采用ATmega16單片機的干式變壓器智能控制器系統(tǒng)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，經信號調理電路處理后直接送入控 制器的A/D轉換輸入端。微控制器根據信號數(shù)據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，經信號調理電路處理后直接送入控 制器的A/D轉換輸入端。微控制器根據信號數(shù)據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。
模擬轉換控制電路用于將溫度模擬量轉換成單片機能夠識別的電信號，轉換原理如圖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，轉換成A/D轉換范圍內的模擬量。
ATmega16中的A/D轉換精度為10位，由于參考電壓為5V，所以必須將模擬信號轉換成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轉換電壓與Rw不成正比，不符合線性要 求。如果滿足
轉換電壓就與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轉換精度為10位，由于參考電壓為5V，所以必須將模擬信號轉換成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轉換電壓與Rw不成正比，不符合線性要 求。如果滿足
轉換電壓就與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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