1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 电力变压器温度监控系统的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 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，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
2、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 - 2 - Abstract The use of dry-type transformers, the temperature of affecting its service life is a
3、 very important reason, so its use in temperature monitoring and the necessary temperature control is to extend the service life of dry-type transformers is an important measure. This article mainly focus on dry-type transformer temperature control system to do the research. Designed a kind of tempe
4、rature control system, with sensitive temperature sensor and display function, system to AT89S51 as control core control, use is LED digital display circuit, use ADC0809 tube as system AD transform module, part of the temperature are collected, USES the monolithic as system of main controller ADC080
5、9 Mosaic of data, and to compare control data display and control. The system consists of hardware and software design part. Hardware as the core of the AT89S51 chip such as the introduction of the relevant, the circuit design of each module, and gives a specific hardware circuit diagram. Software p
6、art of the design of the program flow chart, and the preparation of source code, running on the source made the necessary explanation, through the actual production and testing, physical testing results are basically meet the requirements. Key Words: LED; A/D conversion; microcontroller - 3 - 目 录 1
7、引言 .1 2 总体设计 .2 3 硬件设计 .3 3.1 温度检测电路 .3 3.2 微处理器系统 .5 3.2.1 时钟电路 .6 3.2.2 复位电路 .7 3.3 显示模块 .8 3.4 AD转换模块 .8 3.4.1 单片机和 ADC0809 频率的配合 . 11 3.4.2 ADC0809 与单片机的连接 .12 3.4.3 继电器输出电路 .13 4 软件设计 .14 4.1 软件流程图 .14 4.2 A/D 转换测量及控制程序流程图 .15 5 制作和调试 .16 5.1 PCB板的设计和电路板的制作 .16 5.2 硬件和软件的调试 .16 6 结论 .18 致 谢 . 错
8、误 !未定义书签。 参考文献 .19 附录 1 系统实物图 .20 附录 2 实验原理图 .21 附录 3 毕业设计说明书 .22 附录 4 源程序 .23 - 1 - 1 引言 在干式变压器中，发现很多干式变压器没有温度监控，或者有温度监视没有什么降温措施，而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因素，所以在干式变压器使用中，进行必要的温度监视和在其温度过高时进行降温控制是延长干式变压器使用寿命的一个重要的措施。 干式变压器具有结构简单，维护方便，防火，阻燃，防尘，低噪声，维护简单，安全可靠等特点 1。 干式变压器的安全运行和使用寿命很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠
9、2。 对干式变压器的温度控制才是主要的，而对其超温保护则是一个非常后备的保护，因为干式变压器不象油浸式变压器（耐高温等级低， 105 度就要跳闸）那样，由于其耐 高温非常高，所以一般情况下是不可能达到 150 度的，除非是有其他事故其他原因引起的，可以让其在短时间内温度飚升，这样也必是其他保护首先多做，所以干式变压器的跳闸保护是作为一种辅助保护，可以设定稍微不灵敏点。 单片机对于温度采集和数据处理等有着很好的功能 ，相对于传统的温度采集方式，它具有着 体积小、重量轻、集成度高、抗干扰能力强、性价比高 等优点 ，尤其适合应用于小型的自动控制系统中 。特别是很多单片机都设置了多种工作方式，包括等待
