《高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)設計》12000字（論文）

高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)設計摘要高壓開關柜在生產生活中一直被廣泛使用，作為用電環(huán)節(jié)中的保障的一環(huán)，高壓開關柜的安全性很重要。高壓開關柜在運行過程中會導致電路老化，電路老化又容易使設備過熱從而發(fā)生故障，造成嚴重的損失。如今的高壓開關柜為了防止出現事故，都會在內部設置一些監(jiān)測溫度的裝置?，F有的高壓開關柜無法準確及時獲取高壓開關柜內部溫度情況。用電量也在不斷的增加，一種能夠實時精準測量高壓開關柜溫度的技術應運而生。針對高壓開關柜自身的特點，分別對其軟件和硬件方面的設計進行了相應的改善。對硬件電路的設計主要運用了振蕩電路、混頻電路、頻率檢測電路和數據詢問電路，溫濕度傳感器模塊設計，電機模塊設計和蜂鳴器報警電路，該硬件電路有許多優(yōu)勢，可以有效的減少或消除外部的干擾。根據對應用的情況，針對溫度檢測的關鍵點進行相應的布置，提高了溫度檢測的有效性，并且對于現在已有的溫度算法對高壓開關柜溫度不敏感問題，對算法進行了相應的改善，最后設計出的高壓開關柜運行良好符合科學合理性，在完善高壓開關柜上提供了一定的參考。關鍵詞：高壓開關柜；溫濕度傳感器；測溫；電力設備目錄TOC\o"1-3"\h\u一、緒論 一、緒論1.1研究背景高壓開關柜是多種設備組合在一起的組合類設備，其中包括斷路器、互感器、母線、避雷器以及將相關控制電器、測量儀器儀表、保護動作裝置和相關輔助設備，把這些設備通過布局，合理運用空間最后集合在一個封閉的電箱內。高壓開關柜的主要目的就是把傳輸到的電按照相應的需求進行分配，高壓開關柜有著許多的優(yōu)點，極少的占地可以分配在大多數地方，同時高壓開關柜的內部結構緊密，減少了安裝時的工作量，有效的減少了在對高壓開關柜進行安裝工作的時間，目前，10到35千伏的電壓基本上都是通過高壓開關柜來進行控制的，2006年，我國在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中也有相應的提及REF_Ref32565\r\h[1]。高壓開關柜在生產生活中一直被廣泛使用，高壓開關柜的運行隨著時間的推移會逐漸產生許多安全問題,同時也產生了許多不可預知的故障REF_Ref375\r\h[2]。我國的各電力公司在使用高壓開關柜時出現過嚴重程度有大有小的事故，最終都造成了公司的經濟損失。當高壓開關柜中的電路通過大電流時，與其連接的電阻就會產生大量的熱量，尤其是當分配到某一部分的電流過大，最終導致那一部分熱量過大，最終導致電路燒毀。因此，需要對高壓開關柜內部的局部電路進行溫度的檢測，實時檢測電路中溫度的變化，在溫度超過預設的上限，可能發(fā)生安全隱患時及時停止并對高壓開關柜設備進行維修，方式發(fā)生電力事故造成更大的經濟損失REF_Ref430\r\h[3]。隨著運行時間的推移，高壓開關柜內部元件老化，電阻的阻值增大也會導致高壓開關柜內部溫度過高而發(fā)生電力事故，及時發(fā)現并維護能有效減少電力事故的發(fā)生。在電力是第一動力的今天，高壓開關柜內部發(fā)熱而引發(fā)的電力事故依然屢見不鮮，通過對發(fā)生事故的高壓開關柜進行分析研究，分析后發(fā)現發(fā)生事故的主要原因不外乎一點，就是高壓開關柜自身的因素，大部分發(fā)生事故的高壓開關柜都缺乏了相應的內部溫度檢測手段，無法及時獲取到高壓開關柜內部溫度的變化情況，導致對高壓開關柜的維護和事故的預防變得困難。如今為了更好的預防電力事故的發(fā)生，一種能夠實時精準測量高壓開關柜溫度的系統(tǒng)應運而生，在電力事故預防方面具有重要的意義。1.2國內外研究現狀高壓開關柜是3-35kV交流金屬封閉開關設備的俗稱，它是3-35kV電網中最大面積是配電設備。由于國內外市場需求的日益多樣化和國外代以先進技術的不斷引進，20世紀80年來。