[信息與通信]智能變壓器溫度控制器的設(shè)計

1、摘 要電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。當(dāng)內(nèi)部發(fā)生故障時，表現(xiàn)為三個線包溫度升高。為了保護(hù)變壓器，保障供電系統(tǒng)的安全，可靠運行，需要對變壓器的三個線包溫度進(jìn)行監(jiān)控，高壓時報警，超溫時跳閘。智能變壓器溫度控制器是以8位單片機AT89C51為核心，采用四個PT100傳感器，并將其直接插入變壓器線組包，對三相溫度進(jìn)行測量和控制，同時對環(huán)境溫度進(jìn)行測量和控制。最后將三相繞組溫度轉(zhuǎn)換成2-20mA變送信號輸出。當(dāng)風(fēng)機有故障時，控制器還可以發(fā)出故障報警信號和保護(hù)信號，以確保變壓器和其他設(shè)備的安全運行。AT89C51是在MCS-51單片機的基礎(chǔ)上精心設(shè)計的最新型的高性能八位單片機。AT89C51是一種低損耗

2、，高性能，CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程度存儲器。能重復(fù)寫入/擦除1000萬次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它的通信為串行通信，采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口技術(shù)。RS-485采用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動總線。相對于RS-232來講，RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)具有很多優(yōu)點：支持多節(jié)點，遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度等。本文主要講述此種智能控制器的設(shè)計原理，工作流程，主程序以及RS-485的通信協(xié)議等。關(guān)鍵詞：溫度控制，溫度檢測，AT89C51,RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線ABSTRACTElectric power transformer is an important equip

3、ment in the electric power system. When having troubles , it shows that the temperature of the transformer , ensure the power supplys safe,and credibility processing, it needs control the transformers three points temperature.When high temperature, give a slip.The aptitude transformer and temperatur

4、e controllers hard core is the signal chip AT89C51 which is 8-bit, use four sensors PT100,and put the sensors into the transformers line groups, to control and measure the three points temperature and the environment temperature. At last it will be out with a kind of transformation signal, which is

5、from 4mv to 20mv. When fans have malfunctions , controller can give trouble alarm signals and protect signals , to ensure transform and other equipments safely working. AT89C51 is a SCM, which is short-wastage, high-powered . AT98C51 have a 4K-byte extent memorizer, which can write again in line, ca

6、n lasered quickly , and write or erasure 1000 times. It can store date ten years . The communication of this controller is serial and RS-485 interface technical. RS-485 use the transceiver , which is balance sent and difference receive. Compared with RS-232 , RS-485 has many advantages. Such as sust

7、aining many nodes (32 nodes), long distance and incept higher delicacy, and so on. This paper will introduce the design principle, working precessor and communicate agreement of RS-485.KEY WOEDS: temperature controlling, temperature testing, AT98C51, RS-485 standard criterion bus目錄第1章 緒 論11.1 研究背景1系

8、統(tǒng)概述2論文完成的工作2第2章 智能控制器的硬件設(shè)計32.1 智能控制器的功能及工作原理4功能4工作原理42.1.3 技術(shù)條件5智能控制器的工作原理圖分析6核心部分（AT89C51）62.2.2 看門狗及掉電保護(hù)10測溫部分13溫度傳感器152.2.5 溫度檢測部分16人機交換部分18溫度控制部分192.2.8 電源部分21第3章軟件的設(shè)計23軟件組成243.2 基本功能24程序流程25初始化模塊25中斷模塊28通信模塊30通信中斷流程圖30通信主流程31通信主程序流程圖32第4章 RS-485現(xiàn)場總線334.1 RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)33第5章 結(jié) 論35參 考 文 獻(xiàn)36致 謝38附錄

