高壓系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測(cè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1高壓系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要意義1</p><p>　　1.2無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)1</p><p><b>　　1.3實(shí)現(xiàn)功能2</b></p&g

2、t;<p>　　2. 硬件電路的組成3</p><p><b>　　2.1 單片機(jī)3</b></p><p>　　2.1.1 單片機(jī)AT89C3</p><p>　　2.1.2 AT89C51系列主要特點(diǎn)4</p><p>　　2.1.3 AT89C51的尋址方式4</p><

3、p>　　2.1.4 AT89C51的指令分類(lèi)5</p><p>　　2.2 溫度傳感器5</p><p>　　2.2.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.2.2 DS18B20引腳定義7</p><p>　　2.2.3 DS18B20工作原理7</p><p>　　2.3 顯示數(shù)碼管

4、7</p><p>　　2.3.1 數(shù)碼管工作原理及引腳7</p><p>　　2.3.2 數(shù)碼管的編碼方法8</p><p>　　2.3.3 顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)9</p><p>　　2.3.4數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式9</p><p><b>　　2.4 LED9</b><

5、/p><p>　　2.4.1 LED優(yōu)點(diǎn)10</p><p>　　2.4.2 LED的發(fā)光原理10</p><p>　　2.5 蜂鳴器10</p><p>　　2.5.1 蜂鳴器的類(lèi)型11</p><p>　　2.5.2 驅(qū)動(dòng)方式11</p><p>　　3. 硬件電路的設(shè)計(jì)12<

6、/p><p>　　3.1 電源電路12</p><p>　　3.2 無(wú)線傳輸電路12</p><p>　　3.3 溫度信號(hào)檢測(cè)電路13</p><p>　　3.4 數(shù)碼管溫度顯示電路14</p><p>　　3.5 LED燈光提示驅(qū)動(dòng)電路14</p><p>　　3.6 蜂鳴器報(bào)警電路1

7、5</p><p>　　3.7 掉電保護(hù)電路16</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)17</b></p><p><b>　　謝辭18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　附錄20&l

8、t;/b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)中，高壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，擔(dān)負(fù)著關(guān)合及開(kāi)斷電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重功能，而柜內(nèi)導(dǎo)電連接處的接觸特性直接影響到開(kāi)關(guān)柜工作的可靠性。在電力生產(chǎn)的過(guò)程中，機(jī)械振動(dòng)，觸頭燒蝕等原因都可能造成接觸處溫度升高，引起接觸處氧化，使接觸電阻進(jìn)一步增加，溫度進(jìn)一步上升，繼而出現(xiàn)局部熔焊

9、或產(chǎn)生火花甚至電弧放電，殃及周?chē)^緣材料，最終造成電氣設(shè)備的損壞。 因此，對(duì)柜內(nèi)觸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱報(bào)警是避免重大事故發(fā)生及控制故障惡化的有力手段。</p><p>　　由于被測(cè)點(diǎn)為高壓帶電部位，常規(guī)的測(cè)溫方式難以使用。因而，非接觸的測(cè)溫方式應(yīng)運(yùn)而生。利用紅外傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量就是其中之一。它是通過(guò)接收被測(cè)目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射來(lái)確定其溫度的。因此可以測(cè)量高溫的、有腐蝕性的、高壓帶電的物體，并以其速度快、

10、范圍寬且對(duì)被測(cè)溫場(chǎng)無(wú)干擾等優(yōu)勢(shì)在高壓電力設(shè)備的溫度在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　1.1高壓系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的重要意義</p><p>　　高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備主要用于關(guān)合及開(kāi)斷電力線以輸送及倒換電力負(fù)荷，以及從電力系統(tǒng)退出故障設(shè)備和線段，是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。高壓開(kāi)關(guān)柜隔離開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備中是必不可少的，它擔(dān)負(fù)著與其它電氣設(shè)備相互配合，保證與其它設(shè)備關(guān)合

11、電流的重任。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜中的觸點(diǎn)和母線排連接處等部位因老化、工差配合不良或接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱，由此最終導(dǎo)致火災(zāi)事故。一直以來(lái)，在電廠和變電站已經(jīng)發(fā)生多起開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)過(guò)熱事故，造成火災(zāi)和大面積的停電。</p><p>　　由于觸點(diǎn)溫度過(guò)熱而引發(fā)的安全事故，一方面來(lái)自開(kāi)關(guān)柜本身的質(zhì)量原因，更重要的原因在于目前缺乏針對(duì)開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的手段。目前對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)大都采用人工定期巡查的方法來(lái)獲

