配电变压器油温在线监测仪设计进行时(共28页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计(论文)题目: 配电变压器油温在线监测仪设计 院(系): 电气工程学院 专业班级: 学 号: 学生姓名: 指导教师: (签字)起止时间:2013.06.24-2013.07.12专心-专注-专业课程设计(论文)任务及评语院(系):电气工程学院 教研室: 学 号学生姓名专业班级课程设计(论文)题目配电变压器油温在线监测仪设计课程设计(论文)任务该检测仪实时监测变压器的油温,温度检测范围1085,精度0.5,带有四组开关,用于变压器冷却系统的控制,超温跳闸等。设计任务:1. CPU最小系统设计(包括CPU选择,存储器,晶
2、振电路,复位电路)2. 4组开关电路设计以及油温检测电路设计3. 声光报警电路设计4. 程序流程图设计及程序编写技术参数:1温度检测范围1085,精度0.5,带有四组开关2工作电源220V设计要求:1、分析系统功能,选择合适的单片机及传感器,模拟量检测电路设计等;2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图;3、按规定格式,撰写、打印设计说明书一份,其中程序开发要有详细的软件设计说明,详细阐述系统的工作过程,字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 4组开关电路设计以及油温检测电路设计第6天声光报警电路设计第7天 程序
3、流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时: 论文质量: 答辩: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要为保证变电器的连续安全供电,变压器油必须保证在一定温度下进行运行。变压器的绝缘老化主要是由于温度、湿度、氧化和油中分解的劣化物质的影响所致。但老化的速度主要由温度决定,绝缘的工作温度愈高,化学反应进行的愈快,绝缘的机械强度和电气强度丧失的愈快,绝缘老化速度愈快,变压器使用年限也愈短。因此对变压器的油温进行实时采集及检查处理使其维持在一定的范围内对变压器的寿命有重要的意义。本装置
4、采用设置温度上、下限的方法避免上述情况,并且在确定风机的启动温度时,采用实时比较的方法,以保证风机启动后油温可能达到的最高值不会超过规程规定的上限。同时采用MAX6675芯片的热电偶传感器以及89C51单片机为主体的电路对变压器进行随时监测,同时进行报警电路和人机接口电路的设计,以及用MC14543作为驱动电路的LED静态显示电路,最后结合软件编程对整个设计要求做出完整的处理,同时更好的完成设计任务。关键词:变压器;继电器;油温;启动温度目 录第1章 绪论1.1 配电变压器油温在线监测仪设计概况电作为一种清洁安全的能源在人类的日常生活中起着至关重要的作用,电力系统作为用户与发电厂之间的纽带,其
5、作用不言而喻。而变压器更是电力系统中最为重要的一部分。因此,对配电变压器油温实时监测对能否为用户提供安全可靠的电能具有重要意义。变压器的绝缘老化,主要是由于温度、湿度、氧化和油中分解的劣化物质的影响所致。但老化的速度主要由温度决定,绝缘的工作温度愈高,化学反应进行的愈快,绝缘的机械强度和电气强度丧失的愈快,绝缘老化速度愈快,变压器使用年限也愈短。实际上绕组温度受负荷波动和气温变化的影响,变化范围很大。因此,对变压器的温度进行实时采集,使其维持在一定的范围内,对变压器的寿命有重要的意义。 温度监测系统有共同的特点:测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号,
6、则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路,才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。由于各种因素会造成检测系统出现较大的偏差,加上检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响,会使检测系统的稳定性和可靠性下降。所以温度检测系统的设计应着重于两部分:温度传感器的选择和主控单元的设计。1.2 本文研究内容本次课程设计要求对配电变压器的油温进行实时监测,温度检测范围10 85,精度0.5。并设计四组开关,分别用于变压器冷却系统的控制,超温报警,超温跳闸等。在线监测变压器油温对早期诊断变压器故障十分重要,但是因变压器结构复杂,影响其安全运行的因素较多,使得在线监测
7、的难度很大。油温测量过去一般是采用间接的模拟测量方法,准确性差,而且不及时。针对以上问题本文研究一种在线无损油温检测装置,应用于照明配电变压器上,其特征在于,包括:温度探头,包括磁性外壳及其内封装温度传感器,用于采集所述变压器的外部温度;温度补偿信号处理单元,包括采集单元、温度补偿处理器、通信单元、存储器,所述采集单元将所述温度探头采集温度进行模数转换,并提供给所述温度补偿处理器,所述温度补偿处理器将所述温度转化成对应变压器的油温,通过与所述存储器中温度范围比较,当测得的所述变压器油温超过上下限值,通过所述通信单元报警。本实用新型较传统变压器油温检测开孔改造相比,具有施工简易,无需停电,不影响
8、变压器的性能等优点。硬件电路设计:1. CPU最小系统设计(包括CPU选择,存储器,晶振电路,复位电路)2. 4组开关电路设计以及油温检测电路设计3. 声光报警电路设计4. 软件设计(程序流程图设计和程序编写)第2章 CPU最小系统设计2.1 配电变压器油温在线监测仪设计总体设计方案温度信号经过温度传感器后,转换为微弱的电信号,经放大电路放大信号,再由A/D转换电路进行转换后由AT89C51 单片机进行分析,得到当前的温度值,并且形成显示码送给LED 显示模块,同时校验判据,形成控制信号送控制模块。功能按键有以下五项功能:启动风机、停止风机、显示当前定值、恢复运行以及选择定值。当上位机提出通信
9、请求时,AT89C51 可以向上位机发送有关信息。图2.1为本课设的过程原理图。被 测环 境温 度传感器A/D转换电路89C51单片机LED显示声光报警功能键 盘图2.1 过程层原理框图2.2 CPU的选择本系统采用的AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,如图2.2所示。 图2.2 AT
