摘 要：给出一种以ATMET公司的89C51单片机为核心的温度智能监控仪，监控仪具有主动赌咒断电前的三相温度、相位、历史最高温度等数据及黑匣子功效。

要害词：温控仪；单片机；干式变压器；V/F转换器??

1 DOWN引DOWN言

变压器智能化温度监控仪由传感器、单片机温控仪及相应的输出继电器所组成。通过铂电阻测取变压器被测点的温度，经与温度监控仪内部所预设定温度对比后，输出操纵风机继电器触点、超温报警继电器和超温跳闸继电器触点的开合，实现对变压器绕组温度的监控，防止变压器因过热而毁坏，保证变压器的设计使用寿命。

2 硬件体系设计

2.1 监控仪的硬件体系构成

89C51单片机是ATMET公司的8位Flash单片机，最大特性就是在片内含有4KB可反复编程的Flash存储器、128×8B内部RAM和2个16位定时器/计数器，在开发历程中易进行程序的修正且与MCS-51兼容。对于LED操纵驱动器，选用PS7219，其接口采纳同步串行外设接口（SPI），可同时驱动8位数码管（使用其中的5位），因PS7219内部具有15×8RAM功效操纵存放器，可便利寻址，对每位数字可单独操纵刷新，显示亮度可数控，每位具有闪耀使能操纵及全亮功效测试，这样可简化硬件电路的设计，节俭CPU的口线和减少占据CPU的光阴。因为工作状况设置、参数设置等按键采纳复合式键盘的方法，因而按键较少，键盘设计为独立式按键接口，通过检测输入线的电平可以很容易地断定哪个键被按下。与上位计的通讯采纳MAX232芯片，此芯片具有双组驱动器/接收器，片内含有1个电容性电压产生器可在单电源供电时供应EIA/TIA-232-E电平，每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5V TTL/COMS电平，还有仪器须要保留一些特别的数据，电路设计配制EEPROM和电源监控电路来实现上述功效。输出驱动电路采纳ULN2003驱动器，此芯片具有7个达林顿管，其集电极可收集最大电流达500mA，因内部接有续流二极管，可地驱动感性负载的继电器。其总体框图，如图1所示。

2.2 传感器

铂电阻的物理化学性能稳固，抗氧化才能强，敏锐度较高，资料易于提纯，工艺性好，制造容易，产品的一致性好，具有非常好的互换性。按1989年7月第77届国际计量委员会同意建立新的国际温标（简称ITS-90）规定,全体温标分4个温度范畴，其中13.803～961.78℃其相应的尺度仪器用铂电阻温度仪。变压器用电阻温度计尺度规定传感器使用Pt100。传输引线使用三线制，如图2所示。三线制的长处是可以减少因衔接导线电阻值的转变而引起的测量误差。应用不平衡电桥检测因温度变革而导致输出电压的变革，画出其中一路的温度信号检测电路图。

2.3 前置信号处置电路

CD4052是双4选1多路模仿开关，其4组输入辨别是3路3相绕组温度信号和环境温度信号（可选用），这些信号的切换由程序通过单片机的口线进行操纵。因为所检测的温度信号为一迟缓变革的信号。为了有效进步仪器的抗干扰才能，因此进行RC低通滤波。为了进步输入阻抗和高共模克制比，前置放大器第1级采纳差动接法，R4、R5、R6、R7、R8、R9两对电阻要认真选配，且放大器选用微漂移、低失调、高增益高共模克制比的斩波式主动调零运放TIL7650。第2级反相放大器的放大倍数，通过RW2多圈电位器调解。

2.4 用V/F转换器实现A/D转换

在单片机测量和操纵体系中，对外界数据及信号的读取大多通过A/D方法来实现的，而对于一些非快速A/D历程，V/F转换技能则倍受青睐，V/F转换器与单片机接口有以下特性：

（1）接口简略、占用单片机硬件资源少。频率信号可输入微机的任1根I/O口线或作为中止源及计数输入等。

（2）抗干扰性能好。V/F转换本身是一个积分历程，且用V/F转换器实现A/D转换，就是频率计数历程，相当于在计数光阴内对频率信号进行积分，因而具有较强的抗干扰性才能。

（3）便于远距离传输。V/F转换器实现A/D转换须要与频率计配合使用，电路框图，如图3所示。

原理如下：同时启动频率计数器和定时器，频率计数器用V/F转换器输出的频率信号f作为计数脉冲，定时器采纳基准脉冲作为定时脉冲，当定时收场时，定时器发生输出信号使频率计数器结束计数，这样计数值与频率之间关系是：

