研究基于单片机的变压器变比测试仪的意义

研究基于单片机的变压器变比测试仪的意义 本 科 毕 业 设 计 1 引言 电力变压器已经成为电力系统中的主要设备之一，它的安全性、经济性和可靠性在电力系统中所起的作用也越来越突出。随着我国能源、电力事业的快速发展，电力变压器的需求量快速增长。因此，选择匹配的变压器关系到以后这些设备在电力系统中能否安全运行的问题。 电力技术的快速发展能够带动测量自动化、智能化、精度、易用性的提高。变压器能否并列运行，变压比起着至关重要的作用。两台变压器并联时，如果它们的的变压比相差1,时，在绕组内就会产生循环电流，当它的值达到额定电流的10,时，变压器的损耗就会增大，输出容量也会减小[1]。因此在变压器出厂、交接、绕组大修后都应对变比进行准确测量，并把它们的差值限制在一定范围内。 变压比是变压器的一个重要参数，它的变化与变压器绕组的变化有密切的关系。变压器绕组是变压器传输、变换电能的核心设备，它组成了变压器输入、输出电能的电气回路。变压器绕组的故障类型较多:如绕组三相直流电阻不平衡、绕组短路和断路、绕组击穿和烧毁，绕组接反和联结错误等故障。变压器的可靠程度是决定变压器能否长期安全运行的基本要素。 变比参数的恶化有可能反映变压器的一些故障[2][3][4]。例如:测量变比可以检查线圈匝数是否正确检;查分接头焊接质量;查明线圈短路、断 路;接线以后分接开关的故障和错误;也可以查明分接开关手柄位置与箱内分接开关对应情况;查出分接引线装配问题。 目前常用的测量变比的方法有双电压表法和电桥法[5][6][7][8]。电桥法是最常用的方法，它安全，测量准确。但对构成变压比电桥的零部件要求较高，并需一些特殊加工工艺。另外由于使用了多只转换开关和滑线电阻，这不仅增加了仪器的体积和重量，而且存在的活动触点也大大降低了仪器的可靠性。同时这种方法在实际使用时由于需要调节平衡，还停留在人工平衡的电工型仪器的水平，操作稍嫌麻烦。 旧式变比测试仪为半自动测量方式:在测量不同相别的参数时，需要手工切换琴键开关，比较麻烦;其显示输出为LED数码管显示器;没有自带微型打印机。该产品已逐渐丧失竞争力，以单片机为基础的智能变压器变比测试仪的设计应符合下列要求: 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 (1)进一步提高测量精度，针对性地解决原产品中的温漂问题。 (2)测量中三相相别的切换改为单片机自动控制，取消琴键开关。使用者操作时只需要按照说明书接好线，然后设置好接线方式等参数，就可以自动完成整个测试过程，在测量中无需人工干预。 (3)显示方式改为大屏幕液晶点阵显示器，操作界面采用中文菜单。 (4)自动保存最近20次测试数据。 (5)可以选择打印本次测试结果或历史测试结果。 (6)自动识别分接开关的位置。 新变比测试仪的设计要求具有一定的前瞻性，采用了当前主流技术， 加上国内比较低的成本价格，一定会有非常广阔的市场前景。 1(2 国内外发展状况 国内外变比测试仪不断地发展一般经过以下三个阶段: (1)手工测试阶段:测量过程完全手工化。这种变比测试仪操作比较繁琐，计算量大，效率低下，现在一般不采用了。 (2)半自动化测试阶段:采用单片机技术，但仍需一定的人工操作，通过LED显示。这种方式成本较低，目前应用比较广泛。 (3)全自动测试阶段:采用单片机及先进的控制技术，测试过程高度自动化，测试中无需人工干预，速度快，测量结果精度高，人机界面好，通过点阵式LCD显示菜单和数据，可选择打印测试结果或历史数据。这是目前最先进的变比测试仪，是电力行业更新换代变比测试仪器的方向。 新式变比速测仪还采用了以下先进的的测量技术: (1)仪器自动调零:仪器上电时会执行初始化程序，测出并记住零漂值，在后面的测试计算中自动补偿，从而减小其影响。 (2)高智能化:自动判断变压器分接开关的位置自动判断系统接线错误。 采用单片机技术、传感器技术、EDA技术、自动控制理论提出智能型变比测试方法，可用于测量各类单、三相变压器及互感器的组别(极性)、变比值及变比误差，并且一次性完成三相变压器的三相测量。 本 科 毕 业 设 计 2 方法和原理 2(1 变压比的定义 共 42 页 变压器的变压比就是指变压器不接负载空载运行时，初级线圈的电压 U1和次级线圈的电压U2的比值，称为变压器的变比，即为 K?U1/U2 (2-1) 单相变压器的变比是最简单的变比，等于初级和次级线圈的匝数比，它可表示为 K?U1/U2?N1/N2 (2-2) 三相变压器的变比就复杂多了，它指的是不同的绕组上的电压比，由于变压器的接线方式有所不同，它的变比和线圈的匝数比之间可分为以下几种情况 (1)初级和次级绕组的接线方式相同时，变压器的变比可表示为 K?N1/N2 (2-3) (2)初级和次级的绕组的接线方式为Y/?时，变压器的变比可表示为 K?3N1/N2 (2-4) (3)初级和次级的绕组的接线方式为?/Y时，变压器的变比可表示为K?1/N1/N2 (2-5) ?? 2(2 变压比的测量方法及结构图 变压器变比常用的测量方法有双电压表法和变比电桥法。本文采用的是单相电源双电压表法。 三相变压器变比的测量，既可以用三相电源，也可以用单相电源。用三相电源测量相对简单，而用单相电源测量时容易发现故障相。因为当用单相电源测量Y/?或?/Y连接的变压器变比时，三角形绕组的非被测试相应该被短路，这样可以使非被测试相中没有磁道，从而使加压相磁路均匀。 采用单相电源双电压表法测量时，单片机自动控制将单相电源连接到被测试相电路，同时对初级和次级信号进行采样、转换，单片机同时对两 路信号进行计数，由于测量的同步性好，能够降低电源电压稳定性的要求，简化系统结构，降低成本。 这个单片机应用系统的硬件主要由前向测量通道、单片机系统和后向测量通道组成。其中前向测量通道设计成一块电路板，单片机系统电路和后向测量通道设计成一块 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 电路板。前向测量通道负责将外界的信号转换成单片机能够识别的方式，是单片机的信息输入通道;单片机系统是核心，负责采集来自两个通道的数据，进行运算和，控制液晶显示屏显示测量结果;接收键盘的输入;控制继电器动作使测量自动进行。后向测量通道是单片机的输出通道，负责输出单片机对信息加工、处理的结果。 前向测量通道主要由变压器的初级、次级电压信号的检测、放大、V/F转换等部分构成。变压器的初级电压由原边通道处理，次级电压由副边通道处理。 隔离变压器负责将220V市电隔离变压成180V和6V两组测试电源，可以使测试工作更安全。其中180V接到被测变压器的加压端子，被测变压器的输出端接到仪器的副边通道;6V接到仪器的原边通道，该信号乘以30就代表180V的加压电压值，可用于变比计算。 原边、副边通道信号经过程控交流放大器放大或衰减到合适的幅度，再经过真有效值转换器转换成直流电压，然后经过V/F转换变成相应频率的脉冲，再经过高速光藕隔离接到单片机的两个计数器输入端，这样单片机就可以检测到原边、副边通道信号的大小，根据公式计算出变压器的变 压比。 变比计算公式为: BB?K?L?FZ/FX? (2-6) 其中BB为变压器变比，K为补偿系数，L为接线方式系数，FZ为原边信号(6V)经过真有效值转换和V/F转换变为一定频率的信号，FX为副边信号经过自动放大(衰减)后再经过和原边一样的转换转变为一定频率的信号。 原边、副边通道的信号经过程控交流放大或衰减到合适的幅度后，同时接到过零比较电路，将交流信号转换成方波，再经光藕隔离接到单片机上，测出原边、副边通道信号的相位差，从而测量出变压器的极性和组别。 