1、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
2、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
3、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(
4、干式变压器的工作范围为 0200),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。电流转换为电压,采用如图 1 所示的电路。 (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 13 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 T
5、1,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
6、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
7、,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 TT
8、L 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 主要流程图如图 2 所示。 (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
9、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. 2张毅刚,彭喜元,姜守达,等.新编 MSC-51 单片机应用设计M.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,1990. 3郑海英,于铁利, 郑宏伟,单片机在温度控制系统中的应用M辽宁工学学报,2005,25(6):362-364.