9、原理圖39附錄 PT100分度表42附錄 程序44第1章 緒 論1.1 研究背景電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的一次設(shè)備，在發(fā)、供電企業(yè)和用電單位之間起著橋梁作用。變壓器在能量的傳輸和轉(zhuǎn)換過程中，由于個線圈電流的流動和電磁場的存在會產(chǎn)生電能損耗，消耗一部分電能，這部分損耗主要轉(zhuǎn)化為熱能，以傳導(dǎo)、對流和熱輻射的散熱方式自發(fā)熱點向外傳遞，最終擴(kuò)散到大氣中。這些熱能傳遞在過程中會引起變壓器各部位溫度不同程度的升高，電力變壓器溫度與其自身容量、損耗參數(shù)、冷卻方式、負(fù)載大小以及運行環(huán)境等密切相關(guān)。變壓器智能化溫度控制器由傳感器、單片機溫控儀及相應(yīng)的輸出繼電器所組成。通過鉑電阻測取變壓器被測點的溫度，經(jīng)與溫度

10、監(jiān)控儀內(nèi)部所預(yù)設(shè)定溫度比較后，輸出控制風(fēng)機繼電器觸點、超溫報警繼電器和超溫跳閘繼電器觸點的開合，實現(xiàn)對變壓器繞組溫度的監(jiān)控，防止變壓器因過熱而損壞，保證變壓器的設(shè)計使用壽命。1 此智能溫度控制器是一臺智能化自動化于一體的性能穩(wěn)定的溫度控制器。是利用先進(jìn)的單片機（89C51）進(jìn)行溫度測量和控制的裝置。主要用于變壓器、電力開關(guān)柜、箱式變電站等設(shè)備的溫度及防過熱保護(hù)，保護(hù)電力設(shè)備無人值守時完全可靠運行。有效地解決了過熱及故障問題，保障設(shè)備安全運行，避免意外事故發(fā)生，節(jié)約人工成本，符合自動化的發(fā)展趨勢。智能變壓器溫度控制器以先進(jìn)的單片機為控制核心。采用pt100鉑熱電阻溫度傳感器，并將其直接插入變壓器

11、繞組線包，對其三相溫度和環(huán)境溫度進(jìn)行測量和控制，并實現(xiàn)循環(huán)數(shù)字顯示變壓器三相繞組溫度及最高溫度顯示，同時輸出溫度模擬信號（420mA），若傳感器斷線或短路，控制器將發(fā)出傳感器故障報警信號，該控制器具備手動開風(fēng)機及0255小時定時開風(fēng)機功能，當(dāng)變壓器跳閘時，具備存儲跳閘時的溫度的功能，具有RS-485通訊功能，通過MAX3082轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化TTL電頻信號與RS-485總線電頻信號，實現(xiàn)與上位機PC機的交換。（1） 技術(shù)方案及技術(shù)路徑設(shè)計；（2） 硬件原理圖、PCB設(shè)計；（3） 制作及調(diào)試；(4)嵌入式軟件編程及調(diào)試。第2章 智能控制器的硬件設(shè)計 控制器以先進(jìn)的單片機為控制核心，采用Pt100鉑電阻

12、溫度傳感器，并將其直接插入變壓器繞組線包，對三相溫度進(jìn)行測量和控制，同時也對環(huán)境溫度進(jìn)行測量和控制，并實現(xiàn)循環(huán)數(shù)字顯示變壓器三相繞組溫度和一路環(huán)境溫度。還可通過按鍵對環(huán)境溫度進(jìn)行上下限值設(shè)定，對變壓器三相溫度統(tǒng)一進(jìn)行4個溫度（風(fēng)機停溫度T1、風(fēng)機啟動溫度T2、報警溫度T3和跳閘溫度T 4）設(shè)置和顯示，并帶有掉電存貯功能。當(dāng)風(fēng)機故障時，控制器還可發(fā)出故障報警信號保護(hù)信號，以確保變壓器和其它設(shè)備的安全運行。對三相繞組溫度測量帶4-20mA模擬量輸出，可直接送入計算機實現(xiàn)實時監(jiān)控, 可手動啟動和停止風(fēng)機，可255小時定時開風(fēng)機，可保存變壓器斷電時的三相溫度值（溫度低于80不刷新記錄），可檢測傳感器斷

