基于ATmega16單片機的干式變壓器智能溫度控制器設計
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介紹一種由ATmega16單片機構成的干式變壓器智能 控制器。該控制器可同時檢測4路溫度，誤差小于±0.5℃，現(xiàn)場運行穩(wěn)定；用戶可通 過人機接口控制變壓器冷卻風機啟、停，設定報警及跳閘閥值。
關鍵詞：單片機；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、信號處理、輸出控制三部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，它通過預埋在 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)信號數(shù)據(jù)及設定的各種控制參數(shù)，按照嵌入的軟件控 制規(guī)律執(zhí)行計算與處理，自動顯示變壓器繞組的溫度值、輸出相應的控制信號、控制風機的 啟停，并根據(jù)當前狀態(tài)輸出正常、報警和跳閘信號等，同時將各種數(shù)據(jù)通過RS-485傳到上 位機實現(xiàn)集中監(jiān)控。
溫控儀控制核心采用ATmegal6單片機，它是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS 8位單片機，在 一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有實時性。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、信號處理、輸出控制三部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，它通過預埋在 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)信號數(shù)據(jù)及設定的各種控制參數(shù)，按照嵌入的軟件控 制規(guī)律執(zhí)行計算與處理，自動顯示變壓器繞組的溫度值、輸出相應的控制信號、控制風機的 啟停，并根據(jù)當前狀態(tài)輸出正常、報警和跳閘信號等，同時將各種數(shù)據(jù)通過RS-485傳到上 位機實現(xiàn)集中監(jiān)控。
溫控儀控制核心采用ATmegal6單片機，它是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS 8位單片機，在 一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有實時性。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)換成單片機能夠識別的電信號，轉(zhuǎn)換原理如圖2所示 。當溫度變化時，PT100的阻值會隨著溫度的變化線性變化，其分壓值與某一固定電路分壓 值進行比較，其結果送入運算放大器，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轉(zhuǎn)換成0～5V的 電壓，因此在設計此電路時，各元件的參數(shù)都按照此要求設計。同時，還要考慮其線性化， 為了使軟件設計中的計算按線性處理，在硬件設計時，一定要將溫度與轉(zhuǎn)換到單片機的數(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系。這樣就可以通過線性計算來求出任意一點的溫 度，不過用線性化來計算這種近似線性的圖形，也會帶來微小的誤差，這些誤差可以在軟件 設計中解決。
1.2輸出電路
輸出電路是單片機對模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)值進行計算和控制結果的體現(xiàn)，如圖3所示。單片機輸出 的控制量輸入到JK端口，若此信號低電平，則光電耦合器件導通，使CMOS三極管導通，從而 繼電器通電，常開觸點閉合，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轉(zhuǎn)換成0～5V的 電壓，因此在設計此電路時，各元件的參數(shù)都按照此要求設計。同時，還要考慮其線性化， 為了使軟件設計中的計算按線性處理，在硬件設計時，一定要將溫度與轉(zhuǎn)換到單片機的數(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系。這樣就可以通過線性計算來求出任意一點的溫 度，不過用線性化來計算這種近似線性的圖形，也會帶來微小的誤差，這些誤差可以在軟件 設計中解決。1.2輸出電路
輸出電路是單片機對模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)值進行計算和控制結果的體現(xiàn)，如圖3所示。單片機輸出 的控制量輸入到JK端口，若此信號低電平，則光電耦合器件導通，使CMOS三極管導通，從而 繼電器通電，常開觸點閉合，輸出220V電壓；否則，輸出0V電壓。
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