12、得觸點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，定期巡視的方法容易出現(xiàn)事故的漏報(bào)現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，隨著電網(wǎng)其它設(shè)備的逐步完善和更新，對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜隔離開(kāi)關(guān)的安全監(jiān)測(cè)已滯后于電網(wǎng)的安全需要。因此，研究開(kāi)發(fā)一種性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、易于維護(hù)、成本低廉的高壓開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)實(shí)時(shí)超溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱報(bào)警，是避免重大事故發(fā)生和控制故障惡化的有力手段。</p><p>　　1.2無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>　　無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

13、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),集精確測(cè)溫、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和總線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)于一體,滿(mǎn)足了對(duì)供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的要求;采用了紅外傳輸技術(shù),沒(méi)有電磁干擾,最限度地降低了周?chē)姶艌?chǎng)尤其是開(kāi)關(guān)開(kāi)、合閘的影響,有效地保證了測(cè)溫精度,提高了設(shè)備使用壽命。監(jiān)控軟件通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接,可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢(xún)和顯示。</p><p><b>　　1.3實(shí)現(xiàn)功能</b></p><p&g

14、t;　　監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件具有以下功能：</p><p>　　(1)實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù);</p><p>　　(2)當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警時(shí)自動(dòng)報(bào)警;</p><p>　　(3)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速找出故障點(diǎn);</p><p>　　(4)可以根據(jù)需要設(shè)定報(bào)警值;</p><p>　　(5)掉電保護(hù)功能;<

15、/p><p>　　2. 硬件電路的組成</p><p><b>　　2.1 單片機(jī)</b></p><p>　　1994年美國(guó)ATMEL CORPORATION（愛(ài)特梅爾公司）通過(guò)技術(shù)交換取得8031單片機(jī)內(nèi)核的使用權(quán)，并結(jié)合自身EEPROM存儲(chǔ)設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)，將一定容量的FLASH存儲(chǔ)器集成了80C31單片機(jī)內(nèi)核，形成獨(dú)具特色的AT89C

16、系列的單片機(jī)芯片與INTEL公司MCS-51保持100%兼容，價(jià)格低廉，程序修改靈活（片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器可以重復(fù)擦除1000次</p><p>　　2.1.1 單片機(jī)AT89C</p><p>　　AT89C系列的單片機(jī)型號(hào)主要有AT89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89C1051、AT89C2051和AT89S8252其中：AT89C51、AT89LV51硬件資源、引腳

17、排列、指令系統(tǒng)與INTEL公司的80C31完全兼容；AT89C52、AT89LV52硬件資源、引腳排列、指令系統(tǒng)與INTEL公司的80C32完全兼容。</p><p>　　芯片引腳如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 AT89C51引腳圖</p><p>　　2.1.2 AT89C51系列主要特點(diǎn)</p><p>　　(1) 用IN

18、TEL80C31內(nèi)核，硬件資源，引腳排列、指令系統(tǒng)分別與MCS-51系列100%兼容;</p><p>　　(2) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器類(lèi)型號(hào)為FLASH，容量為4K可重復(fù)擦寫(xiě)1000次;</p><p>　　(3) 工作壓為5V，時(shí)鐘頻率為0HZ—24HZ;</p><p>　　(4) 同于采用80C31內(nèi)核，同樣具有正常，節(jié)電，掉電三種操作方式;</p>

19、<p>　　(5) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密功能;</p><p>　　(6) 可以利用P0、P2口擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間;</p><p>　　(7) AT89C51是DIP40腳封裝，它有P0、P1、P2、P3四組IO口每共有32個(gè)IO口，其中P1口結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，功能也單一僅作為普通數(shù)據(jù)輸入/輸出端口使用。P0口端口較為復(fù)雜在需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為地址/數(shù)據(jù)總線使

