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摘要:本文介紹了89c51單片機(jī)溫控系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、軟件的設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞:單片機(jī);溫控系統(tǒng);程序存儲(chǔ)器;溫度傳感器;轉(zhuǎn)換;顯示電路
隨著科技在不斷的進(jìn)步,在電力方面對(duì)于精準(zhǔn)的溫度監(jiān)測(cè)也是刻不容緩。下面就關(guān)于89c51單片機(jī)溫控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)做出了一些探討。
隨時(shí)可以對(duì)傳感器電纜進(jìn)行斷線測(cè)量,并用指示燈給出提示;巡回檢測(cè)變壓器繞組的溫度,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所測(cè)繞組的溫度值;根據(jù)設(shè)定的門(mén)檻溫度值進(jìn)行判斷,驅(qū)動(dòng)顯示電路、斷電器及其報(bào)警裝置進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作;對(duì)門(mén)檻溫度值進(jìn)行重新設(shè)定。
2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要有溫度傳感器、顯示電路、控制電路、聲音報(bào)警電路、鍵盤(pán)及通訊電路6大部分組成。
(1)主機(jī)電路特性及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用
ATMEL公司的AT89c51單片機(jī)是一個(gè)功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī),它為許多單片機(jī)控制系統(tǒng)提1個(gè)極度靈敏并且有效的解決問(wèn)題方法。最典型特點(diǎn)是片內(nèi)4k字節(jié)的Flash,可作為片內(nèi)可重復(fù)編程的程序存儲(chǔ)器。它具有以下特點(diǎn):片內(nèi)含128B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;4個(gè)8位并行I/O端口;2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;6個(gè)中斷源;喚醒時(shí)間短;開(kāi)發(fā)環(huán)境方便、高效,程序調(diào)試方便,在開(kāi)發(fā)過(guò)程中易進(jìn)行程序的修改且與MCS-51兼容。
(2)溫度傳感器
準(zhǔn)確地測(cè)溫是控溫的前提,在這套系統(tǒng)中對(duì)變壓器繞組溫度的測(cè)量采用溫度傳感器Pt100.Pt100是一種新型的電流傳感器,化學(xué)性能穩(wěn)定,抗氧化能力強(qiáng),靈敏度較高,在-200℃～+600℃溫度范圍內(nèi)輸入電流與熱力學(xué)溫度成正比(干式變壓器的工作范圍為0℃～200℃),適應(yīng)了變壓器溫度測(cè)控系統(tǒng)的要求。
鉑熱電阻與溫度之間的關(guān)系近似線性關(guān)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(pán)接口電路的設(shè)計(jì)
按照工藝要求以及節(jié)省空間的原則,設(shè)計(jì)了1×3獨(dú)立式鍵盤(pán),利用89C51的P1口來(lái)實(shí)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(jī)將按程序設(shè)定執(zhí)行相應(yīng)的功能。在獨(dú)立式按鍵的電路中,各按鍵開(kāi)關(guān)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(kāi)時(shí),各I/O接口線有確定的高電平。通過(guò)鍵盤(pán)操作,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度門(mén)檻值T1,T2,T3和T4的設(shè)定。還有兩個(gè)功能鍵,分別命名為修改和定位。修改鍵是用來(lái)對(duì)系統(tǒng)的門(mén)檻值進(jìn)行修改,定位鍵用來(lái)確定輸入數(shù)值是門(mén)檻溫度值的哪一位。系統(tǒng)定時(shí)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描,若檢測(cè)出修改鍵被按一下,則表明對(duì)溫度T1進(jìn)行了重新的設(shè)定。我們根據(jù)實(shí)際情況,把門(mén)檻溫度值T1,T2,T3和T4分別設(shè)定為80,100,130和150℃。
(4)顯示電路的設(shè)計(jì)
在人機(jī)界面上顯示電路主要由3個(gè)部分組成:設(shè)計(jì)相指示燈先是電路、信號(hào)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(lái)指示傳感器電纜斷線所在的相。信號(hào)指示燈電路的作用:當(dāng)系統(tǒng)測(cè)出變壓器任意1相繞組溫度超過(guò)其溫度門(mén)檻值時(shí),將點(diǎn)亮相應(yīng)的信號(hào)指示燈(綠色信號(hào)燈表示該相溫度高于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度T2,黃色信號(hào)燈表示其溫度值高于超溫報(bào)警設(shè)定溫度值T3,紅色信號(hào)燈表示溫度高于變壓器繞組允許的最高溫度設(shè)定值T4)。
溫度顯示系統(tǒng)能夠定時(shí)對(duì)變壓器三相的實(shí)時(shí)溫度值進(jìn)行巡回顯示,每1相溫度值持續(xù)顯示的時(shí)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(jìn)制表示)。
(5)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)控制電路
在該監(jiān)控系統(tǒng)中,有3組風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器繞組的降溫。拖動(dòng)電機(jī)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(gè)單相風(fēng)機(jī),最大功率500W。兩相供電可帶6個(gè)風(fēng)機(jī),最大拖動(dòng)功率1000W.3個(gè)單相風(fēng)機(jī)由接線端A,B,C輸出,可帶6個(gè)小風(fēng)機(jī),最大拖動(dòng)功率為1000W。
(6)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)
為引起現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)異常信息的注意,該監(jiān)控裝置提供了聲音報(bào)警功能,報(bào)警電路通過(guò)I/O口輸出信號(hào),經(jīng)NPN型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警,它主要有超溫和超高溫閘報(bào)警2種,其區(qū)別在于報(bào)警時(shí)間的長(zhǎng)短不同。
(7)與上微機(jī)的通訊
在單片機(jī)和PC之間傳送數(shù)據(jù)及接口問(wèn)題,因?yàn)镻C機(jī)采用的是RS-232電平,而單片機(jī)采用TTL電平。EIA-RS-232是用正負(fù)電壓來(lái)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(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接,必須在EIA-RS-232和TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)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(luò)器件。
3、軟件的設(shè)計(jì)
(1)系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)
主要流程圖如圖2所示。 
(2)定時(shí)器中斷服務(wù)程序
首先,定時(shí)采樣3個(gè)通道的溫度值,為防止其應(yīng)用場(chǎng)合受尖脈沖干擾的影響,對(duì)溫度采樣值利用數(shù)字中值濾波技術(shù),即對(duì)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(shí)間共計(jì)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(shí)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(duì)值進(jìn)行比較,每當(dāng)定時(shí)器產(chǎn)生中斷時(shí),對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描,看是否對(duì)們門(mén)檻溫度值進(jìn)行修改。調(diào)用實(shí)溫度處理子程序,判斷實(shí)時(shí)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(bào)警系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)),另一方面與上微機(jī)進(jìn)行通訊。
在軟件設(shè)計(jì)方面,為確保單片機(jī)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變壓器溫度的控制功能。
4、結(jié)論
雖然曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)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(jī)與線性度較好的溫度傳感器Pt100有機(jī)的結(jié)合起來(lái),是干式變壓器溫度控制系統(tǒng)的一個(gè)突破,這套系統(tǒng)的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)于干式變壓器運(yùn)行安全性的要求,且功耗低,使用方便,具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn):
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[3]鄭海英,于鐵利, 鄭宏偉,單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]遼寧工學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(6):362-364.
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