國內電器制造行業(yè)推出了幾十種型號的高壓開關柜產品，打破了高壓開關柜過去幾十年一直以少油斷路器為主開關的GG-1和有限的幾種手車式開關柜的落后局面。新推出的高壓開關柜所配的主開關元件有真空斷路器、SF6斷路器、負荷開關、接觸器和熔斷器。高壓開關柜按柜內主元件的安裝方式分為固定式和移開式，簡稱固定柜和手車柜。移開式高壓開關柜又根據手車的位置分落地式和中置式兩種。按安全等級分為鎧裝式、間隔式和箱式。按柜內主絕緣介質分為空氣絕緣柜和氣體絕緣柜(充氣柜)?，F有的高壓開關柜無法準確及時獲得紅外光譜圖，也很難直接觀測到內部臘片的融化情況，也就無法準確及時獲取高壓開關柜內部溫度情況。針對這些問題，國內外都研制出不同高壓開關柜內部溫度的檢測模式，同來完善人工檢測的諸多不足。其中，源無線測溫、光纖測溫、紅外測溫這幾種得到了較為廣泛的認可，這幾種測溫技術原理如下：（1）有源無線測溫有源無線測溫在之前就有應用的實力，是屬于應用較為廣泛的一種技術。其工作原理就是通過電池提供電能，以此來為溫度測量的傳感器工作，在相應的節(jié)點上檢測溫度，當節(jié)點處于休眠狀態(tài)時傳感器也會進入到休眠狀態(tài)，降低了電能的消耗，同時，利用無線傳輸的方式把溫度數據傳輸到相應的設備，進而實現對高壓開關柜溫度的檢測。有源無線測溫傳感器的優(yōu)點是對電能消耗低，并且安裝簡單，可以適用于大部分的高壓開關柜，同時也減少了對高壓開關柜的安裝的繁瑣程度REF_Ref5110\r\h[5]。（2）光纖測溫光纖測溫就是根據光纖在不同溫度下對光的反射、衍射和吸收作用的不同來進行溫度的檢測。光纖測溫的方式很多，但主要分為兩個類型：分布式光纖測溫和點式光纖測溫。分布式光纖測溫主要是基于散射原理，其中基于拉曼散射原理而產生的技術應用較為成熟，目前在某些公司已經開始實際使用測試；點式光纖測溫包含許多種類，其中主要有熒光式、半導體吸收式與光纖光柵式?？偟膩碚f，光纖測溫就是通過溫度對光的反射的影響，不同的溫度對光反射的影響程度不同，根據相應的變化進行解碼最終測出溫度。若在高壓開關柜里使用光纖測溫，因為靜電的原因許多灰塵和雜質會附著在光纖上，隨著時間的推移，光纖的絕緣性遭到破壞造成電力事故，同時光纖的造價較高，在維護方面的支出也會較高。（3）紅外熱成像測溫紅外測溫的原理就是通過對發(fā)熱源進行紅外線測量，根據黑體輻射定律，物體的溫度越高，那么其所散發(fā)出的紅外輻射也就越強。通過檢測物體向外散發(fā)的紅外輻射能量，再由相應的傳感器吸收后，經過一系類轉化，最終變成可以測量的信號，最終顯示出物體的溫度。相比于光纖測溫REF_Ref5292\r\h[6]，紅外測溫不需要和被測物體進行接觸，只需要在被測物體旁就能測出物體溫度，因此沒有了靜電吸塵的影響，同時，紅外測溫只能測量一部分的溫度，若不能覆蓋，就會出現遺漏的地方，對開關柜的檢測不能整體進行，覆蓋的成本又太高，很難滿足開關柜監(jiān)測的需求。1.3主要研究內容本論文主要以研究高壓開關柜內部溫度檢測問題，通過對國內外相關材料的分析，對各種方法進行的深入研究出有缺點，針對高壓開關柜的測溫問題，本論文模擬使用無線聲表面波技術來實現對高壓開關柜溫度的實時檢測，以無源無線的方式來實現數據的傳輸。本設計可以適用于較小的高壓開關柜，擁有更高的精度，同時也能實時檢測。工作的具體內容如下：1．通過對過內外高壓開關柜技術的研究分析，得出高壓開關柜的發(fā)展現狀，并且得出現有的高壓開關柜所存在的優(yōu)點和缺陷，通過對各種測溫方式進行分析比較，最終確定使用無線聲表面波的測溫方式。2．根據高壓開關柜環(huán)境特點，對軟硬件進行了設計，硬件電路的設計主要運用了振蕩電路、混頻電路、頻率檢測電路和數據詢問電路，該硬件電路有許多優(yōu)勢，可以有效的減少或消除外部的干擾，可以檢測到更精確的溫度數據REF_Ref5423\r\h[7]。3．結合高壓開關柜的結構特點，針對發(fā)熱點進行相應的溫度檢測點，在減少了數據量的同時，還使布局更具合理性。

