1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化电力变压器温度监控系统的设计1、课题研究意义及现状大型电力变压器绕组温度的在线监测对保证设备安全运行和延长其寿命十分重要。如果变压器绕组温度过高，其绝缘物质就会加速老化，甚至造成重大事故；若绕组最热点的温度过低，则变压器的出力就没有得到充分利用，降低了经济效益。本课题研究的电力变压器温度监控系统可实现对干式变压器 A、B、C 三相绕组和铁芯的温度测量，监视和控制。使干式变压器温度保持在一个稳定的区间内，增强其使用寿命。目前，单片机运用于电力变压器温度控制系统的优势已相当明显，它具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干
2、扰能力强和使用方便等独特优点。通过本次研究设计，可以提高我对 AT89S51 单片机等电气元件性能的认识，还可以提高我对电子系统设备的设计能力。二、课题研究的主要内容和预期目标1.课题研究内容：设计并制作一个能对干式电力变压器的温度进行测量、监视及控制的装置。2.预期目标：完成温度监控系统的全部硬件电路的具体设计（包括单片机系统模块电路） ，同时完成软件部分设计并进行系统调试。实现能循环显示干式变压器 A、B、C 三相绕组的温度；当干式变压器 A、B、C 三相绕组的温度任意一个高于 120 度时，干式变压器的内置风扇启动，当低于 80 度时，内置风扇关闭，当达到 150 度时，温控装置能使干式
3、变压器跳闸且报警；要求装置成本低，抗干扰能力强，性能可靠。三、课题研究的方法及措施通过课堂上的理论学习对单片机已经有了初步的认识，再通过实验对 AT89S51 等课题中需常用到的单片机进行深入的研究，深刻了解其各种功能、特性，充分认识并利用单片机集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点。完成温度监控系统的全部硬件电路的具体设计（包括单片机系统模块电路） ，同时完成软件部分设计并进行系统调试。充分利用之前文献综述中的资料，结合过去查阅的资料，然后通过反复实验、比较，选择出最科学的温度监控系统的全部硬件电路设计方案进行设计（包括单片机系统
4、模块电路） ，同时完成软件部分设计并进行系统调试。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 18 日至 2011 年 4 月 17 日。2010 年 10 月 18 日至 2010 年 11 月 14 日：分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。2010 年 11 月 15 日至 2011 年 1 月 23 日：设计与写论文，完成温度监控系统的全部硬件电路的具体设计（包括单片机系统模块电路） ，同时完成软件部分设计并进行系统调试，撰写设计报告与论文。2011 年 2 月 15 日至 2011 年 3 月 15 日：设计作品完善，论文修改，并上
5、交作品。2011 年 3 月 16 日至 4 月 17 日：准备答辩，完成答辩。五、参考文献1 吴飞青，丁晓，李林功，练斌.单片机原理与应用M.北京：机械工业出版社,2009,2.2 毛敏，张为民等.MCS-51 系列单片机系统及其应用M.北京：高等教育出版社,2005，7.3 李秀忠.单片机应用技术M.北京：中国劳动社会保障出版社，2006，7.4 李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社,2006,1.5 求是科技.单片机典型模块设计实例导航（第 2 版）M.人民邮电出版社，2008,7.6 王振红，张常年.综合电子设计与实践M.北京：清华大学出版社，2005，2
6、.7 李文才，路文梅等.干式变压器温度控制系统的设计J.变压器 2009,(1):5760.8 胡 开 明 ， 钱 敏 . 变 压 器 温 度 监 控 系 统 的 设 计 J. 自 动 化 技 术 与 应 用 ， 2008， 27（ 10） ：88 90.9 朱海刚，刘曙光.干式变压器温度控制器的设计J.变压器，2007,44(3)：7476.10 王 卓 .基 于 AT89c5 1的 干 式 变 压 器 温 度 监 控 系 统 J. 北 华 大 学 学 报 ， 2007， 4， 8（ 2） ：181 184.11 John Wiley. Analog and digital electron
7、ics for scientistsM. New York: Vasses Basil，1985.12 Donald A.Neamen. Electronic Circuit Analysis and Design(Second Endition)New York(USA):Mc Graw Hill,June,2004.毕业论文文献综述电气工程及自动化电力变压器温度监控系统的综述摘要：大型电力变压器绕组温度的在线监测对保证设备安全运行和延长其寿命十分重要。如果变压器绕组温度过高，其绝缘物质就会加速老化，甚至造成重大事故；若绕组最热点的温度过低，则变压器的出力就没有得到充分利用，降低了经济效益。