继电器组用于改变放大器的放大倍数和测量中变压器的测量端子的切换，控制测量工作的自动进行。 液晶显示器用来显示测量过程中输入和输出的信息。 键盘用来输入信息，单片机通过8255的I/O口来扫描键盘的按键状态，从而判断是否有键按下，然后执行相应的按键处理程序。 系统结构如图2-1 本 科 毕 业 设 计 220V 共 42 页 图2-1 系统结构图 2(3 极性和接线组别的判定 1)极性的判定 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 在单相变压器中，为了说明绕在同一铁心上的两个绕组的感应电势间的相对关系，引用“极性”的概念。如果两绕组感应电压相位相同，则连接X和x后，UAa=UAX—Uax，则变压器称为“减极性”;如果两绕组感应电压相位相差1800，则连接X和x后，UAa=UAX+Uax，则变压器成为“加极性”的。 由于变压器的绕组在初级和次级间存在着极性关系，当几个绕组互相连接组合时，无论是串联还是并联，都必须知道极性才能正确的进行连接。 本文中通过检测初级和次级信号的过零点的时间差Tc来判断两者间的相位差[9]。首先测出初级信号的两次过零点的时间差Tg，然后计算出初级信号的周期T，显然T=2Tg;再测出初级和次级信号的过零点的时间差Tc，则初级和次级信号的相位差为(Tc/T)×3600，当相位差接近1800时，可认为变压器为“加极性”的，当相位差接近3600或00时，可认为变压器为“减极性”的。 2)组别的判定[10] 三相变压器除了绕组间有极性关系外，三组绕组的连线方式和引出端子标号不同，其初级绕组和次级绕组对应间的相位差也会改变，不同的相位差代表着不同的接线组别。不管绕组的连线方式和引出端子方式怎样改变，但最终初级、次级间对应的相位差却只有12种不同情况，且都是300的整数倍，这就像时钟表面被12小时所等分，因此可以按时钟系统来确定接线组别:相位差为300的组别称为l点钟，相位差为600的组别称为2点钟......直至3600称为12点钟。 确定变压器绕组接线组别的方法有直流法、双电压表法和相位表法。 本文采用的是直流法的改进方法。 本 科 毕 业 设 计 3 硬件设计 共 42 页 本系统是典型的单片机应用系统，硬件部分主要由前向测量通道、单片机系统电路和后向通道构成。其中前向测量通道设计成一块电路板，单片机系统电路和后向通道设计成一块电路板。 前向测量通道负责将外界的信号转换成单片机能识别的方式，是单片机的信息输入通道。一般前向测量通道有模拟输入、开关量输入、脉冲输入三种形式。本系统中键盘和电路保护信号为开关量输入。初级、次级的电压为模拟信号，经过放大、V/F转变成脉冲输入，单片机通过T0、Tl同时计数。初级、次级的电压的处理电路要求低漂移、低噪声、高线性，在设计印制电路板时要特别注意，否则仪器的精度不能保证，甚至导致整个设计失败。 后向通道是单片机的输出通道，负责输出单片机对信息加工、处理的结果。 3(1 前向测量通道框图 前向测量通道主要由变压器的初级、次级电压信号的检测、放大、V/F转换等部分构成。变压器的初级电压由原边通道处理，变压器的次级电压副边通道处理。其结构框图如图3-1所示[11]。 隔离变压器是将输入的220V市电隔离变压成180V和6V两组测试电源，这样可以使测试工作更安全。其中180V接到被测变压器的加压端子，被测变压器的输出端子接到仪器的副边通道;6V连接到仪器的原边通道， 该信号乘以30就代表180V的加压电压值，可用于变比计算。 原边、副边通道信号经过程控交流放大器放大或衰减到合适的幅度，再经过真有效值转换器转换成直流电压，然后经过V/F转换变成相应频率的脉冲，再经过高速光藕隔离接到单片机的两个计数器输入端，这样单片机就可以检测到原边、副边通道信号的大小，根据公式计算出变压器的变压比。 