干式變壓器溫控儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用

潘兆平 楊春 鄧世怡

摘要

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的階段，單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)以及軍工等各領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文通過(guò)對(duì)單片機(jī)的功能特點(diǎn)分析，結(jié)合目前成熟的信息采集技術(shù)，給出實(shí)時(shí)、可靠的干式變壓器溫控儀設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 信息采集 實(shí)時(shí) 可靠

干式變壓器溫控儀（以下簡(jiǎn)稱：溫控儀）主要是由溫度傳感器和微處理器（單片機(jī)）構(gòu)成的智能儀器;它使用三只鉑電阻（溫敏電阻）作為溫度傳感器來(lái)測(cè)量干式變壓器三相繞組的溫度，根據(jù)設(shè)定的溫度值，啟停風(fēng)機(jī)進(jìn)行溫度控制，同時(shí)具有聲光報(bào)警功能，是保護(hù)干式變壓器的重要裝置。

1單片機(jī)的特點(diǎn)

1.1實(shí)時(shí)性

單片機(jī)可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的任務(wù)，在執(zhí)行完規(guī)定任務(wù)的同時(shí)，可對(duì)系統(tǒng)外部的異步事件做出快速響應(yīng)。

1.2可靠性

單片機(jī)把各個(gè)功能部件都集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連接，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣的環(huán)境下工作。

1.3控制功能強(qiáng)

單片機(jī)是電子計(jì)算機(jī)這個(gè)龐大家庭的一個(gè)特是產(chǎn)品，體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適合用于專門(mén)的控制用途。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極其豐富的轉(zhuǎn)移指令，1/0口的邏輯操作以及為處理器功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微型計(jì)算機(jī)。

1.4優(yōu)異的性價(jià)比

單片機(jī)采用了RISC流水線和DSP的技術(shù)，該技術(shù)可提高速度和執(zhí)行效率，使單片機(jī)的性能明顯的優(yōu)于同性能的微處理器;單片機(jī)的用途廣泛，生產(chǎn)單片機(jī)的廠家很多，因此，在保證性能的同時(shí)，低價(jià)格成為各廠商競(jìng)爭(zhēng)的主要策略。

2溫控儀硬件平臺(tái)搭建

根據(jù)干式變壓器保護(hù)裝置的功能要求，溫控儀應(yīng)具備溫度采集、三相溫度顯示、超溫報(bào)警、故障報(bào)警、超溫跳閘和風(fēng)機(jī)啟停控制等功能，同時(shí)還須具備實(shí)時(shí)性和可靠性等特性，再結(jié)合單片機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，下文將從軟件和硬件兩個(gè)方面描述溫控儀的實(shí)現(xiàn)方案。

溫控儀原理方框圖見(jiàn)圖1。

該溫控儀方案，溫敏電阻選用Ptl00，放大器采用LM324，采樣器選用MicroChip公司的MCP3204轉(zhuǎn)換器，控制芯片選用MicroChip公司的PCI16C73單片機(jī)，采用數(shù)碼管顯示，用三極管C9013驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、繼電器等。溫控儀主要電原理圖見(jiàn)圖2。

3溫控儀軟件編程

單片機(jī)編程與硬件電路緊密相關(guān)，根據(jù)溫控儀功能和上述電原理圖，將軟件劃分為三部分：初始化、主循環(huán)和中斷服務(wù)程序，控制程序用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，編譯環(huán)境是MPLABX。

3.1初始化代碼設(shè)計(jì)

初始化代碼段主要功能是對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行配置，主要代碼如下：

#include

CONFIG （HS& PROTECT& PWRTDIS& BOREN& WDTEN）;//定義芯片工作時(shí)的配置位

voidWrite_EPROM（unsigned char addressbyte，unsigned char data_byte）;

char Read_EPROM（unsigned char addressbyte）;////讀EPROM

short Read_Channel（char cn）;////讀取cn通道中的值并返回

void Calculate_V_T（char cn，float *V，floateT）;////采集并計(jì)算電壓V和溫度值T;cn通道號(hào)，1：表示1通道（PTlooA）;…

