壓VREF和R2/R3值共同決定,因而,應(yīng)選取輸出電壓比較低參照電壓源(圖3-2中選2.5V),此外R2/R3值也要比較低。3.2光電耦合隔離放大電路由于現(xiàn)場電磁干擾特別大，工作環(huán)境比較惡劣，如果要使溫控器在此環(huán)境中可以長期穩(wěn)定、可靠地運營，就必要解決溫控器抗干擾問題，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，甚至導(dǎo)致巨大損失。因此溫度信號要引入單片機必要通過光耦隔離。光耦（OpticalCoupler）器件也稱為光電耦合器或者光電隔離器，它是一種以光為中間媒介來傳播電信號器件，普通把發(fā)光器件和光檢測器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器件發(fā)出光信號，光檢測器接受到光信號后就產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電--光--電”轉(zhuǎn)換。普通光耦器件只能傳播數(shù)字信號，而近年來問世線性光電耦合器可以傳播持續(xù)變化模仿電壓或電流信號[10]。三極管型光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成，發(fā)光器件為發(fā)光二極管，光檢測器為光敏三極管。當(dāng)輸入為低電平“0”時，沒有電流（或者電流非常小）流過發(fā)光二極管，二極管不發(fā)光，光敏三極管處在截至狀態(tài)，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時，有一定電流流過發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，照射到光敏三極管上，產(chǎn)生一定基極電流，使光敏三極管處在導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平光電耦合器之因此能在傳播信號同步有效抑制尖脈沖和各種噪聲干擾，大大提高通道上信噪比，其重要因素如下。（1）光電耦合器輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源阻抗較大，普通為幾百K歐姆。由分壓原理可知，雖然干擾電壓幅值較大，但饋送到光電耦合器輸入端噪聲電壓很小，只能形成薄弱電流，由于沒有足夠能量而不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被抑制。（2）光電耦合器輸入回路與輸出會之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地，之間分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因而回路一側(cè)各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一側(cè)去，避免了共阻抗耦合干擾信號產(chǎn)生。光電耦合器重要長處是單向傳播信號，輸入端和輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳播效率高。使用光電耦合器還具備較好安全保障作用，由于光電耦合器輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏高壓，雖然當(dāng)外部設(shè)備浮現(xiàn)故障，也不會影響到單片機等重要核心設(shè)備。慣用光耦器件為TLP521-1，TLP521-4，4N25，HCRN200，SLC800等。普通光耦在數(shù)字隔離電路或數(shù)據(jù)傳播電路中常慣用到，如UART合同20mA電流環(huán)。對于模仿信號，光耦由于輸入輸出線形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模仿信號隔離應(yīng)用。對于高頻交流模仿信號，變壓器隔離是最常用選取，但對于支流信號卻不合用。某些廠家提供隔離放大器作為模仿信號隔離解決方案，如ADI公司AD202，可以提供從直流到幾K頻率內(nèi)提供0.025%線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進行電壓-頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生交流信號進行變壓器隔離，然后進行頻率-電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。