13、線和短路并發(fā)出報警信號。具有RS-485通信功能。2.1 智能控制器的功能及工作原理 溫度控制裝置是電力系統(tǒng)必不可少的。智能控制器以AT89C51為核心，是一種先進(jìn)的溫度控制器，它有以下功能：(1)具有三相線包溫度的巡回顯示和最高溫度顯示切換功能。(2)可以根據(jù)設(shè)定的開、關(guān)風(fēng)機溫度自動控制風(fēng)機的開啟和關(guān)閉，保證變壓器在正常溫度下安全的工作。當(dāng)三相線包溫度中的最高一相溫度超過開風(fēng)機的設(shè)定溫度或在手動風(fēng)機的情況下，風(fēng)機會開啟，同時面板上“風(fēng)機”指示燈點亮，反之指示燈滅。(3)具有超溫報警，跳閘以及故障顯示功能。傳感器故障時面板上“故障”指示燈會亮，會發(fā)出蜂鳴聲報警，并通過電源板“故障”輸出端輸出一

14、個開關(guān)信號給遠(yuǎn)距離控制箱控制聲光報警。（a）指示燈不同顏色代表不同的含義：黃色A相 綠色B相 紅色C相 不亮故障(b)通過溫度顯示區(qū)顯示代碼不同，來判斷傳感器為短路或開路故障；顯示區(qū)顯示：H開路 L短路 (c)傳感器一相或兩相故障時，只根據(jù)好的傳感器溫度控制信號控制風(fēng)機，三相都故障時立即打開風(fēng)機。2變壓器溫度控制器，帶有四路溫度傳感器，后三路測量并控制變壓器三相繞組溫度，第一路測量并控制環(huán)境溫度。對變壓器三相繞組溫度，采用綜合控制的方法，用戶可通過鍵盤設(shè)置4級溫度門限： T1：風(fēng)機停溫度 T2：風(fēng)機啟動溫度 T3：超溫報警溫度 T4：超高溫跳閘溫度后三路溫度傳感器分別插入變壓器三相繞組線包，隨

15、時采集線包的溫度變化信號，將其分別轉(zhuǎn)換為DC4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，同時將傳感器采集的信號經(jīng)前級電路處理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入單片機，單片機將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度值后，送數(shù)碼管循環(huán)顯示，將最大值Tmax逐次與設(shè)定的4個溫度門限值進(jìn)行比較：1 當(dāng)TmaxT1時，即三相溫度均低于風(fēng)機停溫度T1，風(fēng)機停止工作。2 當(dāng)TmaxT2時，即三相溫度至少有一相高于風(fēng)機啟動溫度T2，風(fēng)機同時啟動降溫。3 當(dāng)TmaxT3時，即變壓器溫度未降下來，且已高于超溫報警溫度T3，此時，超溫報警常開觸點閉合，若接有警鈴和指示燈，則可發(fā)出聲光超溫報警信號,值班人員應(yīng)檢查負(fù)載或設(shè)備有何異常。4 當(dāng)TmaxT4時，即變

16、壓器溫度已高于超高溫T4，也就是說當(dāng)負(fù)載或設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障時，控制器立即發(fā)出跳閘信號，強制停電檢修。第一路溫度傳感器采集到的溫度同樣經(jīng)前級電路處理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送入單片機，單片機將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度值后，送數(shù)碼管循環(huán)顯示，并可通過按鍵設(shè)置溫度上下限值，若環(huán)境溫度大于設(shè)定的上限值時，控制器自動驅(qū)動風(fēng)機工作，降低環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定下限值時，風(fēng)機1停止工作。另外，控制器還具有風(fēng)機故障檢測功能：當(dāng)風(fēng)機斷線時，故障觸點閉合，若接有指示燈，則指示燈發(fā)出報警信號。2.1.3 技術(shù)條件l 電 源： AC220V 50Hz/60Hzl 工作環(huán)境：溫度 -4085 相對濕度595%RHl 測控范

17、圍：0200l 輸出電流：4-20mADCl 控制精度：2% l 顯示方法：五位LED數(shù)碼管，其中一位相序顯示，三位半溫度顯示l 最大功耗：10Wl 外形尺寸：16080138l 開孔尺寸：15477工作原理框圖2-1圖2-1原理框圖2.2.1核心部分（AT89C51）AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100

18、次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。3（1）主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩

19、器和時鐘電路 （2）管腳說明 VCC:供電電壓 GND：接地 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電 流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù) 據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為

20、第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3

21、口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表2-1所示：表2-1 P3口功能表口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外部中斷0）（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。4 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許