二、系統(tǒng)的總體設計本設計分為硬件設計和軟件設計兩個部分，硬件設計分為，SAW傳感器部分，包括振蕩電路，混頻電路和頻率檢測電路。單片機模塊，包括時鐘電路模塊和復位電路模塊，除此之外，還有溫濕度傳感器模塊設計，A/D轉換模塊設計，電機模塊設計，蜂鳴器報警電路，液晶顯示模塊電路設計，加熱板模塊設計REF_Ref5531\r\h[8]。軟件設計部分包括開發(fā)工具的介紹和主程序流程圖。在本次設計中，使用SAW傳感器的優(yōu)勢在于傳感器之間不會相互干擾，提高測量結果的可靠性與穩(wěn)定性，使用單片機進行模塊設計主要基于以下三點，第一就是能夠穩(wěn)定的工作，第二個就是考慮到它的價格問題，第三個就是因為單片機處理性能高。將這兩樣配合使用才能更好發(fā)揮它們二者性能。對于復位電路模塊就是讓處理器達到復位的作用。對于混頻電路的作用就是通過兩個信號相減就能得到消除。A/D轉換模塊REF_Ref5648\r\h[9]是將來自傳感器的模擬輸入量轉換為數字量，并將其發(fā)送到單片機當中。在系統(tǒng)軟件設計方面，主要對高壓開關柜溫控系統(tǒng)進行上電，用溫度傳感器進行高壓開關柜溫度的檢測REF_Ref5773\r\h[10]，最后，為了使系統(tǒng)不受外界因素的干擾，所以對高壓開關柜溫度控制系統(tǒng)進行了一系列避免干擾的措施，然后在編程和導入之后在protues中對圖形進行模擬和調試。

系統(tǒng)硬件設計3.1SAW傳感器的分類換能器(IDT)是由壓電基片和多根電極構成。叉指換能器根據叉指結構不同分為單指換能器和雙指換能器。通過對單指換能器和雙指換能器的對比發(fā)現，單指換能器的機構相對于雙指換能器較為簡單。此外，單指換能器和雙指換能器所需要的光刻精度也有所不同，單指換能器需求的精度較低，但應用較為廣泛。機械波反射時，前者為周期為P=PI/2的柵陣：當λ=c時，發(fā)生布拉格反射，此時得到的合成信號最強。對于雙指叉指換能器來說，叉指間距小，對光刻精度要求也就較高REF_Ref5887\r\h[11]。雙指換能器控制下的評率響應更加精準。在給聲表面波叉指換能器的兩根總線通上交流電時，在內部產生壓電效應，壓電基片會根據交流電的頻率做出相應的變化，生成有規(guī)律的信號。當叉指換能器的周期PI為聲表面波波長整數倍時，能夠激勵出非常強的SAW信號。能夠影響IDT的因素有：(1)聲表面波叉指周期M；(2)成對指條數量；(3)孔徑大??；(4)金屬膜厚度等。許多應用廣泛的傳感器中，SAW類的傳感器也經常出現，SAW溫度傳感器主要是根據對所測物體的溫度變化而做出相應的變化的傳感器?；赟AW的傳感器還包括了延遲線型和諧振型，其中一些傳感器需要在外部進行電能供給才能運行，也有些傳感器不需要外部供給就能運行。而聲表面波溫度傳感器則有四種類型，包括源諧振型和延遲型、無源諧振型和延遲型。在本論文中主要以10到35千伏的高壓開關柜為例，高壓開關柜所控制的電壓較大，也就更容易導致高壓開關柜內部發(fā)熱。并且高壓開關柜無法因為測溫的原因而停電，使得傳感器要在高壓開關柜的復雜且惡劣的環(huán)境中持續(xù)運行，這就提高了對傳感器選擇上的要求。3.2SAW傳感器系統(tǒng)要使傳感器之間不會互相干擾，利用中心頻率較窄的頻帶的傳感器，這樣就能使傳感器間的工作穩(wěn)定。在應用實例中，為了能提高測量結果的可靠性與穩(wěn)定性，會裝上兩個采集天線采集反饋信息，這樣就盡可能的避免了相鄰傳感器間的串擾REF_Ref6027\r\h[12]。通過在高壓開關柜內部需要監(jiān)測的區(qū)域放置傳感器探頭，數個測溫探頭，同時在該區(qū)域安裝兩根采集天線，因為每個傳感器的中心頻率不同，所以傳感器要把信號反饋到采集器進行各自的處理。通過RS485將數據傳輸到網絡再通過網口、串口以及GPRS等方式傳輸到監(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺根據所收到的信息進行分析歸納，對于存在安全隱患的數據進行報警。3.3單片機模塊設計圖3.1STC89C51主控芯片隨著微處理器技術的不斷發(fā)展。在系統(tǒng)的設計中所采用的芯片。它的體積越來越小，性能越來越高，耗電量越來越低。