集成隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜、體積大、成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。模仿信號隔離一種比較好選取是使用線形光耦。線性光耦隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦單發(fā)單收模式稍加變化，增長一種用于反饋光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性，但兩個光接受電路非線性特性都是同樣，這樣，就可以通過反饋通路非線性來抵消直通通路非線性，從而達到實現(xiàn)線性隔離目。市場上線性光耦有幾中可選取芯片，如Agilent公司HCNR200/201，TI子公司TOASTIL300，CLARELOC111等。本設(shè)計采用HCNR200/201進行設(shè)計。HCNR200/201內(nèi)部框圖如3-11所示圖3-11HCRN200內(nèi)部框圖其中1、2引腳作為隔離信號輸入，3、4引腳用于反饋，5、6引腳用于輸出。1、2引腳之間電流記作IF，3、4引腳之間和5、6引腳之間電流分別記作IPD1和IPD2。輸入信號通過電壓-電流轉(zhuǎn)化，電壓變化體當(dāng)前電流IF上，IPD1和IPD2基本與IF成線性關(guān)系，線性系數(shù)分別記為K1和K2,即K1與K2普通很?。℉CNR200是0.50%），并且隨溫度變化較大（HCNR200變化范疇在0.25%到0.75%之間），但芯片設(shè)計使得K1和K2相等。在背面可以看到，在合理外圍電路設(shè)計中，真正影響輸出/輸入比值是兩者比值K3,線性光耦正運用這種特性才干達到滿意線性度。HCNR200和HCNR201內(nèi)部構(gòu)造完全相似，差別在于某些指標上。相對于HCNR200，HCNR201提供更高線性度。采用HCNR200/201進行隔離某些指標如下所示：*線性度：HCNR200：0.25%，HCNR201：0.05%；*線性系數(shù)K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；*溫度系數(shù)：-65ppm/℃；*隔離電壓：1414V；*信號帶寬：直流到不不大于1MHz。從上面可以看出，和普通光耦同樣，線性光耦真正隔離是電流，要想真正隔離電壓，需要在輸入和輸出處增長運算放大器等輔助電路。下面對HCNR200/201典型電路進行分析，對電路中如何實現(xiàn)反饋以及電流-電壓、電壓-電流轉(zhuǎn)換進行推導(dǎo)與闡明。Agilent公司HCNR200/201手冊上給出了各種實用電路[11]，其中較為典型一種如圖3-12所示：圖3-12線性光耦隔離應(yīng)用電路設(shè)運放負端電壓為，運放輸出端電壓為，在運放不飽和狀況下兩者滿足下面關(guān)系：其中是在運放輸入差模為0時輸出電壓，為運放增益，普通比較大。忽視運放負端輸入電流，可以以為通過R1電流為，依照R1歐姆定律得：通過R3兩端電流為，依照歐姆定律得：其中,為光耦2腳電壓，考慮到LED導(dǎo)通時電壓（）基本不變，這里作為常數(shù)對待。依照光耦特性，即將和表達式代入上式，可得：上式經(jīng)變形可得到：將表達式代入（3）式可得：

考慮到特別大，則可以做如下近似：這樣，輸出與輸入電壓關(guān)系如下：可見，在上述電路中，輸出和輸入成正比，并且比例系數(shù)只由K3和R1、R2擬定，普通選R1=R2，達到只隔離不放大目。輔助電路與參數(shù)擬定：上面推導(dǎo)都是假定所有電路都是工作在線性范疇內(nèi)，要想做到這一點需要對運放進行合理選型，并且擬定電阻阻值。運放可以是單電源供電或正負電源供電，上面給出是單電源供電例子。為了能使輸入范疇可以從0到VCC，需要運放可以滿擺幅工作，此外，運放工作速度、壓擺率不會影響整個電路性能。TI公司LT1097單運放電路可以滿足以上規(guī)定，可以作為HCNR200/201外圍電路。電阻選型需要考慮運放線性范疇和線性光耦最大工作電流IFmax。K1已知狀況下，IFmax又擬定了IPD1最大值IPD1max，這樣，由于Vo范疇最小可覺得0，這樣，由于考慮到IFmax大，有助于能量傳播，這樣，普通取10KΩ。此外，由于工作在深度負反饋狀態(tài)運放滿足虛短特性，因而，考慮IPD1限制，R2擬定可以依照所需要放大倍數(shù)擬定，例如如果不需要辦法，只需將R2=R1即可。此外由于光耦會產(chǎn)生某些高頻噪聲，普通在R2處并聯(lián)電容，構(gòu)成低通濾波器，詳細電容值由輸入頻率以及噪聲頻率擬定。擬定Vcc=5V，輸入在0-4V之間，輸出等于輸入，采用LMV321運放芯片以及上面電路，下面給出參數(shù)。