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基于80C51单片机的干式变压器温度控制系统设计.doc

上传人:HR专家 文档编号:11471415 上传时间:2020-05-09 格式:DOC 页数:6 大小:535KB
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1、基于 80C51 单片机的干式变压器温度控制系统设计摘要:介绍了一种基于 80C51 单片机的干式变压器温度控制系统,并分析了其系统硬件组成、软件设计及抗干扰技术的应用。关键词:干式 器; 片机;温度控制系 中图分类号:TM403.9文献标识码:B文章编号: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 引言温 度控制及其报警控制对干式变压器意义重大 。变压器绕组温度若超过绝缘耐受温度,绝缘可靠性就会降低,甚至将被破坏,而这

3、也直接导致变压器不能正常工作。 这种情况不仅使变压器的使用寿命缩短,也会带来一定的安全问题。传统的干式变压器的温度控制系统在温度控制及报警控制方面做的已经比较完善, 但是局限于其与上位机之间的有线通信, 系统的移动性和灵活性比较差,不能随时随地了解变压器温度。本文中所述系统在传统温度控制及报警控制系统的基础上,采用无线模块与上位机通信,有效地解决了这一问题,使温度监测更加方便。定的闸门温度比较, 判断该温度下是否需要执行动作,若需要,则通过输出电路执行相应的超温报警、风机的停止与启动以及跳闸等动作, 同时通过数码管等显示模块显示并通过串口通信及无线通信模块向上位机发送温度数值、 警报信息等,

4、以便用户接收。 图 1 为系统的结构框图。温度传感器输出电路超温报警跳闸模数转换单片机风机键盘串口通信显示模块无线通信模块2 硬件组成图 1 系统的结构框图本系统主要由三部分组成,分别是温度采集、数2.1 主控芯片据判断处理和输出控制。 它通过三只铂电阻传感器80C51 单片机是 MCS-51 系列单片机的一种 ,采集变压器三相绕组的温度值,通过 A/D 转换芯片由Intel 公司开发。 80C51 单片机是一个 CMOS 8 位将采集到的模拟信号转换成数字信号后传送至单片单片机,具有低电压、高性能的特点。它共有 40 个双机,由单片机进行分析,将该温度与之前通过键盘设列直插式引脚, 内有 1

5、28 个 RAM 单元及 4K 的第 1 期刘娇璇:基于 80C51 单片机的干式变压器温度控制系统设计31ROM,32 个外部双向 I/O 端口,3 个 16 位可编程定时计数器,内含 2 个外中断口,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线。 由于 80C51 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求,而且产品产量丰富来源广,应用也很成熟,故采用作为控制核心。2.2 温度传感器温度传感器选择 Pt100 温度传感器, 其温度与阻值的关系如图 2 所示。 传感器的核心是铂热电阻,其输出为电流,其阻值与温度的变化关系式为:R(t)=R0(1+At+Bt2)其中,A =3.90802 10 -3

6、/ ;B =-5.802 10 -7/ ;R0 =100。180170160150R/1401301201101009080-50050100150200t/图 2 传感器温度与阻值关系图从图 2 可知, 在干式变压器工作范围的 0到200温度区间内,Pt100 温度传感器的阻值与温度具有良好的线性关系,这给高精度的温度测量带来了便利。2.3 A/D 转换由 于温度传感器采集的温度数据为电流模拟量,而单片机处理的数据需为数字量,所以将温度传感器通过电路转换成电压模拟量之后,还需要在二者之间需增加一个 A/D 转换芯片。本系统中,选择了 AD0804 芯片来实现模拟量转换成数字量的功能。AD08

7、04 芯片是 8 位连续渐进式 A/D 转换器,由一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成, 输入方式为单通道, 转换时间约为 100s, 它的非线性误差为1LSB,分辨率为 1/256。 它的转换速度快、分辨率高,价钱便宜,普遍被应用于微电脑的接口设计上,适用于本系统。 实际管脚连接时,可以将温度传感器所在的转换电路的输出与管脚 6 相连,作为该芯片的输入;DB0-DB7 分别与单片机的一个并行 I/O 端口相连,作为输出。 ADC0804 的管脚图如图 3 所示。2.4 无线模块单 片机输出的控制量可以经过串口输出到无线模块上。 本系统选用上海某公司的 SRWF-1(V6.1)图 3 管