原边、副边通道信号经过程控交流放大器放大或衰减到合适的幅度后，同时接到过0比较电路，将交流信号转换成方波，再经光藕隔离接到单片机，这样单片机可以测出原边、副边通道信号的相位差，从而测量变压器的极性或组别。 继电器组用于改变放大器的放大倍数和测量中变压器的测量端子的切换，控制测量工作的自动进行。 本 科 毕 业 设 计 220V 共 42 页 图3-1 前向测量通道的结构框图 3(2 单片机系统框图 单片机系统是仪器的核心部分，采集来自两个通道的数据，进行运算和分析，控制液晶显示屏及打印机，显示或打印测试结果;接收键盘的输入;控制继电器动作使测量自动进行。其结构框图如图3-2所示。 监控存储器是E2PROM芯片X25043，它有512字节的存储空间，可以存放仪器的工作参数和仪器的测量历史数据，同时其内部含有电压监视电 路，在系统上电或掉电时产生复位信号，这样可以使系统稳定地复位。 本系统采用北京清华蓬远公司的内含T6963C控制器的 MGL(S)-240128T液晶显示模块，它可以显示点阵图形，我们用它显示汉字。 本 科 毕 业 设 计 下，然后执行相应的按键处理程序。 共 42 页 键盘用于输入信息，单片机通过8255的I/0口扫描按键的状态，判断是否有键按 图3-2 片机系统的结构框图 3(3 副边通道的程控放大电路 1)电路工作原理 该电路的主要功能是对被测变压器的测压端子的信号进行放大或衰减。被测变压器的加压端子在系统测量时接到180V交流电，如果其变比为1，则测压端子的信号为180V，需要将其衰减为1/30(6V)，放大电路的放大倍数应为1/30;如果其变比为10000，则测压端子的信号为180V/10000，需要将其放大到30倍(O.54V)放大电路的放大倍数应为 30。系统测量时自动调整放大倍数，从l/3到1、3、30倍，当放大后信号幅度够大(大于O.6V)，即可认为调整到合适的量程，否则继续加大放大倍数直至30倍。 放大倍数的改交是通过单片机控制继电器切换放大电路的反馈电阻来实现的。放大电路如图3-3所示。 2)放大倍数参数的调试 调试放大倍数的参数需要使用精密可调电阻箱，它可以将输入的电压(接变压器的加压端)按照所设定的比例精密分压输出(接变压器的测量端)， 这样相当于一个变比已知的变压器，并且其变比可精确的设置。 调试分四个段进行，每段选两个值分别调试零点和线性度。选取变比1:l和9.375:l、10:l和93.75:l、100:l和937.5:1、1000.0:1和9375.0:l。 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 其中零点的调整都是通过调整图3-6中的R25完成，它使l:1、10:I、100:1和1000:l更准。当然同时满足四种是不可能的，一般来讲，尽量满足小值，1000:1允许误差大些。 图3-3 副边通道的放大电路 9.375:l的调整通过该档反馈电阻R11完成，当调试程序显示变比接近9.375:l时，停止调整反馈电阻，并按下确认键，系统会显示此时的K值(接近1)，并存入X25043，以供以后正式测量时计算用，此时系统根据K值自动修正变比为9.375:1。 其他档的反馈电阻和K值的确定方法类似。 在完成所有档调试后，再测试一下l:1、10:l、100:1和1000:1，如果误差较大，再调整一下R25，然后继续重复上面的过程。这样可以使整个测量范围内的误差比较均衡，避免有的值测得很准，有的值误差太大。 3(4 真有效值转换电路 真有效值转换电路的作用是将交流电压按其真有效值转换成直流电压。AD536A是美国AD公司的真有效值转换芯片，其转换性能优越。