畢業(yè)論文--10kv電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　作為電網(wǎng)中重要的設(shè)備之一，電力變壓器的正常工作與否直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本論文首先闡述了電力變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究目的和意義、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，然后進(jìn)行了深入地分析。</p><p>　　本文其次介紹了鐵心接地電流、電壓、溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器鐵心接地電流、電壓、溫度的實(shí)

2、時(shí)或定時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并在接地線(xiàn)電流、電壓、溫度超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后能夠發(fā)出信號(hào)和實(shí)現(xiàn)限流電阻的自動(dòng)投切，將接地電流、電壓、溫度限制在規(guī)程要求的范圍之內(nèi)。變壓器鐵心電流、電壓、溫度的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，必須確保采集到的信號(hào)真實(shí)可靠，同時(shí)應(yīng)保證監(jiān)測(cè)裝置最小限度的改變變壓器的運(yùn)行接線(xiàn)狀態(tài)。作為一種工作在電流大范圍內(nèi)變化的設(shè)備，必須具備較好的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換及保護(hù)電路。在變壓器所處的惡劣的電磁環(huán)境中，設(shè)備要能夠穩(wěn)定可靠的工作，抗電磁干擾是難點(diǎn)。作為便攜式

3、設(shè)備，應(yīng)保證信號(hào)所測(cè)得的數(shù)據(jù)能夠方便的上傳給控制人員，通訊方式最好采用無(wú)線(xiàn)方式。盡可能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地故障的自動(dòng)處理。</p><p>　　關(guān)鍵字：電力變壓器；鐵芯接地電流；電壓；變壓器油溫；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As one of the important equipment in

4、the power grid, power transformer works or not directly affect the safe and stable operation of power grids. This paper first provides power transformer online monitoring system of purpose and meaning, research and devel

5、opment trends at home and abroad, and then make a thorough analysis.</p><p>　　This second article describes core earth currents, voltages, temperature online monitoring system. The system can be realized on

6、earth current, voltage and temperature of transformer core storage or regularly monitored in real time and historical data, And on the ground, current, voltage, temperature exceeds the national standards will be able to

7、send a signal and automatic switching of current - limiting resistor, to limit the earth current, voltage and temperature within the scope of the code </p><p>　　Key words: power transformer; Core earth curre

8、nt; Voltage; Transformer oil temperature; On-line monitoring</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　0 引言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>

9、;　　1.1 目的和意義2</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 變壓器原理4</p><p>　　2 10kV電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成5</p><p>　　2.2 功能設(shè)計(jì)方案6</p>&

10、lt;p>　　3 10kV電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 電流信號(hào)的提取部分9</p><p>　　3.2 電壓電流互感器原理和使用9</p><p>　　3.2.1電壓互感器工作原理10</p><p>　　3.2.2電流互感器工作原理11</p><p>　　3

11、.3 電壓互感器的選擇和采樣電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.1 JDZW-10型電壓互感器的性能和特性概述12</p><p>　　3.3.2電壓互感器采樣和測(cè)量電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4 電流互感器的選擇和電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4.1 LBZ-10型電流互感器技術(shù)指標(biāo)14</p>

12、<p>　　3.4.2電流互感器采樣和測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 DS18B20溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.6 限流電阻單元18</p><p>　　3.7 ADC0832采樣電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.7.1 外部引腳及其說(shuō)明20</p><p&g

13、t;　　3.7.2單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理20</p><p>　　3.7.3 ADC0832典型應(yīng)用22</p><p>　　3.8 LCD1602液晶顯示部分24</p><p>　　3.9抗電磁干擾26</p><p>　　3.10單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.10.1晶振電

14、路29</p><p>　　3.10.2 STC89C52的并行I/O口詳細(xì)說(shuō)明30</p><p>　　3.11鍵盤(pán)操作部分31</p><p>　　3.11.1鍵盤(pán)31</p><p>　　3.12信號(hào)傳輸部分33</p><p>　　3.13 SIM300C模塊33</p><p&

15、gt;　　3.14 SIM卡接口33</p><p>　　4 10kV電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.1軟件控制部分流程圖34</p><p>　　4.2 ADC0832子程序流程圖35</p><p>　　4.3延時(shí)子程序流程圖36</p><p><b>　　5

16、總結(jié)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　附錄A譯文40</b></p><p><b>　　附錄B51</b></p>

17、<p><b>　　0 引言</b></p><p>　　變壓器作為電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須加強(qiáng)對(duì)電力變壓器絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷。變壓器參量被廣泛認(rèn)為是導(dǎo)致變壓器劣化的重要因素，與變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性具有密切聯(lián)系。變壓器中多種參量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的自動(dòng)識(shí)別，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷及變壓器損壞程度，防止事故發(fā)生。</

18、p><p>　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行可靠性的要求不斷提高。電力變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)將直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。目前電力系統(tǒng)中變壓器等電力設(shè)備大多采用定期檢修方式，這種體制存在著嚴(yán)重缺陷，如維修不足、維修過(guò)?；蛎つ烤S修等，這使世界各國(guó)每年在設(shè)備維修方面耗資巨大且影響了供電可靠性。怎樣合理安排電力設(shè)備的檢修，節(jié)省檢修費(fèi)用、降低檢修成本，同時(shí)保證系統(tǒng)有較高的可靠性，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人

