采用ATmega16單片機(jī)的干式變壓器智能控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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介紹一種由ATmega16單片機(jī)構(gòu)成的干式變壓器智能 控制器。該控制器可同時(shí)檢測(cè)4路溫度，誤差小于±0.5℃，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定；用戶可通 過(guò)人機(jī)接口控制變壓器冷卻風(fēng)機(jī)啟、停，設(shè)定報(bào)警及跳閘閥值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換；溫度
Intelligent Temperature Controller Design on Drytype
T ransformer Based on ATmega16
T ransformer Based on ATmega16
ZHAO Yingkai, WANG Jingqin
(Institute of Electrical Apparatus, Hebei University of Technology,
T ianjin 300130, China)
T ianjin 300130, China)
Keywords: MCU; A/D transform; temperature
1工作原理
溫控儀由溫度監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理、輸出控制三部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，它通過(guò)預(yù)埋在 變壓器三相繞組中的三只鉑電阻傳感器獲取繞組溫度值，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后直接送入控 制器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。微控制器根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照嵌入的軟件控 制規(guī)律執(zhí)行計(jì)算與處理，自動(dòng)顯示變壓器繞組的溫度值、輸出相應(yīng)的控制信號(hào)、控制風(fēng)機(jī)的 啟停，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)輸出正常、報(bào)警和跳閘信號(hào)等，同時(shí)將各種數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485傳到上 位機(jī)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。
溫控儀控制核心采用ATmegal6單片機(jī)，它是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS 8位單片機(jī)，在 一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有實(shí)時(shí)性。片內(nèi)帶有16K B的FLASH、512B的E2PROM，可以暫存故障、超溫上限溫度值。
溫控儀由溫度監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理、輸出控制三部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，它通過(guò)預(yù)埋在 變壓器三相繞組中的三只鉑電阻傳感器獲取繞組溫度值，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后直接送入控 制器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。微控制器根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)及設(shè)定的各種控制參數(shù)，按照嵌入的軟件控 制規(guī)律執(zhí)行計(jì)算與處理，自動(dòng)顯示變壓器繞組的溫度值、輸出相應(yīng)的控制信號(hào)、控制風(fēng)機(jī)的 啟停，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)輸出正常、報(bào)警和跳閘信號(hào)等，同時(shí)將各種數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485傳到上 位機(jī)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。
溫控儀控制核心采用ATmegal6單片機(jī)，它是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS 8位單片機(jī)，在 一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有實(shí)時(shí)性。片內(nèi)帶有16K B的FLASH、512B的E2PROM，可以暫存故障、超溫上限溫度值。
模擬轉(zhuǎn)換控制電路用于將溫度模擬量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換原理如圖2所示 。當(dāng)溫度變化時(shí)，PT100的阻值會(huì)隨著溫度的變化線性變化，其分壓值與某一固定電路分壓 值進(jìn)行比較，其結(jié)果送入運(yùn)算放大器，轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)的模擬量。
ATmega16中的A/D轉(zhuǎn)換精度為10位，由于參考電壓為5V，所以必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V的 電壓，因此在設(shè)計(jì)此電路時(shí)，各元件的參數(shù)都按照此要求設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要考慮其線性化， 為了使軟件設(shè)計(jì)中的計(jì)算按線性處理，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，一定要將溫度與轉(zhuǎn)換到單片機(jī)的數(shù)字 量成線性變化。由電路可知：
從公式中可以看出，得出的A/D轉(zhuǎn)換電壓與Rw不成正比，不符合線性要 求。如果滿足
轉(zhuǎn)換電壓就與Rw近似成正 比，與溫度也近似成正比關(guān)系。這樣就可以通過(guò)線性計(jì)算來(lái)求出任意一點(diǎn)的溫 度，不過(guò)用線性化來(lái)計(jì)算這種近似線性的圖形，也會(huì)帶來(lái)微小的誤差，這些誤差可以在軟件 設(shè)計(jì)中解決。
1.2輸出電路
輸出電路是單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算和控制結(jié)果的體現(xiàn)，如圖3所示。單片機(jī)輸出 的控制量輸入到JK端口，若此信號(hào)低電平，則光電耦合器件導(dǎo)通，使CMOS三極管導(dǎo)通，從而 繼電器通電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出220V電壓；否則，輸出0V電壓。
ATmega16中的A/D轉(zhuǎn)換精度為10位，由于參考電壓為5V，所以必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V的 電壓，因此在設(shè)計(jì)此電路時(shí)，各元件的參數(shù)都按照此要求設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要考慮其線性化， 為了使軟件設(shè)計(jì)中的計(jì)算按線性處理，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，一定要將溫度與轉(zhuǎn)換到單片機(jī)的數(shù)字 量成線性變化。由電路可知：
從公式中可以看出，得出的A/D轉(zhuǎn)換電壓與Rw不成正比，不符合線性要 求。如果滿足
轉(zhuǎn)換電壓就與Rw近似成正 比，與溫度也近似成正比關(guān)系。這樣就可以通過(guò)線性計(jì)算來(lái)求出任意一點(diǎn)的溫 度，不過(guò)用線性化來(lái)計(jì)算這種近似線性的圖形，也會(huì)帶來(lái)微小的誤差，這些誤差可以在軟件 設(shè)計(jì)中解決。1.2輸出電路
輸出電路是單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算和控制結(jié)果的體現(xiàn)，如圖3所示。單片機(jī)輸出 的控制量輸入到JK端口，若此信號(hào)低電平，則光電耦合器件導(dǎo)通，使CMOS三極管導(dǎo)通，從而 繼電器通電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出220V電壓；否則，輸出0V電壓。
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