同类产品有的用其他器件完成真有效值转换，这种仪器的精度都不高。 1)AD536A的主要特点。 (1)芯片采用激光修正，达到了高准确度的指标。 (2)集成度高，外围电路简单。 (3)能够转换出纯交流信号(AC)或叠加有直流分量的交流信号(AC+DC)的有效值电 本 科 毕 业 设 计 压。 (4)转换速率快，典型情况下为5V/us。 (5)具有分贝输出端。 (6)宽频带频率相应好。 2)AD536A的管脚功能 共 42 页 AD536A的管脚功能如表3-1所示:其中第l脚用于输入原始信号第6脚为转换后的直流真有效值电压输出端。 表3-1 AD536A的管脚功能表 3)原边通道的真有效值转换电路 图3-4是原边通道的真有效值转换电路，副边通道的真有效值转换电路类似。网络标号UZ连接到隔离变压器输出的6V电源，E1l用来隔离直流信号。T4是调试用的短路块，短路其5、6将输入0V信号到AD536A，这时调节R28可以使AD536A输出0;短路T4的l、2将输入6V信号到AD536A，这时调节R42可以使AD536A输出6V，这样可以对 本 科 毕 业 设 计 于这种状态。 4)真有效值转换电路的调试 共 42 页 AD536A调零或调整满值;短路T4的3、4将输入被测信号到AD536A，系统工作时应处 如图3-4所示首先调整AD536的零点:短路T4的5、6将输入0V信号到AD536A，这时调节R28可以使AD536A输出0(用万用表测量);然后调整AD536的满值:短路T4的1、2将输入6V信号到AD536A，这时调节R42可以使AD536A输出6V(用万用表测量);短路T4的3、4将输入被测信号到AD536A系统工作时应处于这种状态。 类似方法调试副边通道的真有效值转换电路。 图3-4 原边通道的真有效值转换电路 3(5 V/F转换电路和高速光藕隔离电路 1)AD650的主要特点 V/F转换电路可以将直流电压线性转换成一定频率的脉冲信号。这里采用的是美国AD公司的AD650，该芯片性能非常好，其主要特点如下: (1)最高输出频率为1MHz。 (2)高可靠性。 (3)线性度高。 典型的线性度: 0.002, 10KHz 本 科 毕 业 设 计 0.005, 100KHZ 0.02, 500KHz 0.07, lMHz (4)输入偏置调零。 (5)CMOS和TTL兼容 (6)单极、双极、差分V/F (7)V/F或F/V转换功能 共 42 页 本系统调整AD650的满输出为100 KHz，此时其线性度为O.005,完全 可以满足系统的要求。 2)AD650的管脚功能 AD650的管脚功能如表3-2所示。 表3-2 AD650的管脚功能表 3)V/F转换电路和高速光藕隔离电路 V/F转换电路和高速光藕隔离电路如图3-6所示。当AD650输入0V时，调整R25 本 科 毕 业 设 计 出信号频率为100KHz。 共 42 页 使AD650的8脚输出信号频率为0Hz;当AD650输入6V时，调整R23使AD650的8脚输 由于AD650输出最大频率设定为100Hz，使用的隔离光藕相应频率必须符合要求，这里采用高速光藕6N135，其内部原理图如图3-5所示;6N135需要15mA的驱动电流，而AD650输出只能提供10mA的驱动电流，因此在AD650输出后面增加了7407，7407为开漏极输出，其灌电流可达30mA，加强了驱动能力。 NC18VCC Anode27VB Cathode36V0 NC45GND 图3-5 6N135内部原理图 74HCl4是施密特反相器，对6N135的输出信号进行再整形，以便于单片机计数。单片机要求输入的脉冲上升沿的上升速率快，否则计数有误。 