19、員來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要課題。在電力系統(tǒng)中推行狀態(tài)檢修是解決上述問(wèn)題的有效手段，而故障診斷就是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和前提。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 目的和意義</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)中,變壓器非常重要,也是非常昂貴的設(shè)備。其主要實(shí)現(xiàn)電能的分配、電壓的轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)移的

20、作用。電力系統(tǒng)安全與否、供電性能是否可靠、運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)與變壓器有著直接的關(guān)系。電力變壓器的工作效率代表電力部門(mén)的財(cái)政收益。所以,變壓器的正常運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)而言非常重要。但是因?yàn)樽儔浩鞒Ｌ幱诓煌Ｐぷ鞯臓顟B(tài),所以無(wú)法避免故障的產(chǎn)生。導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)事故的原因很多,其中包括變壓器在安裝、維護(hù)、檢修時(shí),沒(méi)有嚴(yán)格按照相關(guān)要求,導(dǎo)致變壓器存在一定的缺陷,存在嚴(yán)重的故障隱患;自然災(zāi)害也是導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障及事故的重要原因;因?yàn)樽儔浩鏖L(zhǎng)期處于運(yùn)行的

21、狀態(tài),所以其組成材質(zhì)逐漸劣化,為事故的發(fā)生埋下隱患,已經(jīng)成為導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障的主要原因。因?yàn)闊o(wú)法避免變壓器故障的出現(xiàn),對(duì)其故障實(shí)現(xiàn)早期預(yù)測(cè)以及準(zhǔn)確的診斷非常重要,也具有較強(qiáng)的實(shí)用性。所以，變壓器有必要研究狀態(tài)監(jiān)測(cè)和在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如何科學(xué)有效的防止變壓器故障及快速準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)變壓器故障，提高電力變壓器的安全性、可靠性，降低維修成本，保證供電質(zhì)量的研究顯得十分有意義，應(yīng)該引起重視.電力變壓器實(shí)行狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)是先進(jìn)的科學(xué)管理方法，原有電力變壓器

22、的運(yùn)行監(jiān)測(cè)已難以適應(yīng)高安全、</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看,對(duì)變壓器的狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)工作的研究已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)的廣泛關(guān)注,也取得了一定的成果。但總的來(lái)說(shuō),較多的集中在對(duì)電氣或機(jī)械方面的具體參量進(jìn)行監(jiān)測(cè),還缺乏一種有效的方法來(lái)表征變壓器運(yùn)行狀態(tài)和各種試驗(yàn)、運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系。目前利用綜合信息對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的研究還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用要求。近年

23、，電力變壓器及電氣設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估受到了很大的重視,但在我國(guó)仍處在學(xué)術(shù)討論范圍中,沒(méi)有達(dá)到實(shí)用的要求。造成這種狀況的原因是多方面的,除管理維護(hù)、質(zhì)量監(jiān)督、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等方面的問(wèn)題外,反映在評(píng)估技術(shù)上的問(wèn)題主要有:評(píng)估時(shí)沒(méi)有把各類(lèi)設(shè)備一并考慮。預(yù)試及檢修均要求設(shè)備退出運(yùn)行,而設(shè)備一般不易單獨(dú)退出運(yùn)行,通常一個(gè)間隔的設(shè)備必須同時(shí)退出運(yùn)行,因此電氣設(shè)備的維護(hù)是相互關(guān)聯(lián)和相互影響的；歷史數(shù)據(jù)與在線(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)值化管理欠缺；缺乏行之有效的診斷理論與方法,僅

24、提供數(shù)據(jù),且知識(shí)貧乏,不能建立各種監(jiān)測(cè)信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,無(wú)法解釋測(cè)量結(jié)果正常的波動(dòng),很難做出準(zhǔn)確的變壓器狀態(tài)評(píng)估。從目前國(guó)內(nèi)外變壓器狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，主要的技術(shù)有兩種：局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和油色譜分析。變壓器的色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)是相對(duì)成熟的、有效的、最受電力</p><p><b>　　1.3 變壓器原理</b></p><p>　　變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改

25、變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和鐵芯（磁芯），如圖1-1所示。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。</p><p>　　變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線(xiàn)

26、圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。</p><p>　　變壓器兩組線(xiàn)圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí)。在初級(jí)線(xiàn)圈上加一交流電壓，在次級(jí)線(xiàn)圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱(chēng)為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱(chēng)為降壓變壓器。</p><p>　　圖1-1 理想變壓器原理圖</p&g

27、t;<p>　　Figure 1-1 The principle diagram of the ideal transformer</p><p>　　2 10kV電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成</p><p>　　不論監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是什么類(lèi)型，它都應(yīng)包括以下幾個(gè)基本單元:</p><

28、;p><b>　　1) 信號(hào)的變送</b></p><p>　　一般由相應(yīng)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它從電氣設(shè)備上監(jiān)測(cè)出那些反映設(shè)備狀態(tài)的物理量，例如溫度、電壓、電流、氣體成分等，并將其轉(zhuǎn)換為合適的電信號(hào)傳送到后續(xù)單元。它對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)起著讀數(shù)和觀測(cè)的作用。</p><p><b>　　2) 信號(hào)的處理</b></p><p>　

29、　其功能是對(duì)傳感器變送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，將信號(hào)幅度調(diào)整到合適的電平；對(duì)混疊的干擾采用極性鑒別器、濾波器等硬件電路進(jìn)行抑制，以提高系統(tǒng)的信噪比。</p><p><b>　　3) 數(shù)據(jù)的采集</b></p><p>　　將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的信號(hào)進(jìn)行采集、A/D轉(zhuǎn)換和記錄。</p><p><b>　　4) 信號(hào)的傳輸</b>