22、的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /VPP

23、：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （3）振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必

24、須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。5 圖 2-2 AT89C51 引腳2.2.2 看門狗及掉電保護(hù) 控制器在運行時，通

25、常都會遇到各種各樣的現(xiàn)場干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)?？撮T狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測系統(tǒng)運行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。在8096系列單片機和增強型8051系列單片機中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。但目前工控系統(tǒng)仍在使用廉價的普通型8051系列單片機，則看門狗電路必須由用戶自己建立?？撮T狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運行監(jiān)視器”，如計數(shù)型

26、的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運行不夠可靠。6（1）X25045芯片簡介 X25045是美國Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機外圍芯片。X25045引腳如圖2-3所示。 圖2-3 X25045引腳 其引腳功能如下： CS：片選擇輸入； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045； SCK：串

27、行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP：寫保護(hù)輸入，當(dāng)它低電平時，寫操作被禁止； Vss：地； Vcc：電源電壓； RESET：復(fù)位輸出。（2）X25043/45工作原理通過SI輸入的數(shù)據(jù)在變?yōu)榈碗娖胶蟮腟CK第一個上升沿被采樣，數(shù)據(jù)由SCK的下降沿輸出到S0線上。在整個工作期間，必須是低電平且WP必須是高電平。X25043/45具有監(jiān)視總線功能，在預(yù)置的時間周期內(nèi)沒有總線活動，/RESET輸出。 X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表2-2所示。表2-2 X25045指令及其含義指令名指令格式操作WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（

28、允許寫操作）WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器READ0000A8011把開始于所選地址的存儲器中的數(shù)據(jù)讀出WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲器（3）X25045看門狗電路設(shè)計及編程X25045硬件連接圖如圖2-4所示。X25045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個正脈沖，使CPU復(fù)位。圖2電路中，CPU的復(fù)位信號共有3個：上電復(fù)位(C

29、1、R2)，人工復(fù)位(S、R1、R2)和Watchdog復(fù)位(C2、R3)，通過或門綜合后加到RESET端。C2、R3的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時CPU的振蕩器已經(jīng)在工作。 圖 2-4 X25045看門狗電路硬件連接看門狗定時器的預(yù)置時間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表2-3所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。 表2 -3 X25045狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIP WD10，WD0=0，預(yù)置時間為1.4s； WD10，WD0=

30、1，預(yù)置時間為0.6s； WD11，WD0=0，預(yù)置時間為0.2s； WD11，WD0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長。編程時，可在合適的地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，陷入軟件陷阱等，而別的方法無法捕捉會程序時，則看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間則系統(tǒng)自動復(fù)位。 精確的測量是控溫的前提。由于鉑溫度傳感器測溫精確度高、穩(wěn)定性好，有較大的測量范圍，易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。本設(shè)計采用的是PT100鉑熱電阻傳感器，測量范圍是-200650

31、C,測溫精確度達(dá)到0.5%FS。 其電阻特性方程如下：-2000C時，Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) （2-1） 0650C時 Rt=R0(1+At+Bt2) （2-2） 10-3K10-710-12C 但在通常的測量中，電阻溫度的關(guān)系一般用近似的線形表示，在外接引線較長時，為減少誤差常采用三線式電橋連接法或四線電阻測量電路。四個PT100分別埋在變壓器的三相繞組或掛在室內(nèi)，把檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換為D（4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號）經(jīng)過集成運算放大器LM324和DP07轉(zhuǎn)換等前級處理，通過 A/D轉(zhuǎn)換器TLC0843轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送單片機進(jìn)行處理。 TLC0834是TI公

32、司生產(chǎn)的八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有輸入可配置的多通道多路器和串行輸入方式。文中以AT89C51 CPU為核心，采用LTC0834八位串行A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計了一個可將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路。 關(guān)鍵詞：單片機 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC0834 單片機控制系統(tǒng)通常要用到A/D轉(zhuǎn)換。根據(jù)輸出的信號格式，比較常用的A/D轉(zhuǎn)換方式可分為并行A/D和串行A/D。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接接收，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少，封裝小，在PCB板上占用的空間也小，但需要軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)。7 圖2-5 TLC0834引腳 TLC0834的引腳排列如圖2-5所示，其中CH0CH3為模擬輸入