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 图3-6 副边通道V/F转换电路和高速光藕隔离电路图 4)AD650的调试 调试AD650，首先插上写有调试程序的单片机芯片，通电工作后进入调试程序的AD650菜单，它可以显示测出2个通道的频率值。 如图3-6所示，调试副边通道的AD650，首先短路T5的5、6将输入0V信号到AD650，然后调整R25使AD650的8脚输出信号频率为0Hz，从液晶显示器上可以观察到:短路T5的1、2将输入6V信号到AD650，调整R23使AD650的8脚输出信号频率为100KHz，从液晶显示器上可以观察到。短路T5的3、4将输入被测信号到AD650，系统工作时应处于这种状态。 类似的方法调试原边通道的AD650。 3(6 过零比较电路 过零比较电路主要用于检测原边、副边信号的过零时间从而测出它们的相位差。首先测出原边信号的周期T，应为原边信号两次过零间时间的2倍;然后测出原边、副边信号下降沿过零的时间差Tc，则原边、副边信号的相位差为(3600Tc),T。 测出相位差后然后按照第2章的方法去确定单相变压器的极性或三相变压器的接线 本 科 毕 业 设 计 组别。 共 42 页 四运放LM339构成过零比较器，TLP521-4是四光藕隔离器。 图3-7是过零比较电路。UX和UZ分别为副边、原边的信号，经过隔离直流后接到LM339的正极，当交流信号处于正半周时，比较器输出高，光藕隔离器相应也输出高电平。 图3-7中QX和QJ连接到单片机的输入口，单片机通过检测其输入口状态，判断出副边、原边信号的相位差。 图3-7 过零比较电路 本 科 毕 业 设 计 3(7 单片机系统电路 共 42 页 图3-8 单片机系统原理图 单片机系统原理图如图3-8所示。AT89C55WD是美国ATMEL公司的5l系列单片机，它内含20K的FLASH程序存储器，主要存放系统程序和自制的小汉字库，程序固化时经 本 科 毕 业 设 计 过3级加密，有效地保护了设计者的知识产权。 共 42 页 E2PROM芯片X25043，它有512字节(8位)的存储空间，主要存放最近20次的测量结果，同时保存调试产品时的有关数据;另外它内部含有电源检测电路，在系统上电或掉电时可以产生复位信号，其复位可靠性远高于普通RC复位电路。 74HC573是8D触发器，用于锁存地址以提供给8255或其他外围芯片。 74HC32是或门电路，用于合成X25043输出的复位信号和手动复位信号。 74HCl4是施密特反相器，用于整形信号和反相。 3(8 液晶显示电路 液晶显示模块采用北京清华蓬远公司的内含T6963C控制器的MGL(S)-240128T，其内部结构框图如图3-9所示，240表示水平方向可以显示240个点，128表示垂直方向可以显示128个点:如果采用16 X 16点阵汉字库，它可以显示8行15列汉字。 内含T6963C控制器的液晶显示模块上已经实现了76963C与行、列驱动器及显示缓冲区RAM的接口，同时也用硬件设置了液晶的结构、单双屏、数据传输方式、显示窗口 图3-9 内含T6963C控制器的液晶显示模块 长度、宽度等等，单片机与模块的接口很方便。 单片机与模块的接口如图3-10所示。其中REV为模块复位输入，直接接到单片机的复位端;D0至D7位数据口，接单片机的P0口;液晶模块的7和34为片选端，接到P2.7;8和35为指令数据通道选择端，接到P2.0，高电平选择指令通道，低电平选择 本 科 毕 业 设 计 数据通道[12]。 共 42 页 LED+、LED-为背光电源，接到系统背光控制电路，我们可以按背光键来切换液晶显示屏背光的开关[13][14]。 VO为负压输入，这里从系统的-15V电源中分压产生。调整R92可以改变液晶显示的对比度。因为液晶材料的物理特性，其对比度会随着温度改变。所以加的负电压值应随着温度作相应的调整，大致是温度变化100C 电压变化1伏左右。