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。通過線形光耦隔離可以較好地抑制現(xiàn)場各種干擾，達到了系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定技術(shù)指標。第四節(jié)按鍵輸入和顯示電路某些設(shè)計4.1按鍵輸入電路模塊設(shè)計系統(tǒng)中共用了四個按鍵，一種為清除鍵，別的三個為溫度設(shè)定鍵，四鍵共用一種鍵盤服務(wù)程序。SET鍵為溫度范疇設(shè)定開始鍵，UP為溫度遞增鍵，DOWN為溫度遞減鍵，每按下一次，溫度變化一度。當(dāng)SET鍵按下時系統(tǒng)進入鍵盤服務(wù)子程序，表白進入溫度設(shè)定狀態(tài)，系統(tǒng)初始值是45℃—55℃，對于溫度設(shè)定是在這個基本上進行遞增或遞減，再次按下SET鍵時，表白進入上限值設(shè)定，由UP鍵/DOWN鍵對溫度值進行調(diào)節(jié)，如果不需要設(shè)定溫度值，則按取消鍵退出，持續(xù)按下SET鍵三次，則進入下限值設(shè)定。圖3-13按鍵輸入電路圖4.2顯示電路某些設(shè)計1.MAX7219驅(qū)動數(shù)碼管接口電路由于要對變壓器油溫進行實時顯示，因此顯示電路穩(wěn)定性就十分重要。普通顯示大都采用使用單片機I\O口作為數(shù)碼管位選線和段選線，或者使用移位寄存器。但這會占用大量端口，且硬件電路也十分復(fù)雜。若采用液晶顯示，能滿足設(shè)計規(guī)定，但因其價格昂貴，因此設(shè)計不采用液晶進行顯示。設(shè)計采用美信公司集成顯示芯片來實現(xiàn)溫度顯示，其不但硬件電路十分簡樸，并且占用端口又較少可以滿足設(shè)計規(guī)定[12]。MAX7219為8位LED顯示驅(qū)動電路，可以持續(xù)驅(qū)動8位7段數(shù)據(jù)顯示。在芯片內(nèi)部集成了一種BCD譯碼器，段地址和位地址驅(qū)動以及一種88位靜態(tài)隨機存儲器。只需要一種外部電阻，就可以對的驅(qū)動所有LED段地址。單一數(shù)據(jù)位更新無需對整個顯示重新寫入。這個芯片具備低功耗工作模式以及數(shù)字化光亮控制。顧客可以依照自己需要，自第一位到第八位顯示數(shù)據(jù)，同步，芯片內(nèi)部還具備使數(shù)碼管中每一段二極管都點亮測試模式。重要特性：⑴獨立LED段碼控制 ⑵BCD譯碼與段碼兩種模式選?、?50μA低功耗關(guān)閉模式（數(shù)據(jù)保存）⑷數(shù)字化光亮控制⑸驅(qū)動共陰極LED顯示⑹24管腳封裝MAX7219和單片機連接有三條引線（DIN、CLK、LOAD）采用16位數(shù)據(jù)串行移位接受方式。即單片機將16位二進制數(shù)逐位發(fā)送到DIN端,在CLK上升沿到來前準備就緒，CLK每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入MAX7219內(nèi)移位寄存器，當(dāng)16位數(shù)據(jù)移入完，在LOAD引腳信號上升沿將16位數(shù)據(jù)裝入MAX7219內(nèi)相應(yīng)位置，在MAX7219內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下實現(xiàn)動態(tài)顯示[13]。圖3-14MAX7219時序圖芯片數(shù)據(jù)傳播時序如圖3-14所示，在時鐘脈沖CLK上升沿作用下，16位串行數(shù)據(jù)依次從DIN端輸入到MAX7219移位寄存器，然后在LOAD上升沿被鎖存到芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)或控制寄存器中。LOAD上升沿必要在第16個時鐘脈沖上升之后和下一種脈沖上升沿之前浮現(xiàn)，否則數(shù)據(jù)將會丟失。由于在16.5個時鐘脈沖上升之后，從DIN端進來數(shù)據(jù)將出當(dāng)前輸出引腳DOUT上，以便在級聯(lián)應(yīng)用時傳到下一種MAX7219。圖3-15數(shù)碼管接口電路圖依照本設(shè)計溫度精度規(guī)定，用了3個數(shù)碼管顯示溫度大小，由MAX7219驅(qū)動3個七段數(shù)碼管接口電路如圖3-8所示。其中LOAD、DIN、CLK分別接到單片機RC1、RC2、RC3，此外還應(yīng)注意對于MAX7219連接到V+和ISET端電阻REST可對數(shù)碼管亮度進行調(diào)節(jié)，但不得不大于9.53K歐姆，在本設(shè)計中選用了阻值為33K歐姆電阻。2.