智能变压器温度控制器的设计本科毕业设计(编辑修改稿)

智能变压器温度控制器的设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

引脚如图 23 所示。 图 23 X25045引脚 其引脚功能如下： CS：片选择输入； SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出； SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入 X25045； SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出； WP：写保护输入，当它低电平时，写操作被禁止； Vss：地； Vcc：电源电压； RESET：复位输出。 （ 2） X25043/45 工作原理 通过 SI输入的数据在 CS 变为低电平后的 SCK 第一个上升沿被采样，数据由SCK 的下降沿输出到 S0 线上。 在整个工作期间， CS 必须是低电平且 WP 必须是高电平。 X25043/45 具有监视总线功能，在预置的时间周期内没有总线活动，RESET /RESET 输出。 X25045 在读写操作之 前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式 西安工程大学毕业设计（论文） 11 如表 22所示。 表 22 X25045指令及其含义 指令名 指令格式 操作 WREN 00000110 设置写使能锁存器（允许写操作） WRDI 00000100 复位写使能锁存器（禁止写操作） RDSR 00000101 读状态寄存器 WRSR 00000001 写状态寄存器 READ 0000A8011 把开始于所选地址的存储器中的数据读出 WRITE 0000A8010 把数据写入开始于所选地址的存储器 （ 3） X25045 看门狗电路设计及 编程 X25045 硬件连接图如图 24所示。 X25045 芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。 在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则 X25045 将从 RESET 输出一个高电平信号，经过微分电路 C R3输出一个正脉冲，使 CPU 复位。 图 2 电路中， CPU 的复位信号共有 3 个：上电复位 (CR2)，人工复位 (S、 R R2)和 Watchdog 复位 (C R3)，通过或门综合后加到 RESET端。 C R3 的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时 CPU 的振荡器已经在工作。 图 24 X25045看门狗电路硬件连接 看门狗定时器的预置时间是通过 X25045 的状态寄存器的相应位来设定的。 西安工程大学毕业设计（论文） 12 如表 23所示， X25045 状态寄存器共有 6位有含义，其中 WD WD0 和看门狗电路有关，其余位和 EEPROM 的工作设置有关。 表 2 3 X25045 状态寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1＝ 0， WD0=0，预置时间为 ； WD1＝ 0， WD0=1，预置时间为 ； WD1＝ 1， WD0=0，预置时间为 ； WD1＝ 1， WD0=1，禁止看门狗工作。 看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长。 编程时，可在合适的地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。 当系统跑飞 ，陷入软件陷阱等，而别的方法无法捕捉会程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间则系统自动复位。 测温部分 精确的测量是控温的前提。 由于铂温度传感器测温精确度高、稳定性好，有较大的测量范围，易于使用在自动测量和远距离测量中。 本设计采用的是 PT100铂热电阻传感器，测量范围是 200～ 650 C,测温精确度达到 %FS。 其电阻特性方程如下： 200～ 0 C时， Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t100)] （ 21） 0～ 650 C 时 Rt=R0(1+At+Bt2) （ 22） 式中 A=103K C ， B=107 C ， C=1012 C 但在通常的测量中，电阻温度的关系一般用近似的线形表示，在外接引线较长时，为减少误差常采用三线式电桥连接法或四线电阻测量电路。 四个 PT100 分别埋在变 压器的三相绕组或挂在室内，把检测到的温度信号转换为 D（ 420mA 的 西安工程大学毕业设计（论文） 13 标准电流信号）经过集成运算放大器 LM324 和 DP07 转换等前级处理，通过 A/D转换器 TLC0843 转换为数字信号，最后送单片机进行处理。 TLC0834 是 TI公司生产的八位逐次逼近模数转换器，具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式。 文中以 AT89C51 CPU 为核心，采用 LTC0834 八位串行 A/D 转换器设计了一个可将模拟信号转换为数字信号的电路。 关键词：单片机 A/D 转换器 TLC0834 单片机控制系统通常要用到 A/D转换。 根据输出的信号格式，比较常用的 A/D 转换方式可分为并行 A/D 和串行 A/D。 并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，在PCB板上占用的空间也小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。 [7] 图 25 TLC0834引脚 TLC0834 的引脚排列如图 25 所示，其中 CH0～ CH3 为模拟输入端； CS 为片选端； DI 为串行数据输入，该端仅在多路器寻址时（ MUX Settling Time）才被检测； DO 为 A/D 转换结果的三态串行输出端； CLK 为时钟； SARS 为转换状态输出端，该端为高电平时，表示转换正在进行，为低电平则表示转换完成； REF 为参考电压输入端； VCC 为 电源 ； DGTL GND 为数字地， ANGL GND 为模拟地 TLC0834 的主要特点 TLC0834 是 TI 公司生产的 8具有输入可配置的多通道多路器和串形输入输出方式。 