33、端；CS為片選端；DI為串行數(shù)據(jù)輸入，該端僅在多路器尋址時（MUX Settling Time）才被檢測；DO為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；CLK為時鐘；SARS為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；REF為參考電壓輸入端；VCC為電源；DGTL GND為數(shù)字地，ANGL GND為模擬地 TLC0834的主要特點 TLC0834是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有輸入可配置的多通道多路器和串形輸入輸出方式。其多路器可由軟件配置為單端或差分輸入，也可以配置為偽差分輸入。另外，其輸入基準(zhǔn)電壓大小可以調(diào)整。在全8位分辨率下，它允許任意小的模擬電壓編碼間

34、隔。由于TLC0834采用的是串行輸入結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省51系列單片機I/O資源，價格也較適中。其主要特點如下： 8位分辨率； 易于和微處理器接口或獨立使用； 可滿量程工作； 可用地址邏輯多路器選通4輸入通道； 單5V供電，輸入范圍為05V； 輸入和輸出與TTL、CMOS電平兼容； 時鐘頻率為250kHz時，其轉(zhuǎn)換時間為32us； 可以和美國國家半導(dǎo)體公司的ADC0843和ADC0838進(jìn)行替換，但它內(nèi)部不帶齊納穩(wěn)壓器網(wǎng)絡(luò)； 總調(diào)整誤差為1LSB。 與單片機的接口電路設(shè)計 TLC0834TLC0834的片選信號， P1.6用于產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換的時鐘，P1.5為一個雙向I/O口位，可用于

35、對模擬輸入進(jìn)行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。在這里，模擬信號以單端方式輸入，參考電壓為5V，即A/D模擬量的輸入范圍為05V。圖2-6 TLC0834與89C51單片機的硬件PT100是一個溫度傳感器,是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200 至650 的范圍。電阻式溫度檢測器（RTD,RResistance Temperature Detector)是一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會隨溫度的上升而改變電阻值,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù),如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù)。大部分電阻式溫度檢測器是以金屬作成的,其中以白金(Pt)作成的

36、電阻式溫度檢測器,最為穩(wěn)定耐酸堿、不會變質(zhì)最受工業(yè)界采用。8PT100溫度傳感器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+T)，其中=0.00392,Ro為100(在0的電阻值),T為攝氏溫度，因此白金作成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000。 (2)量測Vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準(zhǔn)。電路分析由于一般電源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,由于7.2V齊納二極體的作用,使得1K電阻和5K可變電阻之電壓和為6.5V,靠5K可變電

37、阻的調(diào)整可決定電晶體的射(集極)極電流,而我們須將集極電流調(diào)為2.55mA,使得量測電壓V如箭頭所示為0.255+T/1000。其后的非反向放大器,輸入電阻幾乎無限大,同時又放大10倍,使得運算放大器輸出為2.55+T/100。6V齊納二極體的作用如7.2V齊納二極體的作用,我們利用它調(diào)出2.55V,因此電壓追隨器的輸出電壓V1亦為2.55V。其后差動放大器之輸出為Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果現(xiàn)在室溫為25,則輸出電壓為2.5V。9 工作原理: 傳感器的接入非常簡單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了

38、，這種接法通常會引起嚴(yán)重的非線性問題,但是，由于有了單片機的軟件校正作為后盾,因此就簡化了傳感器的接入方式。 2.2.5 溫度檢測部分 （1）變壓器各相溫度檢測電路 本設(shè)計需對四路電路進(jìn)行檢測：A相、B相、C相和環(huán)境溫度。A、B、C相的檢測電路如圖2-7所示。圖2-7 溫度檢測電路 途中虛線部分是信號調(diào)理電路，其中W7為調(diào)零電阻 ，W8為調(diào)滿量程電阻，R53為精密電阻，OP07運算放大器是TTL雙極低噪聲，低功耗精密運算放大器，具有精度高、漂移率低等特點，其放大倍數(shù)為R+(R+W)/W。根據(jù)PT100所測得的溫度為0C時，其熱電阻阻值為100，當(dāng)溫度傳感器PT100測得溫度為 200，調(diào)節(jié)滑動