8、脚图型微功率无线数传模块。 SRWF-1(V6.1)提供 1 个 9针的连接器, 两个串口, 支持 1 200b/s、2 400b/s、4800b/s、9 600b/s 和 19 200b/s 等标准接口波特率 ,也提供其他非标准接口波特率。 该模块的接收电流小于 20mA,发射电流小于 40mA,休眠时电流仅为20A;微发射功率最大可达 10dBm(10mW);可得到实际误码率为 10-510-6;在视距下,有大于 300m 的可靠传输距离;可根据需要扩展到 16/32 信道。 它具有高抗干扰能力、低误码率、传输距离远、低功耗、高可靠性、体积小及重量轻等特点。实际电路连接中, 将该无线模块与

9、单片机串口相连,采用标准 RS232 接口方式连接,将短路跳线 D短接,其他引脚可悬空不接,其示意图如图 4 所示。用户SRWF-1设备接口接口图 4 连接示意图将短路跳线 B、C 短接,在 3 号信道设定信号发送和接收频率。 若将上位机的发送和接收频率加以恰当设置,则两机即可相互通信。3 软件设计软件部分由一个主模块和六个子模块构成,六个子模块分别为温度读取模块、键盘处理模块、闸门温度判断模块、故障动作模块、通信模块和显示模块。 系统包括子模块在内的各数据的初始化将在主模块中完成。 子模块中,除键盘处理模块和通信模块需要采用中断方式工作外,其他各模块均由主模块调用。 一些子模块的功能如下。3

10、2 第 50 卷总的来说, 温度读取模块获得的及时温度将会在闸门温度判断模块把该温度与由低到高的闸门温度进行一次比较,并执行相应的故障或非故障动作,同时该温度各种报警信息将由二进制码转换成BCD 码并在 LED 显示器上显示出来。当上述过程进行完后, 程序将向单片机请求中断, 并向通过串口与单片机连接的无线通信模块发送温度及报警信息,供用户查看。键盘处理模块主要用于对闸门温度的修改。 当按键被按下时,程序向单片机请求中断,用户可以通过不同的按键输入不同的闸门温度值, 中断程序进而修改预先设置好的标志位达到修改闸门温度的效果。 系统程序的流程图如图 5 所示。开始系统初始化温度获取键盘有输入是键

11、盘处理否闸门温度比较动作执行显示,通信图 5 系统程序流程图4 抗干扰技术的应用干式变压器的工作环境比较恶劣, 变压器的火花放电、接地故障、电晕或电杆电路的切换等会产生随机的脉冲噪声,属于电磁波干扰,这些噪声的传入会给系统对温度的测量带来一定的误差, 而这些误差有时会直接影响系统故障动作的判断, 进而带来一定的损失、危险。 所以,要从硬件和软件两方面应对干扰。4.1 硬件方面(1)使用差动放大器。差动放大器对共模信号有抑制作用, 而电磁波干扰也属于工模信号, 会被抑制,可以增强系统的抗干扰能力。(2)使用 RC 滤波电路。 RC 滤波电路属于低通滤波电路,而随机的脉冲噪声属于高频信号。当含有噪

12、声的信号通过 RC 滤波电路时,高频部分,即噪声部分将被过滤掉,增强了抗干扰能力。(3)使用电源滤波器。在电源变压器的初级串联一个电源滤波器后,高频干扰被一定程度地遏制,这可以解决交流电源和干扰源线的干扰。 滤波电路如图 6 所示。L1C2输入C10.01FC4 输出0.22FC30.01FL20.01F图 6 滤波电路(4)为提高电气隔离和抗干扰能力,可在故障动作电路中使用光电耦合器件。(5)压敏电阻器的应用可以吸收不同极性的过电压。4.2 软件方面(1)中值滤波技术。每次对同一项温度连续采样多次,起点为其中最高和最低的几个温度值,其余各值再求平均。(2)看门狗芯片的使用。看门狗芯片的主要作

13、用是避免冲虚出现死循环。5 结论本温度控制器可实现干式变压器三相绕组温度的采集、风机的驱动、超温报警及跳闸等功能,尤其在可以将采集的温度信息与报警信息通过无线通信模块发送带来的移动性和灵活性及抗干扰技术的全面性方面较之前温度控制器有一定的优势。 温度控制器的应用将提高干式变压器的安全性。参考文献:1 王幸之. 单片机应用系统抗干扰技术M. 北京:北京航空航天大学出版社,2001.2 卢 毅,赖 杰. VHDL 与数字电路设计M. 北京:科学出版社,2001.3 王 伟,李树荣. 基于 8051 单片机温度采集及无线发送J. 现代电子技术,2011,34(1):146-149.4 张毅刚. 新编 MCS-51 单片机应用设计 M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.

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