30、;</p><p>　　將采集到的信號(hào)傳送至后續(xù)單元。對(duì)固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因數(shù)據(jù)處理單元遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，故需配置專(zhuān)門(mén)的信號(hào)傳輸單元。對(duì)便攜式監(jiān)測(cè)裝置，只需對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q和隔離即可。</p><p><b>　　5) 數(shù)據(jù)的處理</b></p><p>　　對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，例如，對(duì)獲取的數(shù)字信息作頻譜和時(shí)域分析，利用平均處理、軟件濾波

31、等技術(shù)，對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步的處理，來(lái)提高信噪比。獲取反映設(shè)備狀態(tài)的特征值，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)和信息。</p><p><b>　　6) 診斷</b></p><p>　　對(duì)處理后的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、判據(jù)及其他信息進(jìn)行比較、分析后，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)或故障部位做出診斷。必要時(shí)需采取進(jìn)一步的措施，例如是否需要退出運(yùn)行、安排維修計(jì)劃等。</p><p>　　2

32、.2 功能設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本論文將設(shè)計(jì)一套10kV電力變壓器多參量綜合在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在統(tǒng)一的軟硬件結(jié)構(gòu)下監(jiān)測(cè)參量，將實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器電流、電壓、油溫狀態(tài)參量。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將對(duì)10kV變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，鐵芯接地電流、電壓在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，頂層油溫處于正常范圍。</p><p>　　計(jì)劃研究的系統(tǒng)具備如下功能：</p><p>　　1）可

33、在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集和記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)的鐵芯接地電流、電壓、頂層油溫各項(xiàng)參數(shù)情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄存儲(chǔ)。</p><p>　　2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有接口，可隨時(shí)增加軟硬件設(shè)備，系統(tǒng)只要做少量的改動(dòng)即可，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)采集和處理單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、單片機(jī)、顯示單元、按鍵單元、通信接口等組成。如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-

34、1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　Figure 2-1 Block diagram of the whole system</p><p>　　傳感器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波及A/D轉(zhuǎn)換后到單片機(jī),經(jīng)通信接口把數(shù)據(jù)上傳至無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，再經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。</p><p><b>　　主要設(shè)計(jì)內(nèi)容</b>&l

35、t;/p><p>　　電力變壓器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)有很多特征量表現(xiàn)出來(lái)，本文主要是針對(duì)接地電流、電壓、溫度進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研究。理論上來(lái)說(shuō)，只要捕捉到哪怕是很微弱的信息量，進(jìn)而經(jīng)過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和綜合分析，就可以對(duì)設(shè)備絕緣的可靠性做出判斷和對(duì)絕緣壽命做出預(yù)測(cè)，這就是在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　本論文主要圍繞以下工作展開(kāi):</p><p>　　1)對(duì)引起接地電流、電壓

36、、溫度變化的原因進(jìn)行分析;</p><p>　　2)如何實(shí)時(shí)而不失真的采集電流、電壓、溫度信號(hào);</p><p>　　3)如何保證信號(hào)在傳輸、處理的過(guò)程中的真實(shí)可靠性;</p><p>　　4)信號(hào)的傳輸方式、量程切換等的處理。</p><p>　　3 10kV電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　

37、　系統(tǒng)整體采用單片機(jī)作為控制核心，主要進(jìn)行電壓和電流采樣，同時(shí)通過(guò)2路溫度采樣，檢測(cè)變壓器重要部位的溫度情況，實(shí)現(xiàn)全面檢查。下面將會(huì)分模塊分別介紹。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)電路圖如下圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　Figure 3-1 Overall system circuit diagram</p><p>　　3.1 電流

38、信號(hào)的提取部分</p><p>　　在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在提取監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)應(yīng)保證盡量不改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行接線(xiàn)狀態(tài)，因此，將電流信號(hào)的取樣點(diǎn)選擇在變壓器鐵心外引接線(xiàn)處，選擇電流傳感器作為信號(hào)提取單元。裝置接線(xiàn)方式如圖3-2。</p><p>　　圖3-2信號(hào)提取部分結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Figure 3-2 Signal extraction of

39、60;partial structure diagram</p><p>　　3.2 電壓電流互感器原理和使用</p><p>　　在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器選擇和測(cè)點(diǎn)布置是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的前提條件，應(yīng)該遵循以下原則:安全性、可靠性、準(zhǔn)確性、方便性、經(jīng)濟(jì)性。利用信號(hào)接收電路將傳感器陣列的輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，為了確保采集電路的精度，其中的

40、供電電壓都是由電源模塊提供的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的電源電壓。</p><p>　　當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵心電流、電壓很小。而在發(fā)生多點(diǎn)接地故障時(shí)，接地電流會(huì)變得很大，為安培級(jí)。因此在該裝置所采用的電流、電壓傳感器應(yīng)具有較寬的線(xiàn)性范圍和變化范圍較大的量程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，電流傳感器可選擇量程在0.5mA-10A，分辨率在2mA的電流傳感器，電壓傳感器可選擇量程在10kV之內(nèi)。另外，由于監(jiān)測(cè)時(shí)不可避免的會(huì)有工頻電流流過(guò)，故要