39、變阻器W，使OP07的輸出為+5V。傳感器是把物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，溫度傳感器PT100是把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档母淖?。通過集成運算放大器輸出相應(yīng)的電壓值，但是由于電壓的傳送消耗很大，遠(yuǎn)距離傳輸時，大大降低了傳輸效率，而電流對外接干擾不敏感，因此通常情況下，運用變送器把電壓信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號進(jìn)行傳輸。有很好的抗干擾能力。所以，當(dāng)所測溫度為0C使，OP07的輸出端為0，調(diào)節(jié) W使得流過R72的電流為4mA，當(dāng)所測溫度為200C時，OP07的輸出為+5V，流過R72的電流為20mA。（2）環(huán)境溫度檢測 圖2-8環(huán)境溫度檢測電路 鍵盤，數(shù)碼顯示管等以及指示燈是實現(xiàn)人機交換的主要器件。

40、 鍵盤及顯示部分是人機交換對話的基本部件。為簡化操作，降低成本，這里采用極其簡單的輕觸式來完成各項功能查詢、切換以及設(shè)定。鍵盤操作由于鍵數(shù)較少，所以采用獨立式按鍵，用了3個輕觸式按鍵分別占有 I/O口的P2.0、 P2.1、P2.2完成參數(shù)的增加、減少以及顯示狀態(tài)的切換，這樣使得鍵盤操作電路簡單。顯示部分采用了5個共陽極的LED數(shù)碼管TOE-1106BH完成，其顯示清晰，成本低廉且與單片機接口簡單。電路采用了一個串入并出的ZLG7289A寄存器，其為驅(qū)動有MPU的P0.1口并為其提時鐘脈沖，由P0.0為其提供被顯示的數(shù)據(jù)ZLG7289A出口經(jīng)過電阻直接跟LED完成所有顯示功能。11 顯示驅(qū)動器

41、ZLG7289A是具有串行接口，可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨立LED)的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片機即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。 圖2-9 ZLG7289A引腳 ZLG7289A具有片選信號，可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口，其技術(shù)特點為：(1)串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動LED；(2)各位獨立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性；(3)(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令；(4)具有段尋址指令，方便控制獨立LED；(5)64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動電路。 以ZLG7289A為核心的人機接口電路只需一片智能芯片很好地完成了數(shù)字

42、顯示和鍵盤控制功能，電路簡單，功能完備，結(jié)果了然。應(yīng)用這一電路實現(xiàn)了精密低頻信號發(fā)生器的人機對話，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。12 （1）風(fēng)機溫度控制及風(fēng)機斷線檢測電路 風(fēng)機控制按不同的接法可分別控制380V和220V的風(fēng)機，風(fēng)機接線如圖2-10所示。接380V風(fēng)機，當(dāng)不開風(fēng)機時，6、7、8接線端（接220V風(fēng)機時為5、6接線端）電壓為零；當(dāng)風(fēng)機啟動時，6、7、8接線端有AC380電壓輸出（接220V風(fēng)機時，5、6有AC220電壓輸出），Pt100溫度傳感器通過15針的插座（DB-15）將傳感器測得信號經(jīng)過處理送到溫控箱內(nèi)，經(jīng)過單片機分析、處理來控制風(fēng)機的開關(guān)。13 當(dāng)TmaxT2時，即三相

43、溫度至少有一相高于風(fēng)機啟動溫度T2，P00端輸入為“0”，光電隔離有電流輸出，觸電動作，風(fēng)機工作，同時啟動降溫。同理，當(dāng)TmaxT1時，即三相溫度均低于風(fēng)機停溫度T1，風(fēng)機停止工作 。圖2-10風(fēng)機接線 風(fēng)機正常工作時，TR1次級有感應(yīng)電流，光耦合器IC2A的發(fā)光二級光發(fā)光，則三級管導(dǎo)通，P37口輸出高電平，不發(fā)出故障報警信號；風(fēng)機斷線時，則反之。圖2-11 風(fēng)機溫度控制電路（2）超溫、跳閘、故障控制電路該部分是溫控器的重要組成部分，用以對異常情況及時動作，充分對變壓器進(jìn)行保護(hù)。溫控器有3個常開式繼電器，分別接上超溫、故障和跳閘信號，如圖2-12所示。當(dāng)某相有信號時，常開觸點閉合，執(zhí)行相應(yīng)的動

