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        干式變壓器溫控器設計方案,溫度控制器的硬件設計

        發表時間: 2019-03-28 16:06:41

        作者: 福州英諾電子科技有限公司

        干式變壓器的特點,為什么要使用干式變壓器?

        干式變壓器因具有占地面積小、功耗低、工業噪聲小、安全性高、電流和功率的過載能力強、運行安全可靠等優點,被廣泛應用于現代化建設中。相較于油浸式變壓器,干式變壓具有耗能低、占地面積小、節能等優勢。干式變壓器因其自身的特點,能夠被安放到負荷中心,比如地下室和人流量較大的公共廣場,且相比于其他種類變壓器,安裝費用更低,也更

        方便;干式變壓器大都用的是空氣絕緣,因此它沒有油,防火性能比較好,不容易引發火災等電力系統常出現的災害,一些對防火要求高的場合,尤其是火車站,飛機場和地鐵等交通運輸場合,廣泛使用防火性能較好的干式變壓器,因此用于對干式變壓器保護的智能溫度控制器的市場需求量很大。


        溫控儀總體方案設計

        溫度控制系統工作時,首先需要檢測變壓器三相繞組的溫度。然后通過微處理器進行數據處理,比較之后再根據需要進行報警甚至跳閘處理。

        溫度控制系統主要包含以下幾種電路:

        (1)溫度傳感器采集電路

        (2)單片機控制電路

        (3)LCD顯示電路

        (4)聲光報警電路

        (5)風機驅動以及跳閘電路


        溫度控制器的硬件設計

        3.1主控微處理器系統

        干式變壓器溫度控制器的核心器件是STC89C5l,STC89C51具有l K字節的RAM、16 K字節的片內FLASH程序存儲器,支持在應用可編程一和在系統可編程,可通過串行接口進行直接編程,用起來比較方便。

        在總體的電路設計中,STC89C51分別與DSl8820溫度傳感器、LCDl2864液晶顯示屏、蜂鳴器報警電路以及其他驅動電路相連接,通過RS--485半雙工通信方式與上位機進行通信。

        下面詳細介紹

        主控芯片的連線以及數據的交換形式該系統采用11.0592 MHz晶振,電容22 pF,晶振電路如圖3所示。并帶有手動復位電路,復位電路

        晶振電路和復位電路保證單片機穩定

        運行在復位電路中,當系統上電時,由于電容兩端的電壓不能突變,此時RST引腳的電壓為電阻R0兩端的電壓,是5 V。伴隨著電路中電容的充電,電容兩端的電壓慢慢升高,R0兩端的電壓隨之下降,RST引腳的電壓也下降,在tl時刻,RST引腳的電壓會下降到3.6 V,隨著電路對電容的繼續充電,RST引腳兩端的電壓最終會變為0 V。單片機的復位時間應至少保持兩個機器周期,也就是說RST引腳兩端的電壓高于3.6 V的時間至少要維持兩個機器周期,即tl要大于兩個機器周期。而tl的值取決于復位電路中的電阻、電容值和單片機的晶振頻率。


        復位電路中的電阻值不宜取得太小,一般矗值取10 kft,電容c取10恤F,單片機的復位脈沖寬度為(O.7~1)RC。

        在單片機最小系統中,Vpp/一EA iJI腳接高電平表

        示一律從內部程序存儲器中讀取命令。

        3.2溫度檢測電路

          溫度檢測電路以DSl8820溫度傳感器為主要核心部件。溫度檢測電路如圖5所示該電路圖中,3個DSl8820溫度傳感器通過數據引腳DQ與單片機的P1.3、P1.4和P1.5 3個引腳相連接來實現溫度傳感器與單片機之間的通信。

          

          DSl8820通過單總線實現與單片機的通信,中間不需要A/D轉換電路。其DQ端用于與單片機之間的數據通信,實現數據的輸入和輸出,VDD接5 V電源,GND接地。使用多個DSl8820同時測溫時一般以下3種方法:(1)每個DSl8820的DQ端占用1個I/O口。這種方法占用I/O口較多,程序也顯得重復繁瑣。

          

          (2)單獨讀取每個DSl8820的固定序列號,把這些序列號存儲到單片機,然后使用DSl8820本身存在的搜索指令指定到固定的傳感器讀取溫度。這種方法只需占用1個I/O口,大大的節約了單片機的I/O口資源,而且程序也比較簡潔,只是需要把用到的每個傳感器的序列號逐個讀出。運行的時間會相對長一些。(3)使用DSl8820搜索器件協議。這種方法最為簡單,但程序調試和算法相對比較復雜。

          

          考慮到測溫電路只使用了3個DSl8820器件,我們選用了第1種方法迸行連接,相對于其他兩種方法,這種方法更容易實現溫度控制器的顯示部分主要由LCDl2864液晶顯示模塊來完成。該模塊具有價格便宜,性能較高,功耗較低的特點,能夠顯示8 192個中文漢字、128個字符及64X256點陣顯示RAM,同時還支持自定義字符的顯示。與單片機的連接電路如圖6所示。

          

          液晶模塊的數據口與STC89C51的P1口相連接,液晶的讀和寫操作通過單片機P2.4和P2.5口來控制完成。單片機通過P0口來進行數據的傳輸。圖中的滑線變阻器是為了調節液晶顯示屏的亮度。在繪制PCB電路板時,只留下液晶的20個連接端子,采用M3六角銅柱將液晶支撐固定。