10、89C51芯片管脚图采用MCS-51系列这一款的单片机,应首先了解MCS-51的引脚,熟悉并牢记各引脚的功能, MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统和定时器/计时器等功能的结合在一起的微型计算机。制作工艺为HMOS的MCS-51的单片机都采用40只引脚的双列直插封装方式,40只引脚按其功能来分,可分为如下3类: 电源及时钟引脚:Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc接+5V电源,Vss接地。时钟引
11、脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个晶体振荡器,它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。XTAL1接外部的一个引脚。该引脚内部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时,此引脚接地。XTAL2接外部晶体的另一端,在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器,该引脚接受时钟振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 控制引脚:、ALE、RESET(RST)。此类引脚提供控制信号,有的还具有复用功能。 RST/VPD引脚:RESET(RST)是复位信号输入端,高电平有效。当单片
12、机运行时,在此引脚加上持续时间大于2个机器周期(24个振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作。在单片机工作时,此引脚应为0.5V低电平。VPD为本引脚的第二功能,即备用电源的输入。当主电源发生故障,降低到某一规定值的低电平时,将+5V电源自动接入RST端,为内部RAM提供备用电源,以保证片内RAM的信息不丢失,从而使单片机在复位后能正常进行。 ALE/ 引脚:ALE引脚输出为地址锁存允许信号,当单片机上电正常工作后ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时,ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器,ALE端仍有正脉冲信号
13、输出,此频率为时钟振荡器频率的1/6。 为该引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时,此引脚作为编程脉冲输入端。 引脚:程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE(输出允许端)。 /VPP引脚:功能为片内程序存储器选择控制端。当引脚为高电平时,单片机访问片内程序存储器,但在PC值超过0FFFH时,即超出片内程序存储器的4KB地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当引脚为低时,单片机只访问外部程序存储器,不论是否有内部程序存储器。 I/O口引脚:P0、P1、P2、P3,为四个8位I
14、/O口的外部引脚。P0口、P1口、P2口、P3口是3个8位准双向的I/O口,各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这3个准双向I/O口作输入口使用时,要向该口先写1,另外准双向口I/O口无高阻的“浮空”状态。2.3 数据存储器扩展RAM是用来存放各种数据的,MCS-51系列8位单片机内部有128BRAM存储器,CPU对内部RAM具有丰富的操作指令。但是,当单片机用于实时数据采集或处理大批量数据时,仅靠片内提供的RAM是远远不够的。此时,我们可以利用单片机的扩展功能,扩展外部数据存储器。常用的外部数据存储器有静态RAM(Static Random Access Memory)和动态RAM(Dynam
15、ic Random Access Memory)两种。前者读/写速度高,一般都是8位宽度,易于扩展,且大多数与相同容量的EPROM引脚兼容,有利于印刷板电路设计,使用方便;缺点是集成度低,成本高,功耗大。后者集成度高,成本低,功耗相对较低;缺点是需要增加一个刷新电路,附加另外的成本。当用8282作为地址锁存器时,它的STB可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连,在ALE下降沿进行地址锁存。AT89C51单片机和静态数据存储器RAM 6116的接口电路图如下图2.3所示:MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址线也是由P0口和P2口提供的,因此最大寻址范围为64KB(0000HFFFFH)。
16、图2.3 CPU与数据存储器的硬件原理图2.4 复位电路设计复位操作可以使单片机初始化,也可以使死机状态下的单片机重新启动,因此非常重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现得,在时钟电路工作后,只要在单片机得RESET引脚上出现24个时钟脉冲(两个机器周期)以上的高电平,单片机就能实现复位。为了保证系统可复位,在设计复位电路时,一般使RESET引脚保持100ms以上的高电平,单片机便可以可靠地复位。当RESET从高电平变为低电平以后,单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间,ALE和PSEN引脚输出高点平。该设计采用的是按健电平复位电路,使用比较方便,在此复位电路中,干扰易串入复位
17、端,在大多数情况下不会造成单片机的错误复位,但会引起内部某些寄存器错误复位。在RESET复位引脚上接一个去耦电容。在程序跑飞时,可以手动复位,按下按键后,使RESET端产生高电平,按键时间决定复位时间,这样就不用在重起单片机电源,就可以实现复位。按键电平复位电路图如下图2.4所示:、图2.4复位电路2.5 时钟电路设计时钟电路用于产生单片机工作所需的时间信号。时钟信号可以有两种方式产生:内部时钟方式和外部时钟方式。89C51单片机内部有一个高增益反向放大器(及与非门的一个输入端编程为常有效时),用于构成片内振荡器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL
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