44、作。為了引起操作人員對異常信號的注意，智能控制器的AT89C51的P1.4引腳裝置了聲光報警系統(tǒng)，由S8050三極管來驅(qū)動，主要來用對超溫、跳閘和傳感器故障進(jìn)行聲光報警，同時控制面板上相應(yīng)的指示燈點亮，對異常情況區(qū)別。超溫、跳閘、故障控制電路如圖2-12所示。圖2-12 跳閘控制電路2.2.8 電源部分 電源在智能儀器中具有特殊的地位，一方面它為系統(tǒng)提供正常工作所需要的電能；另一方面，它是各種電磁干擾傳輸?shù)闹匾ǖ?。為了突出電源的重要性，把電源作為智能溫度控制器的一個子系統(tǒng)。在整個溫控器有幾個不同等級的電壓，它們分別是首先對輸入的220V進(jìn)行整流，再通過電容濾波和7912和7812等穩(wěn)壓器得到

45、主板上各個芯片所需的直流電壓。在整個硬件電路設(shè)計中考慮到干擾的存在，采用了一系列的保護(hù)措施，如光電隔離。對于AT89C51采用X25045（可編程看門狗電壓監(jiān)控及EEPROM），X25045把常用的看門狗定時器、電壓監(jiān)控和EEPROM組合在一個單個的封裝之內(nèi)，看門狗定時器對微控器提供了獨立的保護(hù)系統(tǒng)。電源電路如圖2-13所示。 圖2-13電源電路第3章軟件的設(shè)計 軟件上，在單片機上實現(xiàn)多種功能，并保證控制精度，軟件設(shè)計必須實現(xiàn)功能占CPU時間的分配上做到有主有次，既要保證完整性，又要保證實時性。溫度控制器在軟件上采用C51開發(fā)，用模塊化結(jié)構(gòu)。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲區(qū)的設(shè)置。標(biāo)志位設(shè)置，接著是主程序，

46、首先是主要初始化工作，如中斷優(yōu)先級，定時器設(shè)置及串行口中斷設(shè)置等，其他的所有功能都是在中斷服務(wù)程序中完成。通過X25045讀寫數(shù)據(jù)。風(fēng)機控制程序、三相溫度查詢、鍵值響應(yīng)、溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼、顯示等一系列的子程序，分別完成查詢顯示、設(shè)置和控溫等功能。其軟件設(shè)計如圖3-1。 圖3-1 軟件設(shè)計 電阻溫度計軟件由主程序和中斷服務(wù)程序組成，主程序完成定時器、計數(shù)器、EEPROM、顯示控制驅(qū)動器PS7219等的初始化，鍵盤操作管理，數(shù)據(jù)采集處理，控制輸出及顯示。中斷服務(wù)程序主要處理突然停電時的數(shù)據(jù)保留，如三相溫度及相位。 3.2 基本功能 (1)巡回/最高轉(zhuǎn)換功能 巡回測量:依次巡回測量并顯示A,B,C

47、三相溫度;最高相溫度測量:巡回測量A,B,C三相溫度并顯示其中最高相溫度。開機時本鍵處于巡回狀態(tài)。(2)黑匣子功能 在遇突然斷電時能自動保留斷電前的三相溫度和相位。 (3)數(shù)據(jù)保留與處理功能 可自動保留歷史最高溫度數(shù)據(jù)(斷電后不丟失),可清除歷史最高溫度。可方便地修改保留溫度控制設(shè)定值（滿足T4T3T2T1。其中，風(fēng)機啟動溫度T2=100，可調(diào)范圍20；風(fēng)機停止溫度T1=80，可調(diào)范圍20；超溫報警溫度T3=130，可調(diào)范圍20；超溫跳閘溫度T4=150，可調(diào)范圍20）。 (4)故障檢測功能 傳感器若出現(xiàn)開路或短路,能自動報警(故障接點吸合)并顯示。 (5) “風(fēng)機”自動啟停功能 當(dāng)所測量溫度