處理速度越來越快。在本次系統(tǒng)的設計中，根據以下幾個方面來進行控制系統(tǒng)芯片的選擇。第一個就是要能夠穩(wěn)定的工作。一個系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作是最重要的，有些微處理器的芯片的抗干擾能力非常差，因此不適用于本系統(tǒng)。技術最成熟的芯片就是本次系統(tǒng)所選擇的芯片STC89C51。第二個考慮的就是它的價格問題。本次設計的系統(tǒng)主要應用于高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)，因此需求量非常大，所以做出來的產品價格要迎合市場，這樣才能夠符合大眾消費。第三個就是它的處理性能的高低。選擇一款合適的芯片首先要考慮它的處理速度，如果處理速度過慢，那樣有可能性能不優(yōu)。出于這幾個方面的考慮，所以選擇STC89C51，如圖3.1所示。3.3.1時鐘電路模塊時鐘電路是最重要的，沒有時鐘電路微處理器也就沒有辦法正常的工作，STC89C51芯片所需要的晶振是12MHz，因此與晶振所組成的電容應該選擇30pf，這樣配合使用才能使系統(tǒng)的性能發(fā)揮到極致。微處理器主要是依靠晶振來工作的，也就是說晶振能提供一個固定的步長的工作頻率。其電路如圖3.2所示：圖3.2時鐘電路模塊3.3.2復位電路模塊復位電路的作用是當微處理器通電時可以通過簡單的操作達到讓處理器復位的作用，簡單來說，當工作過程中出現問題和故障時，只需要按下復位按鈕便可以重新運行和工作。當要對現有的電路重啟時，電路并不會進行自動復位，還需要手動操作REF_Ref6122\r\h[13]。準確地說，工作程序在運行的過程中如果有錯誤的話，可以運用復位的方法加以解決。圖3.3所示的就是復位電路，當上電的時候RST端口的電壓是高電平系統(tǒng)同時對電容進行充電，當按下復位按鈕的時候，電容按鈕以及1K的電阻就會形成通路，這時候電容就會放電使得復位端口的電平變成低電平，來完成復位操作。圖3.3復位電路模塊3.4SAW傳感器模塊設計3.4.1震蕩電路震蕩電路又被稱為晶振電路，晶振電路的作用是向SAW傳感器內部發(fā)送脈沖信號，使得傳感器能夠運行，在整個系統(tǒng)中十分關鍵。震蕩電路能夠不通過外界因素實現對電路中的電信號轉換，實現直流變交流的作用。通常會按照不一樣的輸出波形實現電壓的正弦和非正弦更替，按照系統(tǒng)模塊電路的設計把震蕩電路劃為兩種類型，分別是反饋式和負阻抗式。本次高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)使用的震蕩類型為負阻抗式，通過數據采集部分實現對信號頻率的選擇，繼而進行模塊系統(tǒng)的組合匹配，構成閉環(huán)反饋，反饋系統(tǒng)包含電路放大模塊、負反饋模塊、頻率選擇模塊REF_Ref6226\r\h[14]。SAW震蕩電路的工作原理如圖3.4所示，實現溫度采集與判斷。輸出信號基本放大器AMP輸出信號基本放大器AMP反饋信號反饋信號SAWSAW匹配電路匹配電路 匹配電路匹配電路圖3.4SAW振蕩電路的工作原理結構圖振蕩電路雖然有很多種類型，但主要使用的振蕩電路只有兩種，分別數皮爾斯振蕩電路和柯比茲振蕩電路。對這兩種振蕩電路進行比較，相對于柯比茲振蕩電路，皮爾斯振蕩電路具有穩(wěn)定性高并且結果簡單的特點.3.4.2混頻電路高壓開關柜內部集合了多種設備，使得高壓開關柜內部的元器件和電路全部布置在了很小的空間，內部環(huán)境帶來的干擾使SAW傳感器測量產生影響。經過相關的研究計算，本設計最終決定采用混頻的方式來消除高壓開關柜內部環(huán)境產生的影響?；祛l器的是由兩個輸入端與一個輸出端組成的，混頻器把兩個輸入端的信號在內部轉換，最后通過輸出端輸出轉換完成后的信號。與此同時，混頻電路中的輸入為雙路表面波振蕩電路的輸出，在兩個輸入信號中，有一個是溫度測量時產生的信號，另一個是對環(huán)境的測量產生的信號。