41、求磁心具有較強(qiáng)的抗工頻磁飽和的能力，使磁心不會(huì)因飽和而影響監(jiān)測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于鐵氧體磁心，該要求能夠滿(mǎn)足。</p><p>　　3.2.1 電壓互感器工作原理</p><p>　　電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。它主要由一、二次線(xiàn)圈、鐵心和絕緣組成。當(dāng)在一次繞組上施加一個(gè)電壓U1時(shí)，在鐵心中就產(chǎn)生一個(gè)磁通φ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個(gè)二次電壓U2。改變一次或二次繞組的匝數(shù)，

42、可以產(chǎn)生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即100V，電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等；主要是電磁式的（電容式電壓互感器應(yīng)用廣泛），另有非電磁式的，如電子式、光電式。</p><p><b>　　電壓互感器的分類(lèi)</b></p><p>　　1) 按安裝地點(diǎn)可分為戶(hù)內(nèi)式和戶(hù)外式。3

43、5kV及以下多制成戶(hù)內(nèi)式；35kV以上則制成戶(hù)外式；</p><p>　　2) 按相數(shù)可分為單相和三相式，35kV及以上不能制成三相式；</p><p>　　3) 按繞組數(shù)目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓互感器除一次側(cè)和基本二次側(cè)外，還有一組輔助二次側(cè)，供接地保護(hù)用；</p><p>　　4) 按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式。干式電壓互感器

44、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)著火和爆炸危險(xiǎn)，但絕緣強(qiáng)度較低，只適用于6kV以下的戶(hù)內(nèi)式裝置；澆注式電壓互感器結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便，適用于3kV～35kV戶(hù)內(nèi)式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能較好，可用于10kV以上的戶(hù)外式配電裝置；充氣式電壓互感器用于SF6全封閉電器中。</p><p>　　此外，還有電容式電壓互感器，電容式電壓互感器實(shí)際上是一個(gè)單相電容分壓管，由若干個(gè)相同的電容器串聯(lián)組成，接在高壓相線(xiàn)與地面之間，它廣泛用于1

45、10kV～330kV的中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中。</p><p>　　其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線(xiàn)圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。測(cè)量用電壓互感器一般都做成單相雙線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測(cè)電

46、壓（如電力系統(tǒng)的線(xiàn)電壓），可以單相使用，也可以用兩臺(tái)接成V-V形作三相使用。</p><p>　　3.2.2 電流互感器工作原理</p><p>　　電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線(xiàn)端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數(shù)(N1)較少，直接串聯(lián)于電源線(xiàn)路中，一次負(fù)荷電流(I1)通過(guò)一次繞組時(shí)，產(chǎn)生的交變磁通感應(yīng)產(chǎn)生按比例減小的

47、二次電流(I2)；二次繞組的匝數(shù)(N2)較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線(xiàn)圈的二次負(fù)荷(Z)串聯(lián)形成閉合回路，見(jiàn)下圖3-3。</p><p>　　圖3-3 最簡(jiǎn)化的電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　Figure 3-3 The  simplified schematic diagram of current transf

48、ormer structure</p><p>　　由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)，I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比:I1/I2=N1/N2。電流互感器實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器。</p><p>　　3.3 電壓互感器的選擇和采樣電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的需要且考慮到本設(shè)計(jì)為高

49、壓設(shè)備，要考慮安全性等問(wèn)題，電壓互感器選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB1207-1997 《電壓互感器》 的JDZW-10型電壓互感器。生產(chǎn)廠家為上海萬(wàn)上電氣設(shè)備有限公司。如下圖3-4所示。具體使用過(guò)程當(dāng)中，將待測(cè)電壓線(xiàn)，接在具有高強(qiáng)度絕緣性能的上端兩個(gè)支撐架上面。使用過(guò)程選擇額定變壓比為10000/100繞組變比的方式，將待測(cè)電壓進(jìn)行準(zhǔn)確變比。然后配合電壓測(cè)量電路進(jìn)行使用。</p><p>　　圖3-4 JDZW-10

50、型電壓互感器外觀圖</p><p>　　Figure 3-4 jdzw-10 voltage transformer outside View</p><p>　　3.3.1 JDZW-10型電壓互感器的性能和特性概述</p><p>　　功能介紹:　　電壓互感器適用于額定頻率50Hz，額定電壓10kV的電力系統(tǒng)中作電能計(jì)量及儀表監(jiān)測(cè)

51、用，特別適用無(wú)人值守，無(wú)油化變電站，實(shí)行遙測(cè)、遙信、遙調(diào)之用?！　』ジ衅鞑捎脩?hù)外環(huán)氧樹(shù)脂澆注，全封閉、支柱式結(jié)構(gòu)。由于采用戶(hù)外環(huán)氧樹(shù)脂澆注，產(chǎn)品具有耐電弧、耐紫外線(xiàn)、耐老化、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等特點(diǎn)?！　《纬鼍€(xiàn)有接線(xiàn)保護(hù)盒，其下方有出現(xiàn)孔，接線(xiàn)方便、安全可靠并能實(shí)現(xiàn)防竊電措施。底板上有四個(gè)安裝孔供安裝使用。技術(shù)參數(shù):　　1) 額定絕緣水平：12/42/75kV;　　2) 表面爬電比距離滿(mǎn)足二級(jí)污穢等級(jí);　　3) 本型互感器滿(mǎn)足

52、GB1207-1997《電壓互感器》之要求; 4) 局部放電水平符合GB7354-1987《互感器局部放電測(cè)量》，其視在放電量不大于20PC; 5) 環(huán)境溫度：-30℃~40℃。日平均氣溫不超過(guò)30℃; 6) 海拔高度：不超過(guò)1000m;</p><p>　　3.3.2 電壓互感器采樣和測(cè)量電路設(shè)計(jì)</p><p>　　具體電路設(shè)計(jì)采用如下圖3-5的電路，將流過(guò)如上

