基于89c51单片机的干式变压器温控系统设计
摘要:本文介绍了89c51单片机温控系统的电路设计、软件的设计以及其主要功能,展现出了它较于其它温控系统的优越性。
关键词:单片机;温控系统;程序存储器;温度传感器;转换;显示电路
随着科技在不断的进步,在电力方面对于精准的温度监测也是刻不容缓。下面就关于89c51单片机温控系统的开发做出了一些探讨。
1、系统主要功能
随时可以对传感器电缆进行断线测量,并用指示灯给出提示;巡回检测变压器绕组的温度,实时显示当前所测绕组的温度值;根据设定的门槛温度值进行判断,驱动显示电路、断电器及其报警装置进行相应的动作;对门槛温度值进行重新设定。
2、系统硬件电路设计
系统主要有温度传感器、显示电路、控制电路、声音报警电路、键盘及通讯电路6大部分组成。
(1)主机电路特性及其在系统中的应用
ATMEL公司的AT89c51单片机是一个功能强大的微型计算机,它为许多单片机控制系统提1个极度灵敏并且有效的解决问题方法。最典型特点是片内4k字节的Flash,可作为片内可重复编程的程序存储器。它具有以下特点:片内含128B的RAM数据存储器;4个8位并行I/O端口;2个16位定时器/计数器;6个中断源;唤醒时间短;开发环境方便、高效,程序调试方便,在开发过程中易进行程序的修改且与MCS-51兼容。
在该系统中,模拟转换器选用外围设备TLC2543,将其温度测量值转换为数字信号。干式变压器的温度即三相绕组的温度,因此,用1路Pt100来测量变压器运行的环境温度,故选定3个序列通道A1,A2,A3,作为3路模拟信号的模数转换通道。转换模式为序列通道重复转换模式。以主时钟作为采样时钟,采样信号的输入来自于采样定时器。基准电压选为内部基准电压5V。
(2)温度传感器
准确地测温是控温的前提,在这套系统中对变压器绕组温度的测量采用温度传感器Pt100.Pt100是一种新型的电流传感器,化学性能稳定,抗氧化能力强,灵敏度较高,在-200℃～+600℃温度范围内输入电流与热力学温度成正比(干式变压器的工作范围为0℃～200℃),适应了变压器温度测控系统的要求。
铂热电阻与温度之间的关系近似线性关系。Pt100的输出为电流型输出。
(3)键盘接口电路的设计
按照工艺要求以及节省空间的原则,设计了1×3独立式键盘,利用89C51的P1口来实现。大体原理:89C51扫描这3位,如果哪位电平由高变低,表示和该位相连的键被按下。确定后,单片机将按程序设定执行相应的功能。在独立式按键的电路中,各按键开关均采用了上拉电阻,上拉电阻为10k,这是为了保证在按键断开时,各I/O接口线有确定的高电平。通过键盘操作,可以实现对温度门槛值T1,T2,T3和T4的设定。还有两个功能键,分别命名为修改和定位。修改键是用来对系统的门槛值进行修改,定位键用来确定输入数值是门槛温度值的哪一位。系统定时对键盘进行扫描,若检测出修改键被按一下,则表明对温度T1进行了重新的设定。我们根据实际情况,把门槛温度值T1,T2,T3和T4分别设定为80,100,130和150℃。
(4)显示电路的设计
在人机界面上显示电路主要由3个部分组成:设计相指示灯先是电路、信号指示灯电路以及四位数码管温度电路。相指示灯的功能是用来指示传感器电缆断线所在的相。信号指示灯电路的作用:当系统测出变压器任意1相绕组温度超过其温度门槛值时,将点亮相应的信号指示灯(绿色信号灯表示该相温度高于风机启动温度T2,黄色信号灯表示其温度值高于超温报警设定温度值T3,红色信号灯表示温度高于变压器绕组允许的最高温度设定值T4)。
温度显示系统能够定时对变压器三相的实时温度值进行巡回显示,每1相温度值持续显示的时间为5s,四位七段数码管显示系统,第1位用于相显示,其他3位用于温度数据显示(十进制表示)。
(5)风机启动控制电路
在该监控系统中,有3组风机可以实现对变压器绕组的降温。拖动电机及功率:公有2组,A相和C相分别与零线构成220V供电,每相可带3个单相风机,最大功率500W。两相供电可带6个风机,最大拖动功率1000W.3个单相风机由接线端A,B,C输出,可带6个小风机,最大拖动功率为1000W。
(6)报警电路的设计
为引起现场工作人员对异常信息的注意,该监控装置提供了声音报警功能,报警电路通过I/O口输出信号,经NPN型三极管来驱动蜂鸣器进行报警,它主要有超温和超高温闸报警2种,其区别在于报警时间的长短不同。
(7)与上微机的通讯
在单片机和PC之间传送数据及接口问题,因为PC机采用的是RS-232电平,而单片机采用TTL电平。EIA-RS-232是用正负电压来表示逻辑状态,TTL以高低电平表述逻辑状态,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS-232和TTL电路之间进行电平和逻辑关系的转换。因此采用MAXUM公司的MAX232作为串行口与RS232串行通讯之间的联络器件。
3、软件的设计
(1)系统主程序的设计
(2)定时器中断服务程序
首先,定时采样3个通道的温度值,为防止其应用场合受尖脉冲干扰的影响,对温度采样值利用数字中值滤波技术,即对每1绕组的温度和环境温度连续采样15次,15次的采样时间共计15s。然后去掉最高、最低的5次采样温度值,余下求平均,便可得到要显示的变压器绕组的实际温度值和环境温度值。然后,取其变压器绕组温度与环境温度的相对值进行比较,每当定时器产生中断时,对键盘进行扫描,看是否对们门槛温度值进行修改。调用实温度处理子程序,判断实时温度所在的工作范围,将其结果一方面送输出通道(包括显示系统、报警系统和执行系统),另一方面与上微机进行通讯。
在软件设计方面,为确保单片机连续工作,启用Watchdog避免软件出现死循环、出现“跑飞”现象,实现系统对变压器温度的控制功能。
4、结论
虽然曾经出现过多种类型的干式变压器温控系统,但一般都为纯电子器件构成的温控系统。89c51单片机与线性度较好的温度传感器Pt100有机的结合起来,是干式变压器温度控制系统的一个突破,这套系统的特点就是结构简单,所需电子器件少,从而降低了系统的整体成本,该系统可满足电力系统对于干式变压器运行安全性的要求,且功耗低,使用方便,具有十分广泛的应用前景。
参考文献:
[1]何立民,单片机应用技术选编[M],北京:北京航空大学出版社,1993.
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