48、高于設(shè)定溫度T2時,“風(fēng)機”自動啟動,“風(fēng)機”啟動指示燈亮；三相測量溫度低于T1時,“風(fēng)機”自動停止,“風(fēng)機”啟動指示燈滅。(6) 超溫報警功能時,超溫接點斷開,超溫指示燈滅,蜂鳴器終止發(fā)聲報警。(7)超溫跳閘報警功能時,跳閘接點斷開,跳閘指示燈滅,蜂鳴器終止長音報警。 (8)警示回歸 當(dāng)溫控器超溫或跳閘蜂鳴器報警后,按一下本鍵,報警聲停止1h左右,再按一次,則恢復(fù)報警。(9)安全報警 溫控器接受外接長開接點輸入,若該接點閉合(配電室門開啟時),蜂鳴器發(fā)長音報警。 (10) 自檢功能 溫控器能自檢除跳閘以外的所有輸出功能。 開機后首先進(jìn)行初始化操作，從EEPROM中調(diào)出T4、T3、T2、T1的

49、溫度值，如有鍵盤按下，則先執(zhí)行相應(yīng)的鍵盤處理程序，此后同時啟動計數(shù)器和定時器，單片機對CD4052的通道進(jìn)行選擇就可得到相應(yīng)的計數(shù)值，對于每一個通道進(jìn)行3次采樣取中間值，直至得到所有要求的溫度計數(shù)值，然后對計數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的換算處理，根據(jù)儀器的要求輸出相應(yīng)的控制信號控制各繼電器的狀態(tài)。在程序設(shè)計中，為了防止跳閘操作的誤動作，考慮到溫度的變化是個緩慢過程，溫度上升時必先到達(dá)風(fēng)機啟動溫度T2，然后到達(dá)超溫報警T3，最后到達(dá)超溫跳閘溫度T4，在輸出超溫跳閘控制信號前檢驗風(fēng)機和超溫報警繼電器的狀態(tài)。同時在硬件電路中，用與門實現(xiàn)風(fēng)機啟動控制信號、超溫報警控制信號和單片機輸出的超溫跳閘控制信號相與作為真正的

50、超溫跳閘制信號控制繼電器。 該模塊主要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括對CPU本身，顯示顯板、通訊及開關(guān)量輸出進(jìn)行初始化，將存在X25045的EEPROM中的溫度設(shè)定值調(diào)出并進(jìn)行初始化，對定時器T0，T1及串行口通訊工作方式，串行通訊特率進(jìn)行設(shè)置。初始化流程圖如圖3-2：圖 3-2初始化流程圖3-3主程序模塊中斷是計算機的一個重要功能。采用中斷技術(shù)能實現(xiàn)以下功能： （1）分時操作。計算機的中斷系統(tǒng)可以使CPU與外設(shè)同時工作。CPU在啟動外設(shè)后，便繼續(xù)執(zhí)行主程序；CPU響應(yīng)該中斷請求并為其服務(wù)完畢后，回到原來的斷點處繼續(xù)運行主程序。外設(shè)在得到服務(wù)后，也繼續(xù)進(jìn)行自己的工作。因此， CPU可以使多個外設(shè)同時工

51、作，并分時為各外設(shè)提供服務(wù)，從而大大提高了CPU的利用率和輸入/輸出的速度。 （2） 實時處理。當(dāng)計算機用于實時控制時，請求CPU提供服務(wù)是隨機發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。 （3）故障處理。計算機在運行時往往會出現(xiàn)一些故障，如電源斷電，存儲器奇偶校驗出錯，運算溢出等。有了中斷系統(tǒng)，當(dāng)上述情況發(fā)生時，CPU可及時轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，自行處理故障而不必停機。智能控制器的串行中斷復(fù)位程序流程圖如圖3-4所示：圖3-4串行中斷復(fù)位程序流程圖3-5通信中斷流程圖3-6 通信主流程圖3-7 通信主程序流程第4章 RS-485現(xiàn)場總線4.1 RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn) RS-485

52、、RS-422與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2+6V，是一個邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-26V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。接收器也作與發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通200mV至6V之間。RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k歐姆，而RS-422的接受器最小輸入阻抗為4k歐姆；所以RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。 而RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