53、所述電壓互感器之后的安全電壓接入下圖當(dāng)中的電壓互感器輸入端，通過(guò)檢波電路實(shí)現(xiàn)分壓且交流到直流的轉(zhuǎn)換，然后將直流電通過(guò)ADC0832進(jìn)行采樣，然后將采樣得到的信號(hào)輸入到單片機(jī)。具體模塊的工作方式后面會(huì)詳細(xì)介紹。</p><p>　　圖3-5電壓互感器采樣和測(cè)量電路圖</p><p>　　Figure 3-5 Sampling and measurement of

54、 voltage transformer circuit diagram</p><p>　　3.4 電流互感器的選擇和電路設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到本設(shè)計(jì)的要求，電流互感器在選擇上面，要求絕緣性較高，要適應(yīng)10kV的電壓要求，安全性非常重要，必須選擇滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備作為設(shè)計(jì)選取器材。本設(shè)計(jì)選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB1208-2006的LBZ-10型電流互感器。L

55、BZ-10型干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器，適用額定電壓10kV、額定頻率50Hz的電力系統(tǒng)中的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性。綜合考慮設(shè)備的配套等特性，生產(chǎn)廠家也選擇上海萬(wàn)上電氣設(shè)備有限公司。設(shè)備如下圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 LBZ-10型干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器外觀圖</p><p>　　Figure 3-6 LBZ-10 dry

56、 - type epoxy resin cast of current transformer outside View</p><p>　　3.4.1 LBZ-10型電流互感器技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　LBZ-10型為干式環(huán)氧樹(shù)脂澆注電流互感器。適用額定電壓10kV、額定頻率50Hz的電力系統(tǒng)中

57、的測(cè)量和保護(hù)，外殼采用特殊工藝處理的鋼板加工而成，具有防腐性。技術(shù)參數(shù)：　 1) 產(chǎn)品符合GB1208-2006;　　2) 額定頻率50Hz;　　3) 絕緣水平12/42/75kV;　　4) 額定二次電流5A。</p><p>　　3.4.2 電流互感器采樣和測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電流互感器選擇額定電流比為100A/5A變比的具體型號(hào)，通過(guò)運(yùn)放加采樣電阻的方式，

58、對(duì)電流進(jìn)行采樣。具體方式通過(guò)兩步進(jìn)行，第一步通過(guò)電流互感器實(shí)現(xiàn)安全采樣，變比為100:5，然后將交流電流采用采樣電阻進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換。第二步驟，將電壓進(jìn)行交直流變換，完成檢波和直流電路的測(cè)量功能。具體電路圖如下圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7電流互感器采樣和測(cè)量電路圖</p><p>　　Figure 3-7 Sampling and measureme

59、nt of current transformer circuit diagram</p><p>　　3.5 DS18B20溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　具體硬件設(shè)計(jì)電路圖如下圖3-8所示，采用兩個(gè)溫度傳感器，同時(shí)檢測(cè)變壓器內(nèi)部?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的溫度，起到更加全面保護(hù)的作用。采用美國(guó)DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器，具有測(cè)溫精準(zhǔn)，達(dá)到0.1攝氏度，同

60、時(shí)抗干擾能力強(qiáng)，抗老化能力強(qiáng)等綜合優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖3-8溫度采樣和測(cè)量電路圖</p><p>　　Figure 3-8 Temperature sampling and measurement circuit diagram</p><p>　　DS18B20引腳及管腳功能介紹</p><p&

61、gt;　　圖3-9 DS18B20管腳圖</p><p>　　Figure 3-9 ds18b20 pin map</p><p>　　DQ：數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端。</p><p><b>　　GND：電源地端。</b></p><p>　　VDD：外接供電電源輸入端(在寄生電源接線(xiàn)時(shí)此腳應(yīng)接地)。&

62、lt;/p><p>　　DS18B20具有以下特性</p><p>　　1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線(xiàn)供電 2）獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 4）DS

63、18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 5）溫范圍-55℃～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃ 6）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快

64、 8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線(xiàn)總線(xiàn)"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組</p><p>　　3.6 限流電阻單元</p><p>　　我們都知道，當(dāng)變壓器發(fā)生多點(diǎn)接地故障時(shí)，若現(xiàn)場(chǎng)條件不具備，可采

65、用臨時(shí)措施保證變壓器繼續(xù)運(yùn)行，即在鐵心外引接地線(xiàn)上串接一個(gè)合適的電阻，達(dá)到減小鐵心接地電流的目的。但此方法只能作為應(yīng)急措施，最終還是需要真正排除故障。采用此方法時(shí)應(yīng)根據(jù)變壓器鐵心實(shí)際接地電流的大小選擇所串電阻的阻值及容量。串入電阻后應(yīng)當(dāng)使接地電流控制在100mA以下，這樣既能確保電阻運(yùn)行中不致?lián)p壞產(chǎn)生高壓，又能減輕鐵心的發(fā)熱。 </p><p>　　限流電阻投切單元如圖3-10所示，其中，Jl-J3是繼電器。