因此，當高壓開關柜內部環(huán)境產生干擾時，通過混頻器的兩個輸入信號都受到了一樣的干擾，通過兩個信號相減就能得到消除環(huán)境干擾后的信號，以達到提高對高壓開關柜溫度測量的準確性REF_Ref6654\r\h[15]。此外，在經過混頻器處理后的信號屬于低頻信號，相比較于高頻信號，低頻信號在本設計中更加適用。其等效的電路原理圖如圖3.5所示。圖3.5混頻芯片等效電路原理圖3.4.3頻率檢測電路本設計所采用的是聲表面波觸感器，通過對其輸出端的檢測得到相關的數據。檢測的方法有很多種，但主要使用的有兩種方法：頻率檢測法和相位檢測法。頻率檢測法具有較高的精確度，但在檢測的過程中偶爾會出現頻率的跳躍；相位檢測法通過對比輸入輸出端的相位變化來測量，繁瑣的過程導致相位檢測法的靈敏度較低。本設計采用頻率檢測法來實現對振蕩電路的檢測，電路原理圖如3.6所示：圖3.6頻率檢測法原理圖由上圖可知，頻率檢測電路具有兩個輸入端，在兩個輸入中，一個是輸入測溫傳感器所產生的信號，另一個是輸入以環(huán)境為參考的信號，在兩個輸入端口把輸入信號傳遞到混頻電路中時，就能得到頻率差：。本設計中所采用的檢測方法可以消除外部干擾，尤其是在高壓開關柜這種內部環(huán)境復雜的設備上非常適用，可以有效提高對高壓開關柜內部溫度測量的準確性。3.5溫濕度傳感器模塊設計本次基于單片機的溫濕度采集系統(tǒng)用于檢測溫濕度的模塊為DHT11傳感器,能夠進行對周圍環(huán)境因子溫度以及濕度的檢測,并且通過內部電路將信號轉換為可用的電信號，發(fā)送給主電路，DHT11的性能十分穩(wěn)定，并且耐久度高。溫濕度傳感器的內部電路中包含了一個感濕元件一個測溫元件，能夠通過與8位單片機的連接，進行快速的信號轉換。在DHT11進行溫濕度檢測的時候，會通過內部程序進行電信號強弱的控制。DHT11占用的空間很小，并且內部功率的消耗很低，是本次設計的最佳選擇REF_Ref6762\r\h[16]，其連接原理如圖3.7所示。當用戶端的微控制單元進行一次信號傳輸之后，DHT11會進行速度很快的環(huán)境因子采集，當傳輸信號的工作任務結束之后，DHT11會對用戶端的微控制單元發(fā)送一個反饋信號，并且進行一次數據因子的處理，通過藍牙傳輸模塊發(fā)送給用戶，DHT11收到微控制單元的信號就會進行數據采集，反之，則不采集，并在一段時間后自動進入低功耗模式。在DHT11傳感器生產的過程中，每一個都會進行校準，設定的參數程序儲存在DHT11的內部存儲空間中，在DHT11進行溫濕度檢測的時候，會通過內部程序進行電信號強弱的控制。DHT11占用的空間很小，并且內部功率的消耗很低，是本次設計的最佳選擇。當用戶端的微控制單元進行一次信號傳輸之后，DHT11會進行速度很快的環(huán)境因子采集，當傳輸信號的工作任務結束之后，DHT11會對用戶端的微控制單元發(fā)送一個反饋信號，并且進行一次數據因子的處理，通過藍牙傳輸模塊發(fā)送給用戶，DHT11收到微控制單元的信號就會進行數據采集，反之，則不采集，并在一段時間后自動進入低功耗模式。其分辨率決定了所收集的關于水溫的信息，倘若存在分辨率的不同從而在此情況下，得到的溫度值的數據也有所不用，在這個情況下，溫度轉換的延遲時間會從2s縮短為750msREF_Ref6971\r\h[17]。晶振在低溫的和環(huán)境下會對水溫的感應度很弱，則會產生脈沖輸入的效果，這樣水溫就會對高溫度系數影響就相對較大，此時計數器2就會進行脈沖輸入。計數器1以及水溫存儲器的基本參數就會被設定為-55攝氏度。1號計數器采用減法計算低溫系數產生的脈沖輸入信號。當計數器中設置的參數從1減到0時，水溫記憶值相應增加到1，計數器1當中所設定的數值也就會被重新設定，低溫的脈沖輸入信號也就會被計數器重新開始計數，就這樣進行類推，當計數器2中所計的總數變?yōu)?的時候，水溫存儲器的數值就會不再累加，停止時候的數值也就是水溫經過測試之后的水溫了。單片機P1.2口用來發(fā)收串行數據，即數據口。連接傳感器的Pin2（單總線，串行數據）。圖3.7DHT11接口圖傳感器的第一腳是電源腳，接電路板的電源。第二腳是數據端，接單片機的I/O口P1.2，把數據傳輸到單片機。