20、用。當(dāng)然也可以普通IO端口使用。當(dāng)作為普通IO端口使用時(shí)P0口要接上拉電阻才能正常使用。P2口1可以作為普通IO口使用也可以作為地址總線。在沒(méi)有外部程序存儲(chǔ)器或雖有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器但容量不大于256B，不需要高8位地址時(shí)，P2口可以作為I/O端口使用。P2口端口作為地址總時(shí)，P2口將輸出高8位地址總線。與P0口不同無(wú)須分時(shí)使用，因此P2口上的地址信息或數(shù)據(jù)地址寄存器高8位DPH保存時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)須鎖存。P3口是個(gè)多功能口除了可以作為普通I/O

21、端口外還具有第二功能，如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 P3口管腳的第二功能</p><p>　　2.1.3 AT89C51的尋址方式</p><p>　　AT89C51單片機(jī)七種尋址方式:</p><p>　　(1) 立即數(shù)尋地址;</p><p>　　(2)直接尋址方式;</p><

22、;p>　　(3)寄存器尋址方式;</p><p>　　(4)寄存器間接尋址方式;</p><p><b>　　(5)位尋址方式;</b></p><p>　　(6)變址尋址方式;</p><p>　　(7)相對(duì)尋址方式;</p><p>　　2.1.4 AT89C51的指令分類(lèi)</p&

23、gt;<p>　　(1)數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令;</p><p>　　(2)算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令;</p><p>　　(3)邏輯運(yùn)算類(lèi)與移位類(lèi)指令;</p><p>　　(4)控制指令轉(zhuǎn)移類(lèi)指令;</p><p><b>　　(5)位操作指令;</b></p><p><b>　　2.

24、2 溫度傳感器</b></p><p>　　目前用于斷路器觸頭溫度在線測(cè)量的方法主要分為兩種:</p><p>　　(l)接觸式測(cè)量:采用熱敏電阻或半導(dǎo)體溫度傳感器等提取發(fā)熱點(diǎn)的溫度。</p><p>　　(2)非接觸式測(cè)量:采用光纖溫度傳感器、紅外溫度傳感器等提取發(fā)熱點(diǎn)的溫度。接觸式測(cè)量所用到的傳感器價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是需要與斷路器觸頭附近的帶電部

25、分接觸，會(huì)給測(cè)量裝置引入高電壓絕緣問(wèn)題。而非接觸式測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，不需要與測(cè)量點(diǎn)接觸。為了避免斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置的高電壓絕緣問(wèn)題。</p><p>　　本文中采用非接觸式測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)斷路器觸頭的溫度測(cè)量。目前，非接觸式溫度測(cè)量的傳感器主要有兩種:光纖溫度傳感器和紅外溫度傳感器。</p><p>　　光纖溫度傳感器由光纖和感溫原件構(gòu)成，它的原理是利用感溫元件對(duì)光的吸收性隨溫度變化而

26、變化的特性，將待測(cè)物體溫度變化轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，再通過(guò)光監(jiān)測(cè)電路及濾波電路輸出模擬電壓量。溫度測(cè)量通過(guò)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但是采用光纖溫度傳感器需要在測(cè)溫點(diǎn)引出光纖電纜，而且光纖溫度傳感器的價(jià)格目前還是比較高，相對(duì)而言性?xún)r(jià)比較低。</p><p>　　紅外溫度傳感器原理是通過(guò)接收測(cè)量物體的電磁輻射，將輻射波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)輸出，其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。綜合比較，采用紅外溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，對(duì)斷路器

27、本體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響，在斷路器觸頭溫度測(cè)量中可行性高。由于斷路器觸頭位于滅弧室中，外界不能直接觀察到，所以不能直接測(cè)量到斷路器觸頭的溫度。但是根據(jù)熱傳導(dǎo)原理，導(dǎo)電體通過(guò)電流溫度升高，和它接觸的其它零部件的溫度也會(huì)升高。斷路器觸頭與滅弧室端蓋或母線連接處之間的接觸可近似的看作平面接觸。</p><p>　　溫度傳感器主要由數(shù)字式溫度傳感器、中央處理單元和紅外傳輸模塊組成。溫度傳感器直接安裝在被測(cè)物體表面,真實(shí)地反映被

28、測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度。數(shù)字式溫度傳感器采用TI 公司生產(chǎn)的DS18B20(圖2-2) ,它具有測(cè)量精度高、線性度好、性能比較穩(wěn)定的特點(diǎn),測(cè)量溫度可為- 55～125 ℃。溫度傳感器采用高性能鋰電池供電,具有饋電自檢測(cè)功能,當(dāng)電池電壓低于3 V 時(shí),將自動(dòng)報(bào)警。</p><p>　　圖2-2 DS18B20</p><p>　　2.2.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><