66、當(dāng)鐵心接地電流超標(biāo)后，系統(tǒng)能夠根據(jù)接地電流的大小，手動(dòng)/自動(dòng)的在接地線(xiàn)中投入一定的限流電阻，將電流暫時(shí)限制在規(guī)定量程之內(nèi)。CPU通過(guò)控制繼電器狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)支路電阻的投切。其中R4支路沒(méi)有串入繼電器，其目的是為了避免鐵心接地線(xiàn)出現(xiàn)開(kāi)路的情況。</p><p>　　圖3-10限流電阻投切單元</p><p>　　Figure 3-10 Current - limiting

67、 resistor switch unit</p><p>　　3.7 ADC0832采樣電路設(shè)計(jì)</p><p>　　ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三線(xiàn)接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨

68、可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1) 8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；</p><p>　　2) 5V單電源供電；</p><p&g

69、t;　　3) 輸入模擬信號(hào)電壓范圍為0～5V；</p><p>　　4) 輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；</p><p>　　5) 在250kHz時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32µs；</p><p>　　6) 具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；</p><p>　　7) 功耗低，15mW。</p><p>

70、　　3.7.1 外部引腳及其說(shuō)明</p><p>　　ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖3-11所示。</p><p><b>　　各引腳說(shuō)明如下：</b></p><p>　　1) CS——片選端，低電平有效。</p><p>　　2) CH0，CH1——兩路模擬信號(hào)輸入端

71、。</p><p>　　3) D1——兩路模擬輸入選擇輸入端。</p><p>　　4) D0——模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。</p><p>　　5) CLK——串行時(shí)鐘輸入端。 </p><p>　　6) Vcc(REF)——正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。</p><p>　　7) GND

72、——電源地。</p><p>　　圖3-11 ADC0832引腳圖</p><p>　　Figure 3-11 ADC0832 pin map</p><p>　　3.7.2 單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理</p><p>　　一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是CS、CLK、D0、D1。但由于

73、D0端與D1端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將D0和D1 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和D0/D1 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，D0/D1端則使用D1端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前D1

74、端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前D1端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表3-1：</p><p><b>　　表3-1 功能項(xiàng)</b></p><p>　　Table 3-1 function keys</p><p>　　當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)

75、配置2位數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。</p><p>　　到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后D1端的輸入電平就失去輸入作用，此后D0/D1端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出D0進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開(kāi)始由D0端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，

76、隨后每一個(gè)脈沖D0端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。下圖3-12為ADC0832時(shí)序圖。</p><p>　　圖3-12 ADC0832串口輸出采樣時(shí)序圖&

77、lt;/p><p>　　Figure 3-12 ADC0832 serial output sampling timing diagram</p><p>　　3.7.3 ADC0832典型應(yīng)用</p><p>　　1) 單片機(jī)串行口方式0與ADC0832接口</p><p>　　圖3-13單片機(jī)

78、串行口方式0與ADC0832接口圖</p><p>　　Figure 3-13 Single - Chip serial port 0 and adc0832 interface map</p><p>　　STC89C52的P1.7為片選信號(hào)端，TXD是時(shí)鐘信號(hào)輸出端，RXD為啟動(dòng)信號(hào)，模擬通道選擇信號(hào)發(fā)送端

79、以及A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)據(jù)的接收端。</p><p>　　ADC0832的時(shí)鐘頻率最高為400kHz，單片機(jī)AT89C51晶振選用4MHz，在TXD端的輸出頻率為4MHz/12=333kHz，符合要求。</p><p>　　ADC0832 輸出的串行數(shù)據(jù)共15位，由兩段8位數(shù)據(jù)組成，前一段是最高位在先，后一段是最高位在后，兩段數(shù)據(jù)的最低位共用。只有在時(shí)鐘的下降沿，ADC0832的串行數(shù)據(jù)才移

80、出一位。由單片機(jī)控制時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，并由TXD發(fā)出，以達(dá)到控制ADC0832輸出數(shù)據(jù)位的目的。為了得到一列完整的8位數(shù)據(jù)，單片機(jī)分兩次采集含有不同位的數(shù)據(jù)，再合成一列完整的8位數(shù)據(jù)。</p><p>　　當(dāng)REN=0時(shí)，AT89C51連續(xù)一次向ADC0832發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘脈沖，前3個(gè)脈沖發(fā)送的是啟動(dòng)位和模擬通道選擇位，共計(jì)3位；從第4個(gè)脈沖下降沿開(kāi)始，ADC0832發(fā)出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D7～D4（在脈沖上升沿單片機(jī)方可接

81、收）。但由于REN=0，單片機(jī)不予接收，丟失D7～D4數(shù)據(jù)。</p><p>　　當(dāng)REN=1時(shí)，單片機(jī)又向ADC0832連續(xù)發(fā)出8個(gè)時(shí)鐘脈沖，其輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D3，D2，D1和d0，d1，d2，d3，d4存入累加器A形成如下結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　累加器A </b></p><p>　　MSB

82、 LSB</p><p>　　上述數(shù)據(jù)右移3位，并屏蔽掉高3位，暫存于寄存器B，得到如下結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　寄存器B</b></p><p>　　MSB LSB</p><p>　　單片機(jī)第二次接收，可得到下列數(shù)據(jù)：</p><

83、;p><b>　　累加器A </b></p><p>　　MSB LSB</p><p>　　以上數(shù)據(jù)左移5位，并屏蔽低5位，送入累加器A，得到如下結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　累加器A</b></p><p>　　MSB

84、 LSB</p><p>　　進(jìn)行（A）+（B）→（A）運(yùn)算，得到如下結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　累加器A</b></p><p>　　MSB LSB</p><p>　　從而得到一個(gè)完整的8位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p>