運營及故障顯示電路為了能保證系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)運營狀態(tài)實時監(jiān)控，設(shè)計中為了以便看到系統(tǒng)狀態(tài)，設(shè)立了三套監(jiān)測與批示裝置，變壓器安裝現(xiàn)場有一套，它是由控制風(fēng)機起停接觸器、檢測故障繼電器常開或常閉觸點控制。電路圖如下圖3-16所示。在風(fēng)機正常運營時，控制回路中繼電器常開觸點就會由于繼電器線圈得電而接通，觸點一側(cè)發(fā)光二極管點亮，批示風(fēng)機處在正常運營狀態(tài)。在故障顯示電路中，過載故障顯示是當(dāng)其中任意一組風(fēng)機發(fā)生過載后，過載繼電器常開觸點就會由于繼電器線圈得電而接通，觸點一側(cè)發(fā)光二極管點亮，批示當(dāng)前風(fēng)機過載運營，過載信號通過光電隔離送入主控室單片機，單片機接到低電平信號，及時做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口風(fēng)機組切除。缺相故障時信號傳送及其顯示電路原理和過載時基本一致，在風(fēng)機每一相中都接了一種繼電器線圈，有缺相時，繼電器常開觸點就會由于繼電器線圈得電而接通，觸點一側(cè)發(fā)光二極管點亮，批示當(dāng)前風(fēng)機缺相運營，缺相信號通過光電隔離送入主控室單片機，單片機接到低電平信號，及時做出響應(yīng)，將接在相應(yīng)端口風(fēng)機組切除。當(dāng)過壓時，過壓信號通過光電隔離送入主控室單片機，單片機接到低電平信號，及時做出響應(yīng)，發(fā)光二極管點亮，將接在相應(yīng)端口風(fēng)機組切除。圖3-16風(fēng)機故障顯示電路在本電路中需要用8輸入或/或非門對信號進行選通，下面來簡樸簡介一下8輸入或/或非門芯片CC4078工作原理。CC4078芯片引腳排列圖如圖3-17所示。圖3-17CC4078芯片引腳排列圖引出端功能闡明：A～H數(shù)據(jù)輸入端Vdd正電源Vss地W原碼輸出端Y反碼輸出端該芯片電源電壓范疇是3V～15V，輸入電壓范疇是0～Vdd，在本控制回路中電源電壓是5V，滿足電路設(shè)計規(guī)定。第五節(jié)無線通信系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計中要實現(xiàn)變壓器無人看守，因而需要將現(xiàn)場溫度信號，故障信號送入控制室，以便于工作人員隨時掌握變壓器現(xiàn)場運營狀況。通信可以采用無線和有線兩種方式實現(xiàn)，設(shè)計中規(guī)定采用無線通信來實現(xiàn)。nRF401單片UHF無線收發(fā)芯片可以滿足設(shè)計規(guī)定，其硬件電路設(shè)計過程在如下進行詳細解說。在本設(shè)計中,無線射頻模塊采用挪威Nordic公司推出nRF401無線收發(fā)芯片。該芯片使用433MHzISM頻段,是真正單片UHF無線收發(fā)一體芯片,她在一種20腳芯片中涉及了高頻發(fā)射、高頻接受、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等,是當(dāng)前集成度最高無線數(shù)傳產(chǎn)品[14]。nRF401是一種為433MHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用頻段設(shè)計真正單片無線收發(fā)芯片,它采用頻移鍵控調(diào)制技術(shù)。nRF401發(fā)射速率可達20kb/s。發(fā)射功率可調(diào)，最大發(fā)射功率10dBm，接受敏捷度-105dBm。具備工作半徑大、適應(yīng)性強特點。天線接口設(shè)計為差分天線,便于使用低成本印刷電路板天線。nRF401尚有待機工作方式,可以更省電和高效。此外,該芯片只需少量外圍元件,使用十分以便。nRF401工作過程為：在發(fā)射開始時一方面發(fā)射同步信息,令收/發(fā)雙方同步,同步結(jié)束后傳播目地址,然后傳送采集數(shù)據(jù)。接受模塊總是先接受碼流中同步信息,一旦收到同步信息后及時進行位同步,獲得位同步后,進行碼同步,碼同步完畢后開始接受1個地址信息。接受到地址信息后，用接受目地址同自己身份碼進行比較,若身份碼相符就將數(shù)據(jù)送給上位機,不符則忽視[15]。nRF401無線收發(fā)芯片構(gòu)造框圖如圖3-18所示：圖3-18nRF401內(nèi)部框圖內(nèi)部構(gòu)造可分為發(fā)射電路、接受電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾某些。