当系统上电后如果没有显示或显示不明显，调整R92可使字符显示出来。 图3-10 单片机与液晶显示器的接口 本 科 毕 业 设 计 4 软件设计 4(1 基本算法 1)极性和接线组别的判定 关于极性和接线组别的判定详见第二章有关内容。 共 42 页 2)从第三章可知，原边信号UZ(6V)经过真有效值转换和V/F转换变为一定的频率信号FZ，副边信号UX经过自动放大(衰减)后再转换成相应的频率信号FX，通过对FZ和FX进行运算可得出被测变压器的变比值。 由第二章可知:变压器的变压比是指变压器空载运行时，初级电压U1与次级电压U2的比值简称变比表示为K?U1/U2。因此变比的基本计算公式为 BB?K?L?FZ/FX? 其中L为接线方式系数，由第二章可知，单相变压器和Y/Y、?/?接法的三相变压器其L值为l;Y/?接法的三相变压器其L值为(3/2);?/Y接法的三相变压器其L值为(2/)。 其中K为补偿系数，由于副边信号UX经过自动放大(衰减)后，其大小已经产生一定倍数的变化，K可以反映这些变化，从而得出正确的结果。另外，不同仪器它的隔离变压器产生的180V和6V的比例都有偏差，放大电路的放大倍数不可能完全相同，这些都可以从K值反映出来。实际上K 值是在调试产品时产生的参数，它被保存在仪器的监控存储器里。仪器的放大倍数从l/3到1、3、30倍，每种放大倍数的情况下都要经过调试，产生该档的K值。在测量时，仪器自动选择适当的放大倍数，然后根据放大倍数选择监控存储器里相应的参数K，进行变比的汁算。 4(2 程序框图 本系统软件全部用51汇编语言写出。当软件旧规模不太大时，用汇编写出的程序效率较高，实时性较好。 1)显示程序框图 显示程序主要完成在内含T6963C控制器的液晶显示模块上显示汉字、英文字符、阿拉伯数字。显示程序模块的框图如下[15]: 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 图4-1显示程序框图 程序中，汉字编号为该汉字在自制汉字库的顺序。先将要显示汉字的编号送入80H开始的显示缓冲区中，设定显示汉字的位置和字数，就可调用显示子程序显示该行汉字。 2)键盘程序框图 系统设计6个按键输入信息，“?”、“?”、“?”、“?”键和确认键、返回键。键盘检测程序负责检查确认按键是否按下，然后执行相应的键处理程序。键盘程序框图如图4-2所示。 图4-2中“按键状态有变化”是指“按键原来未被按下现在被按下”和“原来被按下现在弹起”两种情况，这样可以避免按键一次按下后多次 执行键处理程序。当“确实按键状态有变化”，首先修改按键状态，然后“按键按下”则“执行相应的键处理程序”;“按键弹起”则“返回”。 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 这种键处理程序可以在键被按下时作出快速处理，同时又不会做出多次处理，因为“按键原来被按下现在被按下”程序会返回;只有按键弹起后，其状态被修改为“弹起”后，再次按下才会被处理。 3)测量程序框图 测量程序负责检测变压器的极性(组别)和变比其程序框图如图4-3所示。 图4-3中“测量完成”是根据测量前的设定测量相别来判定的:“单相”、“三相自 动测量”、“三相:A B/a b”、“三相:B C/b c”、 “三相:C A/c a”这五种情况中只有“三相自动测量”需要继续测量其他都跳至结束。 图4-2键盘程序框图 4)保存历史数据记录 本 科 毕 业 设 计 框图如图4-4所示。 共 42 页 当测量完成后系统自动将当前测量数据存入X25043中保存以供以后查询。