85、<p>　　2) SPI串行接口方式</p><p>　　SPI是MOTOROLA公司推出的一種同步串行外設(shè)接口，允許MCU也各個(gè)廠家生產(chǎn)工具的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備直接接口，以串行方式交換信息。SPI使用4條線(xiàn)與主機(jī)（MCU）連接：串行時(shí)鐘SCK，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)SO，主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)SI和低電平有效的從機(jī)選擇線(xiàn)CS。</p><p>　　SPI串行擴(kuò)展系統(tǒng)的主器件單片

86、機(jī)，可以帶有SPI接口，也可以不帶SPI接口，但從器件必須具有SPI接口。</p><p>　　圖3-14同步串行外設(shè)接口與主機(jī)連接圖</p><p>　　Figure 3-14 Synchronous serial Peripheral Interface connected to the host map&

87、lt;/p><p>　　ADC0832具有SPI接口，AT89S51與ADC0832的SPI串行接口方式，將D0和D1分別連接于P1.0和P1.1。對(duì)CH0通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存于累加器A中。</p><p>　　3.8 LCD1602液晶顯示部分</p><p>　　本顯示電路采用了液晶顯示(LCD)模塊，系統(tǒng)顯示部分采用LCD1602，具體硬件電路

88、圖見(jiàn)下圖3-15。本設(shè)計(jì)采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示所測(cè)量的電壓和電流的數(shù)值，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前變壓器的工作狀態(tài)是否良好。包括溫度傳感器測(cè)量到的溫度信息。</p><p>　　圖3-15 LCD1602原理圖</p><p>　　Figure 3-15 Schematic diagram of LCD1602</p><p><b&g

89、t;　　1）液晶顯示簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　液晶顯示原理</b></p><p>　　液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。

90、</p><p><b>　　液晶顯示器的分類(lèi)</b></p><p>　　液晶顯示的分類(lèi)方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)(Static)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)(Simple Matrix)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)(Active Matrix)三種。</p>

91、<p><b>　　液晶顯示器優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線(xiàn)管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。</p><p>　　簡(jiǎn)單、方便:液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。</p>

92、;<p>　　體積小、重量輕:液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。</p><p>　　功耗低:相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。</p><p><b>　　2）線(xiàn)段的顯示</b></p><p>　

93、　點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64×16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如:屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H-00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)(000H)=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線(xiàn)，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)(3FFH

94、)=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線(xiàn)；當(dāng)(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=00H，……(00EH)=00H，(00FH)=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線(xiàn)和8條暗線(xiàn)組成的虛線(xiàn)，這就是LCD顯示的基本原理。</p><p><b>　　3）字符的顯示</b></p><p>　　用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6&#

95、215;8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。</p><p>　　圖3

96、-16 LCD1602實(shí)物圖</p><p>　　Figure 3-16 LCD1602 physical map</p><p><b>　　3.9抗電磁干擾</b></p><p>　　在此首先要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，預(yù)處理部分一般應(yīng)安排在數(shù)據(jù)采集之前，甚至有時(shí)它與傳感器安排在一起，即采用就地處理的方式，這樣可大大削弱信號(hào)傳輸過(guò)程中

97、受到的干擾影響。在本設(shè)計(jì)中，考慮到鐵心電流是電阻性電流，數(shù)量級(jí)在幾十毫安到幾安培甚至更大，由于它們的變化范圍都很寬，如果用一個(gè)長(zhǎng)線(xiàn)傳送器傳送這樣寬范圍的電流信號(hào)，會(huì)造成較大的測(cè)量誤差，因此，將鐵心電流分為100mA， 1A，10A三個(gè)檔，分別用三個(gè)長(zhǎng)線(xiàn)傳送器進(jìn)行傳送，這樣便可大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。鐵心電流的測(cè)量準(zhǔn)確性，取決于長(zhǎng)線(xiàn)傳送器在測(cè)量范圍內(nèi)的線(xiàn)性度和穩(wěn)定性，線(xiàn)性度已由分檔來(lái)保證，經(jīng)調(diào)試它的非線(xiàn)性誤差<2%。因?yàn)樽儔浩麒F心的

98、電磁轉(zhuǎn)換對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電磁干擾，所以鐵心電流的取樣探頭應(yīng)具有良好的電磁屏蔽，為此，采用雙層1mm厚的鐵板做成屏蔽箱，并用高性能的同軸屏蔽電纜傳送取樣信號(hào)。</p><p>　　3.10 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-17單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖</p><p>　　Figure 3-17 Schematic diagram of SCM system&l

99、t;/p><p>　　上圖3-17是單片機(jī)最小系統(tǒng)部分的原理圖,主要包括晶振電路,本系統(tǒng)單片機(jī)晶振工作在12MHz的頻率下，還有一個(gè)上電復(fù)位電路，單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)是使用上電復(fù)位。</p><p>

100、　　單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，并進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理，產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)及控制整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。所以在選擇單片機(jī)時(shí)，參考了以下標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　1) 運(yùn)行速度。單片機(jī)運(yùn)行速度一般和系統(tǒng)匹配即可。</p><p>　　2) 存儲(chǔ)空間。單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量，外部可以擴(kuò)展的存儲(chǔ)器(包括I/O口)空間</p><p>　　3) 單片機(jī)內(nèi)部資源。單片

