干式变压器温控仪设计与应用

潘兆平 杨春 邓世怡

摘要

在当今科学技术水平不断发展的阶段，单片机技术在工业以及军工等各领域的应用越来越广泛。本文通过对单片机的功能特点分析，结合目前成熟的信息采集技术，给出实时、可靠的干式变压器温控仪设计方案。

【关键词】单片机 信息采集 实时 可靠

干式变压器温控仪（以下简称：温控仪）主要是由温度传感器和微处理器（单片机）构成的智能仪器;它使用三只铂电阻（温敏电阻）作为温度传感器来测量干式变压器三相绕组的温度，根据设定的温度值，启停风机进行温度控制，同时具有声光报警功能，是保护干式变压器的重要装置。

1单片机的特点

1.1实时性

单片机可以在规定的时间内完成相应的任务，在执行完规定任务的同时，可对系统外部的异步事件做出快速响应。

1.2可靠性

单片机把各个功能部件都集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣的环境下工作。

1.3控制功能强

单片机是电子计算机这个庞大家庭的一个特是产品，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适合用于专门的控制用途。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中有极其丰富的转移指令，1/0口的逻辑操作以及为处理器功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。

1.4优异的性价比

单片机采用了RISC流水线和DSP的技术，该技术可提高速度和执行效率，使单片机的性能明显的优于同性能的微处理器;单片机的用途广泛，生产单片机的厂家很多，因此，在保证性能的同时，低价格成为各厂商竞争的主要策略。

2温控仪硬件平台搭建

根据干式变压器保护装置的功能要求，温控仪应具备温度采集、三相温度显示、超温报警、故障报警、超温跳闸和风机启停控制等功能，同时还须具备实时性和可靠性等特性，再结合单片机的技术特点，下文将从软件和硬件两个方面描述温控仪的实现方案。

温控仪原理方框图见图1。

该温控仪方案，温敏电阻选用Ptl00，放大器采用LM324，采样器选用MicroChip公司的MCP3204转换器，控制芯片选用MicroChip公司的PCI16C73单片机，采用数码管显示，用三极管C9013驱动蜂鸣器、继电器等。温控仪主要电原理图见图2。

3温控仪软件编程

单片机编程与硬件电路紧密相关，根据温控仪功能和上述电原理图，将软件划分为三部分：初始化、主循环和中断服务程序，控制程序用C语言实现，编译环境是MPLABX。

3.1初始化代码设计

初始化代码段主要功能是对系统的参数和状态进行配置，主要代码如下：

#include

CONFIG （HS& PROTECT& PWRTDIS& BOREN& WDTEN）;//定义芯片工作时的配置位

voidWrite_EPROM（unsigned char addressbyte，unsigned char data_byte）;

char Read_EPROM（unsigned char addressbyte）;////读EPROM

short Read_Channel（char cn）;////读取cn通道中的值并返回

void Calculate_V_T（char cn，float *V，floateT）;////采集并计算电压V和温度值T;cn通道号，1：表示1通道（PTlooA）;…

void Temperate_Control（void）;////对三路的温度做判断

void ScanFaceplate（char Num）;////显示第Num个数码管、指示灯和扑捉按键信息。

void Process_KeyDown（void）;////处理按鍵

……

3.2主循环代码

主循环代码段主要功能包括：实时对系统的三路温度进行采集、超温报警处理、故障报警处理、超温跳闸处理、风机启停控制处理和按键处理等，主要代码如下：

void main（void）

{

////变量、端口及其初始化////

char Sample_Channel;///////采样控制;1：表示采样1通道（A通道）;

chari，j，View_Time;

short Svalue，Svaluel;

///寄存器及端口初始化

OPTION= Ox8F;

INTCON= OxCO;

LED_Num=Ox7F;/////只点亮CIR二极管

……

//////程序工作主循环//////////

while（l）

{

asm（“clrwdt”）;////加入一条汇编语句（清看门狗）

Process_KeyDown（）;/////查看是否有键被按下，若有处理

///////表示正常工作

/////////////

if（Glitter_Time>=200）///////0.6秒采样一次，显示一次

{

Glitter_Time=0;

Calculate VT（1，&v1，&y1）;

Calculate VT（2，&v2，&y2）;

Calculate_V_T（3，&v3，&y3）;

TemperateControl（）;

}//////End 0.6秒采樣一次，显示一次

}////////End while

}

3.3中断程序代码设计

中断服务程序由定时器驱动，主要功能是循环显示三相温度值和捕捉按键状态，当报警状况出现时，驱动蜂鸣器报警，主要代码如下：

void interrupt ISR（void）

{

if （TMR11E&&TMR11F）////判TMR1中断

{

TMR11F=O;//清除TMR1中断标志

TMRIL=Ox47;

TMRIH=OxF4;/////定时3毫秒

if（Bell_True>=l）//////执行声音报警

{

B el l_Time=BeII_Time+l;

}/////End执行声音报警

Wait_ time=Wait_time+l;

Glitter Time=GlitterTime+l：

ScanFaceplate（Scan Num）;

Scan_Num=Scan Num+l;

if（Scan_Num>5）

Scan Num=0;

}

}

4温控仪调校

由于分立元件的个体差异，尽管A路温度采样电路的匹配电阻R34、R35、R37与其它两路（B路和C路）对应的电阻阻值选择相同，但依然存在细微差异，导致对相同温度进行采样后，其计算温度结果会不相同;因此，温控仪还必须具有自校功能，可通过等效仪对本机进行校准，校准数据存与单片机内部的FLASH中;正常工作时，用该校准数据校正实际采样计算结果，这样可保证温控仪的一致性和准确性。

5结论

综上所述，该设计方案将单片机与传感器（温敏电阻）巧妙相结合，构成了新一代智能温控仪，它能将传感器初级变化后的电量作进行A/D变换，通过相关公式计算得出采样点环境温度，而后自动进行超温报警、故障报警、超温跳闸和风机启停控制等处理;该温控仪体积小，功耗低，能实时和准确地测量干式变压器内部温度，并根据测量值和阀值自动进行相应控制;因此，该温控仪是干式变压器保护装置的理想选择。

参考文献

[1]MCP3204 Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[2]PIC16C73A Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[3]MPLABX Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.