第三腳是接地端，接電路板的地。3.6A/D轉換模塊設計模擬/數字電路就是將來自傳感器的模擬輸入量轉換為數字量，并將其發(fā)送到單片機當中REF_Ref7105\r\h[18]。將A/D轉換中斷的模式使用到本次的設計中，轉換后的信號標記將連接到單片機的中斷引腳或相應的I/O接口引腳，并在轉換完成的同時提交中，在收到單片機的回復后，將相關數據傳送到中斷服務程序，使處理器與A/D轉換器一起工作，進而可以縮短機器時間。型號為ADC0832是數字/模擬轉換電路中使用的最核心的芯片。型號ADC0832的芯片是使用分是采集的方法進行八路模擬信號，其中有著八路的模擬開關，其每個開關都有相對性的通道，并且只是一個想要將地址的鎖存來設置譯碼電路，時間是在100微秒之內的。系統(tǒng)原理圖如圖3.8所示。圖3.8A/D轉換模塊3.7電機模塊設計風扇聯動電路內部的電動風扇，是通過直流電動機進行直接控制的，并且高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)的也是通過直流電動機進行直接控制的，如果DHT11檢測到高壓開關柜內部的濕度超出了預警值，那么系統(tǒng)就會驅動直流電機，進行風扇開關的連通。系統(tǒng)內部的風扇聯動通過兩個三極管進行電信號的放大，再進行數據信號的發(fā)送。3.8蜂鳴器警報電路在電路板上的三極管供應的蜂鳴發(fā)生器發(fā)出單一的聲音，從微操控器接受針腳當作電源，設置程序進行定時，并啟動警報器。經過PNP9012完成電流的加大，當適合條件時輸出低電平，蜂鳴器無聲無息地響起。如圖3.9所示圖3.9蜂鳴器警報電路3.9液晶顯示模塊電路設計LCD1602液晶顯示屏是物美價廉且實用的顯示屏，廣泛應用于各領域。通電后在接收到單片機的電信號后就會持續(xù)保持其中某個點的亮滅，在準確顯示內容的同時也能一直維持比較高的畫面質量REF_Ref7216\r\h[19]。LCD1602的主要能源消耗為內部電極和驅動IC，其他部分包括背光源所需的能源消耗很低，所以LCD1602整體耗能較低，同樣的電能儲備下LCD1602比大多數顯示屏能運行更久的時間。LCD1602液晶顯示屏帶背光源的具有16個引腳口，不帶背光源的有14個引腳口，每個引腳都具有特定的功能，能夠實現用戶需要。如表3.1所示

表3.1LCD1602引腳說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極本設計中對LCD1602液晶顯示屏的接線方法非常簡便，把各數據管腳與單片機控制管腳相連，在LCD1602的A0口上接上一個滑動電阻，以及把電源和地管腳連接在單片機上的電源和地，就完成了顯示模塊設計。此外，還可以在背光接口上添加電阻用于降低電流，防止背光燈功率過大而被燒壞，阻值可以根據自己測試完成，在電阻后面增加兩個發(fā)光二極管，更換電阻直至發(fā)光二極管的亮度達到最佳即可REF_Ref7314\r\h[20]。而在A0接上一個滑動電阻則是為了了解LCD極板驅動電壓，當電壓過高時LCD就會顯示出黑色，也就是所有點全部都是黑色，慢慢調節(jié)滑動電阻，電壓升高，黑色的點就會開始慢慢變亮，找到顯示清楚的點應用就完成了顯示模塊調試的步驟了。在本次設計中，LCD1602引腳分別連接數據線和控制線，顯示模塊電路如圖3.10所示。圖3.10LCD1602連接圖3.10加熱板模塊設計本次高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)設計的加熱模塊使用的是半導體加熱板，主要的工作原理是熱電效應，比較常見的熱電效應實例，包括明顯的熱電效應。其內部結構包含兩種半導體，分別是N型和P型。P型半導體沒有過多的可移動電子，當處于加熱狀態(tài)的時候會產生電勢差。N型半導體有較多的可移動電子，當內部處于制冷狀態(tài)的時候會產生電勢差。所以該模塊的內部存在電勢差的時候，可移動電子會從多的一端，流向少的一端，從而導致能量的上升，同時自然也是消耗能量，整體模塊的溫度將會趨近相同。