發(fā)射電路包具有：射頻功率放大器、鎖相環(huán)(PLL)，壓控振蕩器(VCO)，頻率合成器等電路?；鶞收袷幤鞑捎猛饨泳w振蕩器，產(chǎn)生電路所需基準頻率。其重要特性如下：●工作頻率為國際通用數(shù)傳頻段eFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；●采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；●敏捷度高，達到．105dBm(nRF401)；●功耗小，接受狀態(tài)250~A，待機狀態(tài)僅為8A(nRF401)；●最大發(fā)射功率達+10dBm；●低工作電壓(2．7v)，可滿足低功耗設(shè)備規(guī)定；●具備各種頻道，可以便地切換工作頻率；●工作速率最高可達20Kbit／s(RF401)；●僅外接一種晶體和幾種阻容、電感元件，基本無需調(diào)試；●因采用了低發(fā)射功率、高接受敏捷度設(shè)計，使用無需申請允許證，開闊地使用距離最遠可達1000米(與詳細使用環(huán)境及元件參數(shù)關(guān)于)。引腳排列和功能nRF401無線收發(fā)芯片具備2O圖3-19所示是其引腳排列。圖3-19nRF2401引腳排列各引腳功能如下：VSS-PA、VSS為參照接地端；VDD為電源端，接+3.3V直流電源；VDD-PA為功率放大+1.8V電源輸出端；ANT1、ANT2為天線接口端；XC1、XC2為晶振端；IREF為參照電流端，通過22K電阻接地；PWR-UP為上電端；CE為工作狀態(tài)使能端；CS為片選端，控制對nRF2401PWR-UP、CE和CS引腳狀態(tài)組合設(shè)立，控制nRF401主工作方式，當(dāng)狀態(tài)組合為1、1、0，1、0、1或1、0、0時，芯片分別處在掉電狀態(tài)；CLK1、CLK2為通道1、2時鐘信號端，由控制器提供，在突發(fā)傳遞模式下，控制器在時鐘上升沿由DATA引腳向nRF401寫入數(shù)據(jù)，在下降沿從nRF401DATA引腳讀出數(shù)據(jù)；DR1、DR2為通道1、2接受數(shù)據(jù)就緒信號端；DATA、DOUT為通道1、2數(shù)據(jù)端，控制器與nRF401由CLK、DR和DATA構(gòu)成三線接口互換傳播數(shù)據(jù)，通道1可接受和發(fā)送數(shù)據(jù)，通道2只能接受數(shù)據(jù)[15]。引腳號引腳名稱引腳功能描述1CE數(shù)字輸入用于激活芯片接受或發(fā)送模式2DR2數(shù)字輸出數(shù)據(jù)信道2接受數(shù)據(jù)準備好輸出，表達可以接受數(shù)據(jù)3CLK2數(shù)字輸入/輸出接受數(shù)據(jù)信道2時鐘輸出/輸入4DOUT2數(shù)字輸出接受數(shù)據(jù)信道25CS數(shù)字輸入片選，用于激活配備模式6DR1數(shù)字輸出該腳輸出可用于表達數(shù)據(jù)信道1接受數(shù)據(jù)已準備好7CLK1數(shù)字輸入/輸出在數(shù)據(jù)信道13—線接口發(fā)送時鐘輸入和接受時鐘輸出/輸入8DATA數(shù)字輸入/輸出接受信道1/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入/3—線接口9DVDD功率數(shù)字電源正端，使用時應(yīng)退耦10VSS功率接地（0V）11XC2模仿輸出晶振接入端12XC1模仿輸入晶振接入端13VDD-PA功率輸出功率放大器電源端（1.8V）14ANT1射頻天線接口115ANT2射頻天線接口216VSS-PA功率接地（0V）17VDD功率+3VDC電源端18VSS功率地（0V）19IREF模仿輸入?yún)⒄针娏鬏斎攵?0VSS功率地（0V）21VDD功率+3VDC直流電源端22VSS功率地（0V）23POW-UP數(shù)字輸入功率上限24VDD功率+3VDC電源表3-20nRF401引腳功能設(shè)計電路時應(yīng)注意如下問題。重要時序參數(shù)TX與RX之間切換當(dāng)從RX切換TX模式時，數(shù)據(jù)輸入腳(DIN)必要保持為高至少1ms才干收發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)從TX切換到Rx時，數(shù)據(jù)輸出腳(DOUT)要至少3ms后來有數(shù)據(jù)輸出。Standby與RX之間切換從待機模式到接受模式，當(dāng)PWRUP輸入設(shè)成1時，通過3ts時間后，DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效。