基于89c51單片機的干式變壓器溫控系統設計

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。

1、系統主要功能

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。

在該系統中，模擬轉換器選用外圍設備TLC2543，將其溫度測量值轉換為數字信號。干式變壓器的溫度即三相繞組的溫度，因此，用1路Pt100來測量變壓器運行的環境溫度，故選定3個序列通道A1，A2，A3，作為3路模擬信號的模數轉換通道。轉換模式為序列通道重復轉換模式。以主時鐘作為采樣時鐘，采樣信號的輸入來自于采樣定時器。基準電壓選為內部基準電壓5V。

(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。(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