          

          工作指示和報警

        電路此電路的指示燈有5個,采用發光二極管通過限流電阻與單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.6和P1.75個I/O口進行相連,其連接方式為共陽極連接方式。通過改變這5個I/O口的電平高低,就可以實現發光二極管的亮滅。LED的工作電流是20 mA,工作電壓是3 V,而電源的電壓是5 V,經過計算得出串聯的分壓電阻的阻值R為:R=(5 V一3 V),20 mA=100 Q為了確保電路能夠長期穩定地運行,需要將電阻稍微放大一些,但又不能放的過大,否則會因為電阻分壓過大,導致發光二極管過暗。此電路中我們選取尺為l kfl。詳細的指示電路。

          

         工作指示電路其中D1、D2、D3分別是變壓器三相繞組的超溫報警指示燈,當變壓器A相繞組的溫度超過預設的溫度值時,Dl就會亮,當其溫度低于預設的溫度值時,D1就會熄滅。同樣,D2和D3對應著B相和C相的繞組溫度。D4是風機啟停的指示燈,當變壓器繞組溫度超過一定值時,單片機就會通過繼電器驅動電路來開啟風機進行冷卻,此時D4指示燈就會亮;當溫度低于預設值時,風機停止,D4指示燈熄滅。D5是顯示變壓器繞組溫度是否高于設定的超高溫跳閘值,若繞組溫度高于設定的超高溫跳閘值,則D5指示燈亮,否則,D5指示燈熄滅。

          

         

          蜂鳴器報警電路報警電路中的電阻R11是為了限制流過NPN三極管的電流,防止流過基極的電流超過它的耐受值。從單片機I/O口流出的電流強度很小,不足以驅動蜂鳴器發聲,所以通過連接一個三極管來放大電流,從而驅動蜂鳴器發聲。當變壓器的任一相繞組溫度超過預設的超溫值時,單片機就會讓P2.0口輸出一個高電平,繼而三極管導通,在蜂鳴器中形成通路,蜂鳴器發聲。

          

          電源電路本系統采用USB+5 V直接供電的方式,這種供電方式的電壓偏差一般在±2%左右。

          

          在此電路圖中,S5是一個帶自鎖的按鍵開關,控制是否給系統上電。電解電容C9主要是給5 v的輸入電源濾波。F1是自恢復保險絲,防止電路板短路后過流。u8是一個USB2.0的座子,用來接USB線供電。發光二極管D6和電阻R22組成的通路是電源上電顯示電路,電源一上電,發光二極管就亮。

          

          負載驅動電路本系統的負載驅動主要包括驅動風機的啟停和實現跳閘。風機啟停電路和超高溫跳閘電路。

          

          超高溫跳閘電路風機啟停和超高溫跳閘的驅動電路是一樣的,只是繼電器后面連接的器件不同。圖中的4N25器件是光電耦合器,對輸入、輸出信號起到隔離的作用。

          

        溫度控制器的軟件設計

        溫控器主程序的設計

        在進行干式變壓器溫度控制器的程序設計時,為了方便后期程序的修改和維護,采取了模塊化的設計思想,將系統程序進行了劃分,劃分后的程序主要包含以下幾個模塊:DSl8820溫度信號采集程序、LCDl2864液晶顯示程序、主程序和按鍵增減溫度預設值程序豐程序的設計流程如圖12所示圖12主程序流程圖系統上電后,首先進行初始化,包括對定時器的初始化、中斷的初始化、串口的初始化以及液晶屏的初始化。然后程序進人到主程序中,判斷讀標志位是否為1,若不為l,則等待繼續判斷,直到讀標志位為l,進入到溫度采集程序,將采集到的溫度進行處理轉換后與預設值進行比較,若超過預設值,則進入到相應的驅動子程序,然后進入到顯示子程序。若低于預設值,則直接進入到顯示子程序進行顯示。顯示子程序執行完,判斷是否有按鍵按下,若有,則轉到按鍵加減子程序。若沒有按鍵按下,則跳轉到判斷讀標志位處。如此循環。

          

         該主程序的設計能夠實現測量實時溫度,并通過比較,實現一定溫度時開啟風機,超溫聲光報警,超高溫跳閘,并將測得的實時溫度和實時的溫度狀態顯示在液晶屏上。

          

         DSl 8820溫度傳感器的程序設計DSl8820的溫度采集程序主要涉及DSl8820的初始化、從DSl8820中讀取一個字節的數據、向DSl8820中寫入一個字節的數據和讀取溫度。溫度采集的程序流程如圖13所示。

          

         溫度采集程序流程圖溫度采集模塊的程序實現了溫度的實時采集,并將采集到的數據進行處理后發送給單片機。

          

         設計目的是設計出一款能夠實時監測干式變壓器繞組溫度,并根據需要,在溫度超過一定范圍時,能夠自動地進行開啟風機、聲光報警以及跳閘等一系列操作的智能型溫度控制器。它能夠有效的對干式變壓器進行保護,延長變壓器的使用壽命,同時避免變壓器溫度過高帶來的火災隱患。

          

          該溫度控制器最終實現的功能包括巡回檢測變壓器三相繞組溫度,并實時顯示在液晶屏上;當繞組溫度超過風機開啟溫度時,開啟風機,溫度下降至風機關斷溫度時,關斷風機;超溫進行聲光報警;超高溫進行跳閘斷電等功能


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