8、关键词：电力变压器；温度监控；单片机；设计；1.研究背景在变电站或发电厂等变压器的降温一般都是采用风冷式降温，而风机的控制都是人工来完成的，这种方式有诸如自动化程度低，风机同时起动电流过大等缺点。大型电力变压器油温过热问题是运行和制造部门都十分关注并需要解决大型电力变压器油温过热问题是运行和制造部门都十分关注并需要解决的重要问题之一。变压器运行中执行的一个基本原则是要尽可能的实现对用户连续供电。为保证变压器的连续安全供电，变压器必须保证在一定温度下进行运行。变压器的冷却控制装置,目前大都采用传统的继电器控制模式,通过人工来控制温度控制器机械触点的开闭来驱动交流接触器的线圈,从而接通冷却器的工作
9、回路。这种方式有很多的缺点，如自动化程度低，缺少必要的保护，风机群同时起动，电流过大等 1。目前，在很多领域，开始用红外技术监控变压器温度升降，例如：美国 Bruckner 电站的变压器，安装了 300 多台有载分接开关监控器，以便对分接开关温升进行监控。通过监控器，可分析变压器在没有循环泵的情况下的冷却特点。红外相机可记录散热器组的温度剖面。对变电站中变压器来说，冷却系统的主要部件是铁心和绕组。由铁心和绕组引起的热损耗会影响变压器效率和寿命，温升可增加导体电阻并能引起绝缘劣化，导致变压器故障。许多变电站的变压器均带散热器，尽管通过油自然风冷但也有一些通过泵和散热器进行冷却，还有些部门用水喷变
10、压器以保持酷热天气变压器的冷却。红外相机可起到为变压器摄像的作用，还可展示温度与颜色的变化(热点区域的颜色较深)，它可直接提供变压器热点的视觉分析 2。2.单片机的发展但要设计变压器温度监控系统，最主要的是必须充分了解单片机的相关知识，单片机诞生于20世纪70年代未。单片机的发展历史可划,分为以下几个阶段：第一阶段(1974年1976年)：为单片机初级阶置，即ScM单片微型计算机(single chip Microcomputer)阶段。第二阶段(1976年1978年)：为低性能单片机阶段，即单片机的控索阶段。第三阶段(1978年1982年)一单片机的完善阶段Intcl公司在Mcs一48基础上
11、推出了完善的、典型的单片机系列Mcs一5l第四阶段(1982年1990年)：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向徽控制器发展的阶段。第五阶段(1990年)：徽控制器的全面发展阶段 3。对单片机了解的深入对本次研究大有帮助，单片机运用于温度监控的例子也比比皆是，例如：以AT89C51单片机和固态继电器SSR为主要控制器件的风冷式变压器冷却系统自动控制装置的原理和实现方法。完成了温度采集、风机起停数目的控制及风机间自动切换的设计,克服了手工操作中诸如自动化程度低,风机同时起动时电流过大等缺点。具有较好的智能效果 4。89C51单片机是ATMET公司的8位Flash单片机，最大
12、特点就是在片内含有4KB可重复编程的Flash存储器、1288B内部RAM和2个16位定时器/计数器，在开发过程中易进行程序的修改且与MCS-51兼容。对于LED控制驱动器，选用PS7219，其接口采用同步串行外设接口（SPI） ，可同时驱动8位数码管（使用其中的5位） ，因PS7219内部具有158RAM功能控制寄存器，可方便寻址，对每位数字可单独控制刷新，显示亮度可数控，每位具有闪烁使能控制及全亮功能测试，这样可简化硬件电路的设计，节省CPU的口线和减少占有CPU的时间 5。目前，基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制日益完善，对特殊的环境温度进行测量，不仅要求测量的实时性，而且要
13、求测量的精确度，使测量的温度达到既定的标准。一种应用铂电阻进行高精度的温度测量系统出现在生产生活中，系统中以Pt100铂电阻作为测温传感器，采用最小二乘法来消除测温系统的非线性，并应用24位-高性能模数转换器AD7714对所输入的模拟信号进行模/数转换。AD转换器AD7714的应用保证了0.001的测量分辨率，最小二乘法的非线性优化使系统的测量误差小于0.01%.同样，所以这种原理同样可以运用于变压器温度监控系统 6。3.单片机的运用学会单片机温控电路的设计对我们研究本课题可以说是至关重要，例如：由测量电路将温度信号进行AD转换后送人8051进行信号的处理由显示电路显示，若温度不在要求的范围之
14、内，由8051进行智能化控制，调整温控电路输出电压，控制电机转速，达到恒温控制的目的40 只引脚按其功能来分可分为三部分：电源及时钟引脚：gee， Vss，XTALI，XTAL2控制引脚：PSEN ，ALE ，EA ，REst vo口引脚：P0P1，P2，P3。为4个8位IO的外部引脚 7。大型电力变压器绕组光纤温度传感器一般采用CAN总线接口设计，采用CAN作为大型电力变压器绕组光纤温度传感器的网络接E1通过总线接El电路实现传感器和节点间的数据、控制指令和状态信息的传送形成总线式的局域网拓扑结构具有结构简单、成本低、可靠性较高等特点 8。在变压器温度监控领域，除了AT89C51的运用比较突
15、出，单片机C8051F的运用也日益广泛，例如：采用单片机C8051F020和PC机相结合,具有数据采集、数据显示、数据通信及数据存储等功能,通过RS485总线和上位机相连,上位机可以通过软件对系统进行设置和控制,系统同时通过液晶模块实时显示监测到的温度和万年历;试验证明,本系统具有一定的实时高精度性能,有着很强的推广价值 9。下面介绍一款以单片机为核心的温度控制硬件系统，该系统较便于实现微机控制 10，硬件系统结构如图 1 所示.系统通过温度传感器检测待测温度，产生的信号经A/D转换后进行采集，单片机通过内部设定的算法进行运算后通过触发电路控制双向晶闸管的通断时间，从而控制温度稳定在用户从键盘