29、p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器 儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來(lái)重新充電。 DS18B20的電源也可以從外部3V～5 .5V的電壓得到。</p><p>　　DS18B20采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，

30、否則記憶和控制功能將無(wú)法使用。主要首先提供以下功能命令之一： </p><p><b>　　(1)讀ROM;</b></p><p><b>　　(2)ROM匹配;</b></p><p>　　(3)搜索ROM; </p><p>　　(4)跳過(guò)ROM; </p><p>&

31、lt;b>　　(5)報(bào)警檢查;</b></p><p>　　這些指令操作作用在沒(méi)有一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號(hào)，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。 </p><p>　　若指令成功地使DS18B20完成溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)控制功能指揮指示DS18B20的演出測(cè)溫。測(cè)量結(jié)果將被放置在D

32、S18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶(hù)記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫(xiě)TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。通過(guò)緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫(xiě)都是從最低位開(kāi)始。</p><p>　　2.2.2 DS18B20引腳定義

33、</p><p>　　(1) DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端; </p><p>　　(2) GND為電源地; </p><p>　　(3) VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）;</p><p>　　2.2.3 DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820

34、相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存

35、器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。</p><p><b>　　2.3 顯示數(shù)碼管</b></p><p>　　2.3.1 數(shù)碼管工作

36、原理及引腳</p><p>　　數(shù)碼管由七個(gè)發(fā)光二極管級(jí)成，行成一個(gè)日字形，它們可以共陰極，也可以共陽(yáng)極，通過(guò)解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極管而形成相應(yīng)的字。</p><p>　　七段數(shù)碼管它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用，例如可以用來(lái)顯示溫度、數(shù)量、日期、時(shí)間等等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點(diǎn)，七段數(shù)碼管是由七個(gè)獨(dú)立的二極管采用共陰或共陽(yáng)的方法連接而成。通常將這7個(gè)獨(dú)立的二極管做成

37、a、b、c、d、e、f、g這7個(gè)筆劃，如圖2-3所示</p><p>　　圖2-3 七段數(shù)碼管</p><p>　　2.3.2 數(shù)碼管的編碼方法</p><p>　　如果要顯示“0”則要a,b,c,d,e,f六個(gè)字段亮，就“0”，而g和dp段不亮，只要向p0口送出相應(yīng)的代碼就可以顯示。</p><p><b>　　表2-2 編碼方法

38、</b></p><p>　　2.3.3 顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào) </p><p>　　表2-3數(shù)字顯示二進(jìn)制電平信號(hào)表</p><p>　　2.3.4數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式</p><p><b>　　(1)直流驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)

39、單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。</p><p><b>　　(2)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　是將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"

40、的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。</p><p><b>　　2.4 LED</b></p>&

41、lt;p>　　LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附LED燈株在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通

42、過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)決定光的顏色，是由形成P-N結(jié)材料決定的。 </p><p>　　2.4.1 LED優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　(1) 體積小;</b></p><p><b>　　(2) 耗電量低;</

43、b></p><p>　　(3) 使用壽命長(zhǎng);</p><p>　　(4) 高亮度、低熱度;</p><p><b>　　(5) 環(huán)保;</b></p><p><b>　　(6) 堅(jiān)固耐用;</b></p><p><b>　　(7) 多變幻;</b&

44、gt;</p><p><b>　　(8) 技術(shù)先進(jìn);</b></p><p>　　2.4.2 LED的發(fā)光原理</p><p>　　發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性?</p>

45、;<p>　　假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以?xún)?nèi)產(chǎn)生。 </p><p&g

46、t;　　理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即 </p><p>　　λ≈1240/Eg（mm）</p><p>　　式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使

47、用不普遍。</p><p><b>　　2.5 蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器及家電控制系統(tǒng)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。</p><p>　　2.5.1 蜂鳴器的類(lèi)型</p><p>　

48、　蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。</p><p>　　壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 </p><p>　　電磁式蜂鳴器，電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。</p><p>　　2.5.2 驅(qū)動(dòng)方式</p>&

49、lt;p>　　由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡(jiǎn)單，這里就不對(duì)自激蜂鳴器進(jìn)行說(shuō)明了。這里只對(duì)必須用1/2duty 的方波信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的他激蜂鳴器進(jìn)行說(shuō)明。 </p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 &l