101、機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源越多，系統(tǒng)外接的部件就越少，這可提高系統(tǒng)的許多技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　4) 可用性。指單片機(jī)是否能很容易地開(kāi)發(fā)和利用，具體包括是否有合適的開(kāi)發(fā)工具，是否適合于大批量生產(chǎn)、性能價(jià)格比，是否有充足的資源，是否有現(xiàn)成的技術(shù)資源等。</p><p>　　5) 特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉電保護(hù)、故障監(jiān)視等。</p><p>　　從硬件角度來(lái)看，與M

102、CS-51指令完全兼容的新一代STC89C52系列機(jī)，比在片外加EPROM才能相當(dāng)?shù)?031單片機(jī)抗干擾性能強(qiáng)，與87C51系列單片機(jī)的性能相當(dāng)，但功耗小。程序修改直接用+5伏或+12伏電源擦除，更顯方便、而且其工作電壓放寬至2.7伏-6伏，因而受電壓波動(dòng)的影響更小，而且4K的程序存儲(chǔ)器完全能滿(mǎn)足單片機(jī)系統(tǒng)的軟件要求，故STC89C52單片機(jī)是構(gòu)造本檢測(cè)系統(tǒng)的更理想的選擇。本系統(tǒng)選用STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)，其特性如下:&

103、lt;/p><p>　　1) 4K字節(jié)可編程閃速程序存儲(chǔ)器，1000次循環(huán)寫(xiě)/擦</p><p>　　2) 全靜態(tài)工作:0Hz-24MHz</p><p>　　3) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　4) 128 X8位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32條可編程I/O口</p><p>　　5) 兩個(gè)六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，六個(gè)中斷源

104、</p><p>　　6) 可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式</p><p>　　該單片機(jī)的功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，功耗很低。特別是用于本系統(tǒng)這樣一個(gè)控制相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，具有高的性?xún)r(jià)比。單片機(jī)主要完成了系統(tǒng)的控制功能和信息處理功能與結(jié)構(gòu)。為了理解這些功能是如何實(shí)現(xiàn)的，以下介紹AT89C51單片機(jī)的功能。</p><p>　　單片機(jī)其DIP封裝40腳芯片引腳，引腳

105、簡(jiǎn)要說(shuō)明見(jiàn)表3-2</p><p>　　表3-2 單片機(jī)引腳簡(jiǎn)單說(shuō)明</p><p>　　Table 3-2 Single - Chip Microcomputer pin simple description</p><p>　　3.10.1 晶振電路</p><p>　　圖3-1

106、8晶振電路原理圖</p><p>　　Figure 3-18 Crystal oscillator circuit schematics</p><p>　　晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。本設(shè)計(jì)的晶振電路是為

107、單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，如圖3-18晶振電路原理圖。</p><p>　　STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性

108、、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。</p><p>　　晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。</p><p>　　3.1

109、0.2 STC89C52的并行I/O口詳細(xì)說(shuō)明</p><p>　　由于STC89C52的并口功能強(qiáng)大，可用作地址/數(shù)據(jù)線(xiàn)，也作為通用I/O用于系統(tǒng)的控制工作中。因此，可以用并口來(lái)傳輸顯示電路中LED的段選碼和位選碼，也可以用并口中的某一位完成DS18B20的數(shù)據(jù)讀取。STC89C52共集成四個(gè)功能極強(qiáng)的8位雙向并行接口，每位均設(shè)有輸出鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器和輸出緩沖器，四個(gè)口分別用P0， PI，P2，P3表示，由

110、于接口所針對(duì)的主要用途不同所以有一定的差異，下面分別說(shuō)明。P0口的每一位均由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)輸出控制電路組成，其工作狀態(tài)受輸出控制電路的控制。P0口既可作為地址/數(shù)據(jù)線(xiàn)，又可以作為通用I/O口。在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口必須做地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)用，先輸出低8位地址到外部地址鎖存器，后輸出/輸入數(shù)據(jù)或指令代碼，分時(shí)復(fù)用。在不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)可以做通用I/O用。P1口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口，做通用1/

111、0用。其輸出驅(qū)動(dòng)器有內(nèi)部上拉電阻，能加速‘0’到‘1’的轉(zhuǎn)變過(guò)程。特別在位操作方式下，P1口可以進(jìn)行每位單獨(dú)輸出/輸入操作。P2口同樣是一個(gè)8位的準(zhǔn)雙向并行I/O口，在結(jié)構(gòu)上它比P1口多出了一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換控制部分。P</p><p>　　因此，可以根據(jù)訪(fǎng)問(wèn)外部地址的頻繁程度，P2口在其間仍可作為通I/O，P3口做通用I/O使用時(shí)，和P1, P2口類(lèi)似。在作為多功能端口的時(shí)候，它作為讀/寫(xiě)信號(hào)(擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的時(shí)候)

112、和標(biāo)準(zhǔn)串行I/O口。</p><p>　　3.11 鍵盤(pán)操作部分</p><p>　　該模塊是一個(gè)人機(jī)接口，其作用為方便用戶(hù)根據(jù)自身需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。在本設(shè)計(jì)方案中，鍵盤(pán)部分選用HD7279，顯示部分選用LED數(shù)碼管(雖簡(jiǎn)易，但能滿(mǎn)足需求)。該模塊能實(shí)現(xiàn)鐵心電流、量程(0-100mA, 1-1A, 2-10A)電流預(yù)警值的顯示，還能夠通過(guò)按鍵切換顯示。同時(shí)通過(guò)軟件編程，還可以擴(kuò)展其它功能