式中fs――基准频率

Ds――定时计数器计数初值

因此，，这样只要知道了D值就可通过盘算求出V/F转换器的输出频率，依据V与F之间的关系，就可得到电压值。仪器采纳通用型V/F转换器LM331。

3 软件设计

3.1 软件组成

电阻温度计软件由主程序和中止服务程序组成，主程序完成定时器、计数器、EEPROM、显示操纵驱动器PS7219等的初始化，键盘操作管理，数据采集处置，操纵输出及显示。中止服务程序重要处置突然停电时的数据保存，如三相温度及相位。

3.2 基础功效

(1)巡回/最高转换功效

巡回测量:依次巡回测量并显示A,B,C三相温度;最高相温度测量:巡回测量A,B,C三相温度并显示其中最高相温度。开机时本键处于巡回状况。

(2)黑匣子功效

在遇突然断电时能主动保存断电前的三相温度和相位。

(3)数据保存与处置功效

可主动保存历史最高温度数据(断电后不损失),可肃清历史最高温度。可便利地修正保存温度操纵设定值（满足T4＞T3＞T2＞T1。其中，风机启动温度T2=100℃，可调范畴±20℃；风机结束温度T1=80℃，可调范畴±20℃；超温报警温度T3=130℃，可调范畴±20℃；超温跳闸温度T4=150℃，可调范畴±20℃）。

(4)故障检测功效??

传感器若呈现开路或短路,能主动报警(故障接点吸合)并显示。??

(5)“风机”主动启停功效??

当所测量温度高于设定温度T2时,“风机”主动启动,“风机”启动唆使灯亮;当三相测量温度低于T1时,“风机”主动结束,“风机”启动唆使灯灭。

(6)超温报警功效??

当所测量温度高于设定温度T3时,超温接点主动吸合,超温唆使灯亮,蜂鸣器发间断音报警;当三相测量温度低于T3-0.6℃时,超温接点断开,超温唆使灯灭,蜂鸣器终止发声报警。

(7)超温跳闸报警功效??

当所测量温度高于设定温度T4时,跳闸接点主动吸合,跳闸唆使灯亮,蜂鸣器发长音报警;当三相测量温度低于T4-0.6℃时,跳闸接点断开,跳闸唆使灯灭,蜂鸣器终止长音报警。

(8)警示回归

当温控器超温或跳闸蜂鸣器报警后,按一下本键,报警声结束1h左右,再按一次,则恢复报警。

(9)安全报警

温控器接收外接长开接点输入,若该接点闭合(配电室门开启时),蜂鸣器发长音报警。

(10)自检功效

温控器能自检除跳闸以外的所有输出功效。

3.3程序流程

主程序流程图，如图4所示。开机后首先进行初始化操作，从EEPROM中调出T4、T3、T2、T1的温度值，如有键盘按下，则先实行相应的键盘处置程序，此后同时启动计数器和定时器，单片机对CD4052的通道进行选择就可得到相应的计数值，对于每一个通道进行3次采样取中间值，直至得到所有请求的温度计数值，然后对计数值进行相应的换算处置，依据仪器的请求输出相应的操纵信号操纵各继电器的状况。在程序设计中，为了防止跳闸操作的误动作，斟酌到温度的变革是个迟缓历程，温度上升时必先达到风机启动温度T2，然后达到超温报警T3，最后达到超温跳闸温度T4，在输出超温跳闸操纵信号前检验风机和超温报警继电器的状况。同时在硬件电路中，用与门实现风机启动操纵信号、超温报警操纵信号和单片机输出的超温跳闸操纵信号相“与”作为真正的超温跳闸制信号操纵继电器。

4 结论

该变压器温度智能监控仪有效量程:0～199??9℃；分别率:0.1℃；正确度等级:0.5 F.S% 。该仪器已利用到实际工作中，使用后果良好。本设计的一些特性可供其他人员设计时参考。

参考文献

[1]DOWN陈小华.现代敏感元器件适用技能手册[M].北京：公民邮电出版社,1998.

[2]DOWN余永权.Flash单片机原理及利用[M].北京：电子工业出版社,1997.

[3]DOWN李华.MCS-51系列单片机适用接口技能[M].北京：北京航空航天大学出版社,1997.

[4]DOWN周杏鹏.检测技能及体系设计[M].南京：东南大学出版社,1998.