其多路器可由软件配置为单端或差分输入，也可以配置为伪差分输入。 另外，其输入基准电压大小可以调整。 在全 8位分辨率下，它允许任意小的模拟电压编码间隔。 由于 TLC0834 采用的是串行输入结构，因此封装体积小，可节省 51 系列单片机 I/O 资源，价格也较适中。 其主要特点如下： 西安工程大学毕业设计（论文） 14 ● 8 位分辨率； ● 易于和微处理器接口或独立使用； ● 可满量程工作； ● 可用地址逻辑多路器选通 4输入通道； ● 单 5V供电，输入范围为 0～ 5V； ● 输入和输出与 TTL、 CMOS 电平兼容； ● 时钟频率为 250kHz 时，其转换时间为 32us； ● 可以和美国国家半导体公司的 ADC0843 和 ADC0838 进行替换，但它内部不带齐纳稳压器网络； ● 总调整误差为177。 1LSB。 与单片机的接口电路设计 TLC0834 与 89C51 单片机的硬件接口电路的电路原理如图 26所示。 图中，单片机的 接 TLC0834 的片选信号， 用于产生 A/D 转换的时钟， 为一个双向 I/O 口位，可用于对模拟输入进行配置及输出转换所得的数据。 在这里，模拟信号以单 端方式输入，参考电压为 5V，即 A/D 模拟量的输入范围为 0～5V。 图 26 TLC0834与 89C51单片机的硬件 温度传感器 PT100 是一个温度传感器 ,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感 西安工程大学毕业设计（论文） 15 器 ,可以工作在 200℃ 至 650℃ 的范围。 电阻式温度检测器（ RTD,RResistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻 ,它会随温度的上升而改变电阻值 ,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻系数 ,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。 大部分电阻式温度检测器是以金属作成的 ,其中以白金 (Pt)作成的电阻式温度检测器 ,最为稳定－耐酸碱、不会变质最受工业界采用。 [8] PT100 温度传感器是一种以白金 (Pt)作成的电阻式温度检测器 ,属于正电阻系数 ,其电阻和温度变化的关系式如下： R=Ro(1+α T)，其中α =,Ro 为 100Ω (在 0℃的电阻值 ),T 为摄氏温度，因此白金作成的电阻式温度检测器 ,又称为PT100。 (1)Vo=179。 100(1+)=+T/1000。 (2)量测 Vo 时 ,不可分出任何电流 ,否则量测值会不准。 电路分析由于一般电源供应较多零件之后 ,电源是带杂讯的 ,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件 ,由 于 ,使得 1K电阻和 5K可变电阻之电压和为 ,靠 5K可变电阻的调整可决定电晶体的射 (集极 )极电流 ,而我们须将集极电流调为,使得量测电压 V 如箭头所示为 +T/1000。 其后的非反向放大器 ,输入电阻几乎无限大 ,同时又放大 10 倍 ,使得运算放大器输出为 +T/100。 6V 齐纳二极体的作用如 齐纳二极体的作用 ,我们利用它调出 ,因此电压追随器的输出电压 V1 亦为。 其 后 差 动 放 大 器 之 输 出 为Vo=10(V2V1)=10(+T/)=T/10,如果现在室温为 25℃ ,则输出电压为。 [9] 工作原理 : 传感器的接入非常简单 ,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了，这种接法通常会引起严重的非线性问题 ,但是，由于有了单片机的软件校正作为后盾 ,因此就简化了传感器的接入方式。 温度检测部分 西安工程大学毕业设计（论文） 16 （ 1）变压器各相温度检测电路 本设计需对四路电 路进行检测： A相、 B 相、 C相和环境温度。 A、 B、 C相的检测电路如图 27所示。 图 27 温度 检测电路 途中虚线部分是信号调理电路，其中 W7 为调零电阻 ， W8 为调满量程电阻，R53为精密电阻， OP07 运算放大器是 TTL 双极低噪声，低功耗精密运算放大器，具有精度高、漂移率低等特点，其放大倍数为 R56+(R59+W8 )/W8。 根据 PT100 所测得的温度为 0176。 C 时，其热电阻阻值为 100，当温度传感器 PT100 测得温度为 200176。 C 时，热电阻阻值为 ，调节滑动变阻器 W8 ，使 OP07 的输出为 +5V。 传感器是把物理信号转变为电信号，温度传感器 PT100 是把温度的变化转变为电阻值的改变。 通过集 成运算放大器输出相应的电压值，但是由于电压的传送消耗很大，远距离传输时，大大降低了传输效率，而电流对外接干扰不敏感，因 西安工程大学毕业设计（论文） 17 此通常情况下，运用变送器把电压信号转换为 420mA 的电流信号进行传输。 有很好的抗干扰能力。 所以，当所测温度为 0176。 C使， OP07 的输出端为 0，调节 W9使得流过 R72的电流为 4mA，当所测温度为 200176。 C时， OP07 的输出为 +5V，流过R72的电流为 20mA。 （ 2）环境温度检测 图 28环境温度检测电路 人机交换部分 键盘，数码显示管等以及指示灯是实现人机交换的主要器件。 键盘及显示部分是人机交换对话的基本部件。 为简化操作，降低成本，这里采用极其简单的轻触式来完成各项功能查询、切换以及设定。 键盘操作由于键数较少，所以采用独立式按键，用了 3个轻触式按键分别占有 I/O 口的 、 P、 完成参数的增加、减少以及显示状态的切换，这样使得键盘操作电路简单。 显示部分采用了 5 个共阳极的 LED 数码管 TOE1106BH 完成，其显示清晰，成本低廉且与单片机接口简单。 电路采用了一个串入并出的 ZLG7289A 寄存器，其为驱动有 MPU 的 口并为其提时钟脉冲，由 为其提供被显示的数据 ZLG7289A 出口经过电阻直接跟。