熱釋紅外傳感器也就是該模塊中的熱電堆，其上半部分的功能用于制冷，下半部分的功能用于加熱。也就是說當P型半導體內部的電子流向N型半導體的內部，從而形成大量的空穴，就會導致連接點的溫度上升。從而實現整體模塊的加熱。也就是說，半導體加熱制冷模塊能夠通過多種的組合方式，進行更多功能設計的實現，一個N型半導體和一個P型半導體能夠形成一個熱電偶，給予一個電勢差，就會在兩個半導體連接的地方形成電子的轉移，如果可移動電子從N流向P，那么該模塊的溫度就會降低，從而實現制冷功能，如果可移動電子從P流向N，那么該模塊的溫度就會上升，從而實現加熱功能REF_Ref7608\r\h[21]。圖3.11系統(tǒng)總體電路圖

四、系統(tǒng)軟件設計4.1開發(fā)工具介紹Keil美國KeilSoftware公司的一款C語言開發(fā)系統(tǒng)，這款系統(tǒng)兼容單片機，與普通的匯編相比而言，這款系統(tǒng)功能優(yōu)良，而且在使用時很可靠。Keil系統(tǒng)中主要包含了C編譯器、連接器、庫管理等等一系列功能強大的期間，具有完整的開發(fā)方案，其主要是利用集成開發(fā)環(huán)境mVision將方案中的各個元素都組合起來。若要運行Keil，就需要Petium或者是比其更高級的CPU，16MB或者是具有更多的RAM、20M以上的硬盤空間、WIN998、NT、WIN2000、WINXP等系列的操作系統(tǒng)。4.2主程序流程圖開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化溫度傳感器檢測溫度溫度傳感器檢測溫度是是溫度是否在范圍內溫度是否在范圍內啟動加熱冷卻模塊啟動加熱冷卻模塊液晶顯示溫度液晶顯示溫度結束結束圖4.1主程序流程圖首先對高壓開關柜溫控系統(tǒng)進行上電，傳感器和顯示屏進行初始化，溫度傳感器進行高壓開關柜溫度的檢測，通過數模轉換芯片轉換數據，并將數據發(fā)送至單片機，判斷溫度是否在預先設置的范圍內，如果在，則繼續(xù)進行溫度檢測，如果不在，則啟動加熱降溫芯片，進行對內部溫度的控制，流程如圖4.1所示。4.3溫濕度檢測模塊流程圖依據傳感器通信協(xié)議，應當先利用單片機I/O口激發(fā)信號，隨后把數據線的控制權進一步轉給傳感器，再者就是利用WHILE語句對I/O口電平進行監(jiān)測，進而把我時序，保證數據輸出正確。DHT11傳感器模塊軟件流程圖如圖4.2所示。結束并保持高電平開始結束并保持高電平開始P3.2輸出低電平延時18msP3.2輸出高電平讀P3.2引腳判斷是否為低電平從機80μｓ低電平是否結束從機80μｓ高電平是否結束單片機進行數據接收將數據按十進制數位存入數組延時40ms NO YES NO 圖4.2DHT11傳感器模塊的軟件流程圖傳感器模塊的主要任務就是對溫濕度數據源進行相應的采集,首先,數據口的連接段先進行低電平的輸出,其次就是在的延時后進行高電平的輸出,再者就是在的延時后進行引腳的讀取,看其是否是低電平,如果讀取的結果是低電平,那么久應當對從機進行判定,看其高電平是不是結束,否則還要進行斷續(xù)度。若高電平結束就利用單片機接收數據,進一步將數據存入特定的數組,否則仍然要進行斷續(xù)讀。。

五、系統(tǒng)仿真5.1系統(tǒng)硬件調試系統(tǒng)如果想要正常的運行，那么就要有一定的可靠性。為了使系統(tǒng)不受外界因素的干擾，因此，對高壓開關柜溫度測控系統(tǒng)進行了下面一系列的避免干擾的措施：1.利用硬件電路的可靠與穩(wěn)定性，進一步實現系統(tǒng)中某些模塊的功能。2.在進行印制電路板設計的時候，布線設計需要恰當合理，主要目的是避免元件、電路之間的不利因素。3.接地線的設計應當加寬，目的在于盡可能減少接地時產生的電阻。4.盡可能不要太長的平行走線，目的在于減少在布線的時候產生的電容。5.在進行元件排列，或者是對信號進行走線的時候，要保持井井有條，還要簡介明了，主要目的在于防止電路之間產生作用。6.在對系統(tǒng)進行操作的時候，按鈕和機械開關等等器件可能會出現火花，這個時候就可以選擇RC電路對火花進行吸收。