50、t;/p><p>　　3. 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 電源電路</b></p><p>　　電源電路是給電子設(shè)備提供必要的電源能量的電路，就輸入和輸出而言，在集成電路中主要使用的是由交流（AC）220V，50/60Hz的市電轉(zhuǎn)換成直流電。其電路圖如圖3-1所示。</p><p><b>　

51、　圖3-1 電源電路</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓部分時(shí)，根據(jù)電路對(duì)電源要求的不同而選擇不同的穩(wěn)壓電路，由于A/D轉(zhuǎn)換器（TLC1549）、看門(mén)狗定時(shí)器（X25045）、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器（LM317）、單片機(jī)（AT89C51）要求電源電壓的穩(wěn)定性較高，所以采用了三端固定式集成穩(wěn)壓電路(78H05)；由于測(cè)量電路和頻率/電壓轉(zhuǎn)換器對(duì)電源要求不太高，所以分別采用穩(wěn)壓管給它們供電；由于A/D轉(zhuǎn)換

52、器的基準(zhǔn)電壓（REF+）對(duì)電源要求非常高，所以采用精密基準(zhǔn)電壓源（LM336-5.0V）供電。</p><p>　　3.2 無(wú)線傳輸電路</p><p>　　紅外傳輸模塊主要由紅外編碼/譯碼器MCP2120和紅外收發(fā)器TFDU4100 組成。紅外編碼/譯碼器MCP2120是美國(guó)Microchip技術(shù)公司推出的, 在應(yīng)用中位于通用異步接收器/發(fā)射器(UART)和紅外收發(fā)器之間該器件對(duì)從標(biāo)準(zhǔn)U

53、ART接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,并以電脈沖方式輸出到紅外收發(fā)器TFDU4100中。紅外收發(fā)器TFDU4100將接收的數(shù)據(jù)同樣以電脈沖形式饋送到MCP2120進(jìn)行解碼, 而后通過(guò)MCP2120和UART發(fā)射譯碼數(shù)據(jù)。</p><p>　　紅外傳輸模塊的工作原理紅外傳輸模塊采用37kHz標(biāo)準(zhǔn)紅外串口接口傳輸信號(hào),進(jìn)行應(yīng)答式半雙工通信MCP2120的引腳TX接收的來(lái)自UART的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器編碼后通過(guò)引腳TXIR發(fā)射。紅外收發(fā)

54、器接收的光脈沖信號(hào)經(jīng)引腳RXD(RXD 是單片機(jī)的一個(gè)引腳) 輸出后并通過(guò)MCP2120 的引腳RXIR 進(jìn)入譯碼器解調(diào),然后經(jīng)引腳RX饋送到UART。MCP2120 發(fā)送和接收波特率既可通過(guò)BAUD2、BAUD1和BAUD0 3個(gè)硬件引腳配置,也可通過(guò)軟件選擇。</p><p>　　3.3溫度信號(hào)檢測(cè)電路</p><p>　　圖3-2溫度信號(hào)檢測(cè)電路</p><p&g

55、t;　　3.4 數(shù)碼管溫度顯示電路</p><p>　　圖3-3數(shù)碼管溫度顯示電路</p><p>　　3.5 LED燈光提示驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　數(shù)碼管顯示電路電路原理: 如圖3-4,本設(shè)計(jì)采用了LCD1602用于人機(jī)交互，8個(gè)LED指示燈指示8個(gè)高壓開(kāi)頭觸頭測(cè)量點(diǎn)的溫度是否超過(guò)警戒(80℃溫度，圖3-3中的LED采用共陽(yáng)接法，這是因?yàn)锳T89S51單片機(jī)

56、的I/O口高電平驅(qū)動(dòng)能力相當(dāng)弱，不足于驅(qū)動(dòng)LED顯示，然而低電平驅(qū)動(dòng)能力會(huì)高得多，足夠驅(qū)動(dòng)LED顯示，在設(shè)計(jì)程序時(shí)，若想讓某個(gè)LED燈只使對(duì)應(yīng)的單片機(jī)引腳送低電平即可。圖中的R1～R8電阻主要起到限流的作用，。</p><p>　　圖3-4 LED指示電路</p><p>　　3.6 蜂鳴器報(bào)警電路</p><p>　　如圖3-5為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，圖中為Q1為低頻小

