摘要:本文介紹了89c51單片機溫控系統的電路設計、軟件的設計以及其主要功能,展現出了它較于其它溫控系統的優越性。

　　關鍵詞:單片機;溫控系統;程序存儲器;溫度傳感器;轉換;顯示電路

　　隨著科技在不斷的進步,在電力方面對于精準的溫度監測也是刻不容緩。下面就關于89c51單片機溫控系統的開發做出了一些探討。

　　隨時可以對傳感器電纜進行斷線測量,并用指示燈給出提示;巡回檢測變壓器繞組的溫度,實時顯示當前所測繞組的溫度值;根據設定的門檻溫度值進行判斷,驅動顯示電路、斷電器及其報警裝置進行相應的動作;對門檻溫度值進行重新設定。

　　2、系統硬件電路設計

　　系統主要有溫度傳感器、顯示電路、控制電路、聲音報警電路、鍵盤及通訊電路6大部分組成。

　　(1)主機電路特性及其在系統中的應用

　　ATMEL公司的AT89c51單片機是一個功能強大的微型計算機,它為許多單片機控制系統提1個極度靈敏并且有效的解決問題方法。最典型特點是片內4k字節的Flash,可作為片內可重復編程的程序存儲器。它具有以下特點:片內含128B的RAM數據存儲器;4個8位并行I/O端口;2個16位定時器/計數器;6個中斷源;喚醒時間短;開發環境方便、高效,程序調試方便,在開發過程中易進行程序的修改且與MCS-51兼容。

　　(2)溫度傳感器

　　準確地測溫是控溫的前提,在這套系統中對變壓器繞組溫度的測量采用溫度傳感器Pt100.Pt100是一種新型的電流傳感器,化學性能穩定,抗氧化能力強,靈敏度較高,在-200℃～+600℃溫度范圍內輸入電流與熱力學溫度成正比(干式變壓器的工作范圍為0℃～200℃),適應了變壓器溫度測控系統的要求。

　　鉑熱電阻與溫度之間的關系近似線性關系。Pt100的輸出為電流型輸出。電流轉換為電壓,采用如圖1所示的電路。

　　(3)鍵盤接口電路的設計

　　按照工藝要求以及節省空間的原則,設計了1×3獨立式鍵盤,利用89C51的P1口來實現。大體原理:89C51掃描這3位,如果哪位電平由高變低,表示和該位相連的鍵被按下。確定后,單片機將按程序設定執行相應的功能。在獨立式按鍵的電路中,各按鍵開關均采用了上拉電阻,上拉電阻為10k,這是為了保證在按鍵斷開時,各I/O接口線有確定的高電平。通過鍵盤操作,可以實現對溫度門檻值T1,T2,T3和T4的設定。還有兩個功能鍵,分別命名為修改和定位。修改鍵是用來對系統的門檻值進行修改,定位鍵用來確定輸入數值是門檻溫度值的哪一位。系統定時對鍵盤進行掃描,若檢測出修改鍵被按一下,則表明對溫度T1進行了重新的設定。我們根據實際情況,把門檻溫度值T1,T2,T3和T4分別設定為80,100,130和150℃。

　　(4)顯示電路的設計

　　在人機界面上顯示電路主要由3個部分組成:設計相指示燈先是電路、信號指示燈電路以及四位數碼管溫度電路。相指示燈的功能是用來指示傳感器電纜斷線所在的相。信號指示燈電路的作用:當系統測出變壓器任意1相繞組溫度超過其溫度門檻值時,將點亮相應的信號指示燈(綠色信號燈表示該相溫度高于風機啟動溫度T2,黃色信號燈表示其溫度值高于超溫報警設定溫度值T3,紅色信號燈表示溫度高于變壓器繞組允許的最高溫度設定值T4)。

　　溫度顯示系統能夠定時對變壓器三相的實時溫度值進行巡回顯示,每1相溫度值持續顯示的時間為5s,四位七段數碼管顯示系統,第1位用于相顯示,其他3位用于溫度數據顯示(十進制表示)。

　　(5)風機啟動控制電路

　　在該監控系統中,有3組風機可以實現對變壓器繞組的降溫。拖動電機及功率:公有2組,A相和C相分別與零線構成220V供電,每相可帶3個單相風機,最大功率500W。兩相供電可帶6個風機,最大拖動功率1000W.3個單相風機由接線端A,B,C輸出,可帶6個小風機,最大拖動功率為1000W。

　　(6)報警電路的設計

　　為引起現場工作人員對異常信息的注意,該監控裝置提供了聲音報警功能,報警電路通過I/O口輸出信號,經NPN型三極管來驅動蜂鳴器進行報警,它主要有超溫和超高溫閘報警2種,其區別在于報警時間的長短不同。

　　(7)與上微機的通訊

　　在單片機和PC之間傳送數據及接口問題,因為PC機采用的是RS-232電平,而單片機采用TTL電平。EIA-RS-232是用正負電壓來表示邏輯狀態,TTL以高低電平表述邏輯狀態,為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接,必須在EIA-RS-232和TTL電路之間進行電平和邏輯關系的轉換。因此采用MAXUM公司的MAX232作為串行口與RS232串行通訊之間的聯絡器件。

　　3、軟件的設計

　　(1)系統主程序的設計

　　主要流程圖如圖2所示。

　　(2)定時器中斷服務程序

　　首先,定時采樣3個通道的溫度值,為防止其應用場合受尖脈沖干擾的影響,對溫度采樣值利用數字中值濾波技術,即對每1繞組的溫度和環境溫度連續采樣15次,15次的采樣時間共計15s。然后去掉最高、最低的5次采樣溫度值,余下求平均,便可得到要顯示的變壓器繞組的實際溫度值和環境溫度值。然后,取其變壓器繞組溫度與環境溫度的相對值進行比較,每當定時器產生中斷時,對鍵盤進行掃描,看是否對們門檻溫度值進行修改。調用實溫度處理子程序,判斷實時溫度所在的工作范圍,將其結果一方面送輸出通道(包括顯示系統、報警系統和執行系統),另一方面與上微機進行通訊。

　　在軟件設計方面,為確保單片機連續工作,啟用Watchdog避免軟件出現死循環、出現“跑飛”現象,實現系統對變壓器溫度的控制功能。

　　4、結論

　　雖然曾經出現過多種類型的干式變壓器溫控系統,但一般都為純電子器件構成的溫控系統。89c51單片機與線性度較好的溫度傳感器Pt100有機的結合起來,是干式變壓器溫度控制系統的一個突破,這套系統的特點就是結構簡單,所需電子器件少,從而降低了系統的整體成本,該系統可滿足電力系統對于干式變壓器運行安全性的要求,且功耗低,使用方便,具有十分廣泛的應用前景。

　　參考文獻:

　　[2]張毅剛,彭喜元,姜守達,等.新編MSC-51單片機應用設計[M].黑龍江:哈爾濱工業大學出版社,1990.

　　[3]鄭海英,于鐵利, 鄭宏偉,單片機在溫度控制系統中的應用[M]遼寧工學學報,2005,25(6):362-364.