void Temperate_Control（void）;////對(duì)三路的溫度做判斷

void ScanFaceplate（char Num）;////顯示第Num個(gè)數(shù)碼管、指示燈和撲捉按鍵信息。

void Process_KeyDown（void）;////處理按鍵

……

3.2主循環(huán)代碼

主循環(huán)代碼段主要功能包括：實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的三路溫度進(jìn)行采集、超溫報(bào)警處理、故障報(bào)警處理、超溫跳閘處理、風(fēng)機(jī)啟?？刂铺幚砗桶存I處理等，主要代碼如下：

void main（void）

{

////變量、端口及其初始化////

char Sample_Channel;///////采樣控制;1：表示采樣1通道（A通道）;

chari，j，View_Time;

short Svalue，Svaluel;

///寄存器及端口初始化

OPTION= Ox8F;

INTCON= OxCO;

LED_Num=Ox7F;/////只點(diǎn)亮CIR二極管

……

//////程序工作主循環(huán)//////////

while（l）

{

asm（“clrwdt”）;////加入一條匯編語(yǔ)句（清看門(mén)狗）

Process_KeyDown（）;/////查看是否有鍵被按下，若有處理

///////表示正常工作

/////////////

if（Glitter_Time>=200）///////0.6秒采樣一次，顯示一次

{

Glitter_Time=0;

Calculate VT（1，&v1，&y1）;

Calculate VT（2，&v2，&y2）;

Calculate_V_T（3，&v3，&y3）;

TemperateControl（）;

}//////End 0.6秒采樣一次，顯示一次

}////////End while

}

3.3中斷程序代碼設(shè)計(jì)

中斷服務(wù)程序由定時(shí)器驅(qū)動(dòng)，主要功能是循環(huán)顯示三相溫度值和捕捉按鍵狀態(tài)，當(dāng)報(bào)警狀況出現(xiàn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，主要代碼如下：

void interrupt ISR（void）

{

if （TMR11E&&TMR11F）////判TMR1中斷

{

TMR11F=O;//清除TMR1中斷標(biāo)志

TMRIL=Ox47;

TMRIH=OxF4;/////定時(shí)3毫秒

if（Bell_True>=l）//////執(zhí)行聲音報(bào)警

{

B el l_Time=BeII_Time+l;

}/////End執(zhí)行聲音報(bào)警

Wait_ time=Wait_time+l;

Glitter Time=GlitterTime+l：

ScanFaceplate（Scan Num）;

Scan_Num=Scan Num+l;

if（Scan_Num>5）

Scan Num=0;

}

}

4溫控儀調(diào)校

由于分立元件的個(gè)體差異，盡管A路溫度采樣電路的匹配電阻R34、R35、R37與其它兩路（B路和C路）對(duì)應(yīng)的電阻阻值選擇相同，但依然存在細(xì)微差異，導(dǎo)致對(duì)相同溫度進(jìn)行采樣后，其計(jì)算溫度結(jié)果會(huì)不相同;因此，溫控儀還必須具有自校功能，可通過(guò)等效儀對(duì)本機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存與單片機(jī)內(nèi)部的FLASH中;正常工作時(shí)，用該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)校正實(shí)際采樣計(jì)算結(jié)果，這樣可保證溫控儀的一致性和準(zhǔn)確性。

5結(jié)論

綜上所述，該設(shè)計(jì)方案將單片機(jī)與傳感器（溫敏電阻）巧妙相結(jié)合，構(gòu)成了新一代智能溫控儀，它能將傳感器初級(jí)變化后的電量作進(jìn)行A/D變換，通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算得出采樣點(diǎn)環(huán)境溫度，而后自動(dòng)進(jìn)行超溫報(bào)警、故障報(bào)警、超溫跳閘和風(fēng)機(jī)啟?？刂频忍幚?該溫控儀體積小，功耗低，能實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確地測(cè)量干式變壓器內(nèi)部溫度，并根據(jù)測(cè)量值和閥值自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)控制;因此，該溫控儀是干式變壓器保護(hù)裝置的理想選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]MCP3204 Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[2]PIC16C73A Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[3]MPLABX Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.