16、输入的目标温度中。单片机通过外接的LED显示屏实时显示所检测的温度和系统运行状态。在本系统中，温度控制单元和加热物组成的被控对象，温度传感器和前置放大与抗混滤波器组成反馈环节。为了提高加热物的使用范围，在控制系统中应尽量提高其控制精度，A/D电路必须具有很高的分辨率，为此选用AD公司的AD976AN,该芯片具有16位转换精度，200kHz的采样速度，并行输入接口。系统采用HD7279芯片 11作为键盘输入及LED显示电路，该芯片功能齐全，可以完成LED显示与键盘接口的全部功能，系统采用5位数码管显示加热物的当前温度和设定温度 12。要设计出一款好的电力变压器温度监控系统，单片机的研究是关键，同
17、样，要研究好单片机，选择单片机软件仿真系统的标准至关重要。目前，具有仿真功能的软件很多，如何选择软件，必须有个标准，该标准如下：该标准如下：（1）仿真与SPICE仿真电路相结合（2）支持主流单片机系统的仿真（3）提供软件试调功能（4）提供丰富的外围接口器件（5）提供丰富的虚拟仪器（6）具有强大的原理图绘制功能 13。4.单片机的优势单片机运用于电力变压器温度控制系统的优势相当明显，它具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字，智能化方面有广泛的用途。其中的温控系统采用镍铬/镍铝热电偶，此电偶用于 0至 1000 摄氏度的温度
18、测量范围，相应的输出电压为 0mV41.32Mv.温度是工业对象中的一个重要的被控参数，在单片机温控系统中，若采用模糊控制等控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，提高了生产效率 14 。参考文献：1胡开明,李跃忠,管小明.变压器温度监控系统的设计J .计算机测量与控制，发布时间：2008-1-3.2美用红外技术监控温度升降EB/OL,2010-10-31. http:/.3杨美仙.单片机的发展及其应用J.科技信息（学术版） ，2007，25（35）4钱敏,王怀平. 自动化技术与运用J.核心期刊 ISSN，2008-10，27（10）.5变压器温度智能监仪EB/OL,20
19、10-10-31.http:/ ，李兴伟.基于 AT89C51 单片机的高精度测温系统的研制EB/OL,2010-10-31.http:/ . 单片机温控电路的设计J. 牡丹江师范学院学报(自然科学版),2004（1）.8DIN EN 5032512003Industrial Communications Subsystem Based on ISO 1 1898(CAN)Forcontroller-Deviee Interfaces-Part 1：General RequirementsS9赵跃齐，马瑞卿 ，梁贵毅， 曾重，梁波. 基于单片机 C8051F 的智能温控系统的设计与实现J.计算
20、机测量与控制，2009，17（3）.10 余永权.单片机应用系统的功率接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社， 1993.11 纪钢.HD7279A 键盘显示驱动芯片及应用J.仪表技术，2001,30 （3 ）：161812 张菁.单片机温度控制系统方案的研究J.上海交通大学学报， 2007，41 （1）.13 李学礼，林海峰.基于 Proteus 软件的单片机实验室建设J. 单片机与嵌入式系统应用，2005 “(9) .14基于单片机的温度控制系统设EB/OL,http:/ _届）电力变压器温度监控系统的设计摘 要在干式变压器的使用中，温度是影响其寿命的一个非常重要的原因，所以在其使用中，
21、进行必要的温度监视和温度控制是延长干式变压器使用寿命的一个重要的措施。该文主要对干式变压器的温度控制系统做了研究。设计了一种温控系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统以AT89S51单片机作为控制核心进行控制，采用的是LED数码管显示电路，使用ADC0809作为系统的AD转换模块，对各部分温度进行采集，采用单片机作为系统的主控器对ADC0809传输过来的数据进行比较控制，并对数据进行变换用作显示并控制。该系统主要分为硬件和软件两个设计部分。硬件部分对以AT89S51为核心的等各有关芯片进行了介绍，设计了各个模块电路，并给出了具体的硬件电路图。软件部分设计了程序流程图，并编写了源程序，对源程序运行过程作了必要的解释，通过实际制作并测试，实物测试结果基本达到要求。关键词：LED；A/D 转换；单片机AbstractThe use of dry-type transformers, the temperature of affecting its service life is a very important reason, so its use in temperature monitoring and the necessary