10、，暂停，睡眠，空闲，节电等 方式 。 它还有使用寿命长，速度快，低噪音和高可靠性等优点。这使得 单片机在温控系统的使用变得尤为普遍 3。 - 2 - 2 总体设计 对干式变压器的温度监控主要是对干式变压器的 A、 B、 C 三相和铁芯的温度进行监视，对变压器的内部风扇的起停进行控制，从而达到调节变压器内部温度的目的。干式变压器的 A、 B、 C 三相和铁芯的温度稳定，一般情况下，铁芯温度是低于 A、 B、 C 三相的，且 A、 B、 C 三相的温度都是比较平衡的，相对的温差不会超过 10 度，在设计时我们设定当干式变压器的 A、 B、 C 三相和铁芯的温度任意一个高于 120 度时，干式变压器
11、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，干式变压器跳闸且报警，但其不会自动复位，必须按复位按钮或者重新上电才能复位，这样便于运行又便于检修人员及时了解到故障的原因。由于单片机在执行程序时不断将当前温度和设定动作温度来进行比较判断，当超过设定温度值范围时及时地转去执行超温处理和欠温处理子程序，控制继电器的吸合、断开状态，从而控制风扇实时的切换到关闭、开启两个状态和警报状态 4。 本系统由集成温度传感器、单片机、 LED 数码管、继电器、双向晶闸管、蜂鸣器及一些其他外围器件组成。使用具有价廉已购的 AT89S51 单片机编程控制，通过修改程序可 以方便实现系统升级。
12、系统的框图结构图 2-1 如下： 图 2-1 系统结构框图 人工控制 AT89S51 单片机 风扇控制回路 数码管显示 温度检测电路 ADC0809 - 3 - 3 硬件设计 本系统硬件主要有四大模块组成：温度检测电路、微处理器系统、显示模块和继电器输出系统。 3.1 温度检测电路 温度检测电路算得上是除微处理器外整个控制系统的另一个核心部分。温度先由温度采集模块采集温度，后经过放大后输入到 ADC0809，然后输入单片机，并据此来控制风机的起停。为了获得温度的变化与电流变化间成线形关系，我在设计中采用了美国模拟器件公司生产的单片集 成两端感温电流源 AD590， AD590是一恒流源器件，输
13、出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系，而且其测量的温度范围为一 55 +150 12，非线性误差为士 0 3，温度每增加 l，其电流增加 1 p A5。采集的温度信号经过摄氏温度的转化后进入 ADC0809的 INT0口。AD590的应用原理图和温度变化与电流变化的关系分别如图 3-1和表 3-1所示。 图 3-1 AD590应用原理图 - 4 - 表 3-1 AD590温度与电流关系 温度 / AD590电流 /mA 输出电压 /V 0 273.2 2.732 10 283.2 2.832 20 293.2 2.932 40 313.2 3.132 70 343.2 3.432 80
14、 353.2 3.532 120 393.2 3.932 130 403.2 4.032 150 423.2 4.232 AD590是电流输出性集成温度传感器。在设计测量温度电路时，必须将电流转化成电压。温度没升高 1K，电流就增加 1uA。摄氏温度的设计必须完成两部分任务：一是将 AD590的输出电流转换成电压信号。二是将热力学温度转换成摄氏温度。 摄氏温度测量 工作原理如图 3-2所示，通过运放的放大以及滑动变阻器 R9的调节，再加上 AD590的特有性质，可以实现电压值与成摄氏温标的转化。 - 5 - 图 3-2 摄氏温度测量电路 电压值公式如式 3-1所示。 U0= 298 9)761
15、(176 uiRR RRRuiRR 式 3-1 3.2 微处理器系统 本系统的微处理器采用了 AT89S51 单片机， AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 6。为什么选用这个单片机而不选用其他的器件呢？ 因为 用分立元件做的话，用到的器件比较多，且接线也
16、复杂，所以使用微机控制 较适合。 在自动控制中，一般有 3 种选择，分别是嵌入式微机、DSP 和单片机，它们的性能对比如表 3-2 所示 7。 表 3-2 嵌入式微机、 DSP 和单片机能对比表 指标 嵌入式微机 DSP 单片机 运算速度 一般 快 慢 信息处理量 大 大 小 体积和重量 大 小 小 系统集成度 高 一般 低 开发成本 适中 高 低 典型器件 SUPERDX 型嵌入式模块 DSP-56800 TMS320C54X MCS51 AT89 系列 通过对比发现，单片机最明显的优点就是价格便宜，一块 AT89S51，而我所设计的系统的信息量不是很大，速度要求也不是很高，所以一块小小的单
17、片机就足以满足要求了。 AT89S51 是 ATMEL 公司推出的 AT89 系列的高档型单片机，下- 6 - 表 3-3 对 AT89S 系列的各档机型做了对比 8。 表 3-3 AT89S 系列各档机型性能 机型 AT89S51 AT89S52 AT89S53 AT89S8252 是否与 MCS-51产品 是 是 是 是 片内 Flash/KB 4 8 12 8 工作电压 /V 4 5.5 4 5.5 4 6 4 6 全静态工作频率/MHz 0 33 0 33 0 24 0 24 程序存储器锁存 三级 三级 三级 三级 片内 RAM/位 128*8 256*832 256*8 256*8
18、可编程 I/O 位 / 32 32 32 32 中断源 /个 6 8 9 9 定时 /计数器 /个 2(16 位 ) 3(16 位 ) 3(16 位 ) 3(16 位 ) 全双工串行口 有 有 有 有 SPI 串行接口 无 无 有 有 低功耗休闲和降压模式 有 有 有 有 可编程监视器（看门狗） 有 有 有 有 双数据指针低功耗模式下 有 有 有 有 中断恢复 有 有 有 有 断电标志 有 有 有 有 通过比对发现 AT89S51 足以满足本系统的要求。 3.2.1 时钟电路 如图 3-1 是较为常用的单片机外围时钟电路，时钟电路是单片机的典型电路，这里我使用的是 12MHz 的晶振电路，使用两个 30P 的电容作为 谐振电容。 时钟电路如图 3-3 所示