7.將10uF的電解電容與系統(tǒng)的主電源輸入端進行連接。把0.01uF的高頻電容與集成電路電源的引腳相接。遇到抗噪性能弱以及電流變化較大的元件，就需要在芯片的VCC與GND兩者之間加入0.01pF去藕電容。8.CMOS芯片具有較弱的抗阻性，極其被干擾，因此，在電路的運行中，如果存在不運行的輸入端，那就應當將閑置的輸入端和地進行連接。9.研究表明，元器件質量的好壞于系統(tǒng)而言，有著較大的影響。在進行元器件選擇的時候，應該看好其質量，選擇質量好的正品元器件。在使用之前，還需要對器件進行篩選。關于接插件的選擇，應該挑選抗震性能相對較好而且接合相對可靠的接插件。5.2系統(tǒng)軟件調試系統(tǒng)中的程序和重要的數據基本上都被存儲于ROM中，這種狀態(tài)就使得系統(tǒng)軟件的抗干擾性有了先決條件。當控制系統(tǒng)在受到干擾之后，單片機就會有所反應，程序指針就會處于亂跳的狀態(tài)，還會存在死循環(huán)以及跑飛的狀態(tài)，這也就是所說的“沖程序”。所以說，為了防止系統(tǒng)被干擾，就應當進行一些措施來避免干擾：首先，為防系統(tǒng)出現錯誤的開關動作，對于電機控制信號，需要進行數量較多的讀入，讀入之后還需要進行多方面的比較，最后選擇占數較多的狀態(tài)進行運行；而如果干擾是由機械開關在抖動的時候所引起的，那么就可以選擇軟件延遲進而避免這種干擾。其次，在程序進行的時候要對數據進行復核，只有程序數據正確了才能保證系統(tǒng)可以正常運行。5.3程序導入軟件是在KeilC環(huán)境下編寫的，它能夠實現對程序的調控，還可以實時掌握程序的工作狀態(tài)，使用起來也不復雜，是C語言設計最好的環(huán)境。再設計的過程中，首先的工作是安裝KeilC，學習它的使用方法，當這些工作完成后，將開發(fā)的程序其導入Protues。5.4軟件仿真在編程和導入之后，本文需要在Protues中對圖形進行模擬和調試。繪制仿真圖，確認程序導入后點擊Protues中的調試按鈕，點擊開始調試，仿真開始運行。如有必要，單機模擬圖中的信號采集器以提供必要的信號。軟件仿真的目的是核對程序的工作形式是否合理，檢驗結果是否正確。舉個例子來說，當軟件進行仿真的時候出現異常，則需要檢查程序編寫的正確性和仿真圖連接的正確性，以達到最佳效果，如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)仿真運行圖

結論在電力安全要求日益提高的基礎上，本設計通過對已有的高壓開關柜進行研究歸納，在對高壓開關柜內部測溫的方法進行分析，設計改進了聲表面波溫度傳感器的功能，在這些基礎上設計了一個精準度高、體積小的高壓開關柜內部溫度檢測系統(tǒng)。由于該設計使用的是Protues仿真，無法進行SAW傳感器的仿真，因此在仿真用使用DHT11傳感器進行取代，并通過STC89C51單片機進行控制以及數據的處理。對溫度實時監(jiān)控的設計上，本設計很好地實現了以下幾個功能。1．傳感器的精確度和抗干擾能力得到了提升。在實際的運用中，經常會出現傳感器受到外部環(huán)境的干擾導致數據的異常，針對這個問題，本設計改善了無源無線聲表面波傳感器，通過在電路設計上增加振蕩電路、混頻電路、頻率檢測電路，使傳感器的抗干擾能力得到了提升，同時也大大增加了傳感器的精確度，減少了因干擾而發(fā)生的事故。2．對溫度傳感器的布局更加科學合理。結合對高壓開關柜應用的實例，高壓開關柜在溫度傳感器的布局上要簡單，成本要得到控制，并且安全性要得到保障，最終設計出一套與眾不同的開關柜測溫布局方案，在加強了測量的數據實用性的同時，也保證了數據的可靠性。3．相對溫度算法在溫度檢測中效果較好?，F有的溫度算法基本上都是單一的，本設計結合了絕對溫度、相對溫度的復合溫度多種算法，對于高壓開關柜內部溫度情況判斷更為準確。相對溫度算法能及時反映高壓開關柜的狀態(tài)，在溫度變化超過安全值時及時發(fā)出警報，電力事故的預防準確性得到了提高。

參考文獻孫正來.高壓開關柜溫度在線監(jiān)測技術研究[D].