57、功率PNP型三極管，用驅(qū)動(dòng)電容式交流蜂鳴器(2K)u3,R11為U3放電回路電容。三極管基極通R10與單片機(jī)p3.2連接。這就構(gòu)成了蜂鳴器的驅(qū)電路，工作原理：要讓蜂鳴器響，必須給交變信號(hào)，為了給蜂鳴器施加交變電壓，在編程時(shí)，設(shè)置定時(shí)器中斷周期為0.25MS,中斷頻率為4K,只要每次進(jìn)入中斷后讓P3.2電平取反即可以產(chǎn)生2KHZ驅(qū)動(dòng)脈沖，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力弱不足以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，所以用9015放大電流電壓，驅(qū)動(dòng)電平低平有效。R11是給交流

58、蜂鳴器提供放電回路。</p><p>　　圖3-5 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3.7 掉電保護(hù)電路</p><p>　　掉電保護(hù)電路具有掉電保護(hù)功能,掉電后可以保存故障信息。SDA：串行數(shù)據(jù)輸入輸出口與P3.7連接，SDK：串行移位時(shí)鐘控制端與P3.6連接(SDA和SDK使用時(shí)引腳必須接一個(gè)5.1k 的上拉電阻)。A2～A0：這3個(gè)引腳是器件地址選擇引腳及

59、WP引腳在本設(shè)計(jì)中接地。</p><p>　　3-6 掉電保護(hù)電路圖</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)中，高壓開(kāi)關(guān)頭觸頭所導(dǎo)致的非計(jì)劃停電事故占停電事故總量的60%以上，高壓開(kāi)關(guān)頭觸頭的可靠性將直接影響電力系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)觸頭的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)從計(jì)劃維修到狀態(tài)維修的基礎(chǔ)，高壓開(kāi)關(guān)頭觸頭監(jiān)測(cè)技術(shù)

60、也是故障診斷技術(shù)發(fā)展的前提，其技術(shù)意義十分重大。</p><p>　　本文通過(guò)分析高壓開(kāi)關(guān)觸頭的結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)目的，完成了觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)觸頭的溫度測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，本文所設(shè)計(jì)的觸頭溫度、行程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有可行性。</p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的高壓開(kāi)關(guān)觸頭溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在線監(jiān)測(cè)柜內(nèi)開(kāi)關(guān)觸頭的溫度。用戶(hù)可以通過(guò)LED顯示查看各監(jiān)測(cè)

61、點(diǎn)的狀態(tài)，并能設(shè)置報(bào)警參數(shù)及環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)既可以獨(dú)立工作，也可以依據(jù)實(shí)際需要添加電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相連。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本論文的工作是在指導(dǎo)老師xx老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。在完成課題期間，xx老師從論文選題、課題研究到論文撰寫(xiě)的每個(gè)方面都給與了熱忱的關(guān)心。xx老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度

62、永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的楷模。在我作設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，正是xx老師的嚴(yán)格要求、精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷才使我能夠不斷前進(jìn)。值此論文完成之際，謹(jǐn)向xx老師致以親切的謝意。</p><p>　　在論文撰寫(xiě)過(guò)程中還得到了其他老師的精心指導(dǎo)，耐心的解答課題期間所出現(xiàn)的問(wèn)題，使我受益匪淺。同時(shí)，本文的完成還得到了實(shí)驗(yàn)室其他同學(xué)的大力支持和幫助，在此表示感謝。同時(shí)還要感謝這幾個(gè)月多來(lái)給與我關(guān)心、幫助的老師、</p><p&

63、gt;<b>　　同學(xué)和朋友們。</b></p><p>　　另外也感謝我的家人，有了他們的理解和支持才使我能夠在學(xué)校專(zhuān)心完成我</p><p><b>　　的學(xué)業(yè)。</b></p><p>　　最后，衷心感謝所有給予我關(guān)心、支持與幫助的人們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

64、/b></p><p>　　【1】 李泰軍,肖成鋼,王章啟.開(kāi)關(guān)柜母線溫度的在線監(jiān)測(cè)[J].高壓電器,2001,37 </p><p>　　【2】 徐東晟,許一聲.高壓開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)的研究[J].高壓器,2001,37</p><p>　　【3】 劉全越,蕭寶謹(jǐn),高文海.電力線路溫度采集及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)2008,18

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