對nRF401來說，ts最長時間是3ms。nRF401無線收發(fā)芯片有各種工作模式。不同工作模式下時序如表3-21所示表3-21不同工作模式下時序從待機模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定最大時間是t。PowerUp與TX間切換從加電到發(fā)射模式過程中，為了避免開機時產(chǎn)生干擾和輻射，在上電過程中TXEN輸入腳必要保持為低，以便于頻率合成器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進入發(fā)射模式時，TXEN必要保持lms后來才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù)。從上電到接受模式過程中，芯片將不會接受數(shù)據(jù)，DOUT也不會有數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個時間可以縮短到3ms。應(yīng)用電路及設(shè)計應(yīng)注意問題在實際應(yīng)用中，微控制器采用Microchip公司PIC16F877單片機，分別用單片機RC4、RC5、RC6、RC7、RE2口各管腳控制nRF401DIN、DOUT、TXEN、PWRUP、CS這五個腳即可。詳細連接可在芯片使用時，設(shè)定好工作頻率，進入正常工作狀態(tài)后，依照需要進行收發(fā)轉(zhuǎn)換控制，發(fā)送／接受數(shù)據(jù)或進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計中無線通信電路如下圖3-22所示。硬件電路設(shè)計要點如下:（1）射頻電路對于電源噪聲相稱敏感,必要采用星形布線辦法使數(shù)字某些和RF某些有各自電源線路,并且應(yīng)在接近集成電路電源引腳處分別去耦。（2）外接VCO電感應(yīng)選用高頻電感,Q>45,精度為2%,本設(shè)計采用深圳順百科技有限公司LQW18AN22NG00,電感精度對無線通信距離有較大影響,也可使用精度為5%,但通信距離會大大減小。VCO電感連線應(yīng)與其她控制線保持一定距離,應(yīng)避免數(shù)字控制線從電感引腳之間通過,并且應(yīng)當(dāng)使VCO電感元件中心距離nRF401VCO1,VCO2引腳焊盤中心514mm左右,電感元件選取與布局很重要,是設(shè)計成敗核心點。圖3-22無線通信電路（3）在電路板正反兩面均使用大面積鋪銅作為接地面,使所有器件容易去耦,兩面鋪銅應(yīng)使用各種過孔相連,所有對地線層連接必要盡量短,接地過孔應(yīng)放置在非常接近元件焊盤處[16-17]。（4）天線設(shè)計使用PCB板環(huán)形天線,尺寸為35mm×20mm,天線增益為-11dB,天線阻抗為380Ω，天線應(yīng)位于PCB板頂部,天線某些不要鋪銅,關(guān)于環(huán)形天線設(shè)計可參照Nordic公司技術(shù)文檔nAN400—03和nAN400—05。（5）如果PCB板VCO電感設(shè)計合理,當(dāng)模塊處在接受狀態(tài)時,nRF401第4管腳電壓應(yīng)為1.1±0.2V。

第六節(jié)主回路某些設(shè)計6.1風(fēng)冷機保護簡要簡介風(fēng)冷式電動機是電動機一種形式。電動機保護往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接啟動時，往往產(chǎn)生4～7倍額定電流啟動電流，可以由接觸器或斷路器來控制，電器觸頭應(yīng)能承受啟動電流連接和分段考核，應(yīng)當(dāng)要選用可頻繁操作接觸器。在使用中往往于啟動器串聯(lián)在主回路中一起作用，此時由啟動器接觸器來承載啟動電流考核，而其她電器只承載普通運轉(zhuǎn)中浮現(xiàn)電動機過載電流分段考核，至于保護功能由配套保護裝置來完畢。此外，對電動機控制還可以采用無觸點方式，即采用軟啟動控制系統(tǒng)，電動機主回路由晶閘管來連接和分斷，有為了避免在這些元件上持續(xù)損耗，正常運營中采用真空接觸器承載主回路（并聯(lián)晶閘管上）負載，這種控制有程控或非程控，近控或遠控，慢速啟動或迅速啟動等各種方式，此外，依賴電子線路，很容易做到如電子式繼電器那樣各種保護功能。電動機在運營中也許發(fā)生故障是各種各樣，它與設(shè)計和制造質(zhì)量、使用條件、工作方式以及使用維護等因素密切有關(guān)，故障因素也比較復(fù)雜。詳細分析電動機損壞重要因素，可以協(xié)助對的地使用和維護電動機，并能減少不應(yīng)有電動機損壞。電動機在運營中往往會浮現(xiàn)過載故障、過壓故障、缺相