其程序 图4-3测量程序框图 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 图4-4保存历史数据记录程序框图 5)检测相位差程序框图 原边和副边信号通过过零检测和光耦隔离连接到单片机指定接口，程序运行时即可测出原边信号的周期和原边、副边信号的过零时间差，从而测出初级和次级信号的相位差为(Tc/T)×3600，如图4-5。 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 图4-5检测相位差程序框图 本 科 毕 业 设 计 结 论 共 42 页 基于单片机的变压器变比测试仪是一种比较新型的智能变比测试仪，它具有四大特点: (1)大大提高变比测试仪的自动化程度，简化测试过程。 (2)实现了较高的测试精度。 (3)系统实现了很高的可靠性。 (4)系统采用大屏幕液晶点阵显示器和汉字打印机，具有较好的人机界面。 此外本系统还有独有的汉显示字库系统。通过自制小汉字库，可以通过单片机的程序设计以及显示器的辅助和专门的汉字字模制作软件生成的汉字数据，完成对汉字图形的显示。该汉字库可以放置到256K的存储器AT29C020中，通过编程器可以将UCDOS98的HZKl6.TXT固化到AT29C020中。 当扩展256K的存储器时，由于AT89C55WD只能寻址64K的空间，我们可以将256K的存储器分成4段寻址(每段64K)，这样需要通过I/口进行段切换。或者换用其他5l兼容的单片机，如AD公司的ADUC831，它可以 直接寻址到1M空间。 为增加汉字输入功能，键盘的数量需要增加。可以参考手机的按键，能输入英文字母A至Z和数字0至9。输入汉字需要设计输入法，目前在单片机系统上用得较多的输入法为拼音输入法和T9输入法，也有采用五笔输入法的。在网上有相应的范例可以参考。 本 科 毕 业 设 计 致 谢 共 42 页 本次毕业设计最终我要感谢的是我的毕业设计指导老师孙会琴副教授。她平易近人、治学严谨、对学生认真负责，她培养了我“独立思考、周密设计、大胆创新”的性格;还让我认识到理论和实践相结合的重要性。这些不仅在做设计的过程中给了我很大帮助，还让我对以后的学习、步入工作有了更大的信心和希望。 在毕业设计期间，孙老师给了莫大的帮助，每当我对设计信心不足的时候，或是遇到难题时，她总是会以一种敬业的态度化解我的难题，还会很耐心的帮我把设计的个体思路和整体思路弄清楚。和老师相处的这段时间里，老师传授给我的不仅仅是理论知识，更重要的是做人做事的经验，她希望我们这群即将离开学校，走入社会的孩子能够早点成长起来，成熟起来。 我还要感谢的是我们学校、学院的领导和老师们，是他们为我们提供了设计资料及其它良好的毕业设计环境;另外我还要感谢在做毕业设计过程中同学给予我的帮助、理解与鼓励;最后我再一次向帮助过我的领导、 老师和同学表示深深的感谢。 本 科 毕 业 设 计 参 考 文 献 1 GB 1094-1979.电力变压器. 共 42 页 2 赵家礼张庆达等编著.变压器故障诊断与修理.北京:机械工业出版社1998 3 何新民宋继成.500KV变电所电气部分设计及运行.北京:水利水电出版社1989 4 王兴刘广一于尔铿.基于变比变化检测的变压器抽头位置跟踪估计算法.中国电机工程学报.1997,1(3):162-165 5 何小兵张欣.变压比电桥检定装置的研制.现代计量测试.1998(3):16-20 6 尚学友.测量变压器变比及误差的新方法.计量技术.1996(4):26-28 7 朱秀.变压器变比组别测试仪.计算机应用研究.1995(1):66-67 8 陈翔宇.低压测电压升高法测量整流变压器变压比.安装.2002(6):37-38 9 Romoser W S.Stoffolano J G The science of Entomology 1998 10 G C Barney Intelligent Instrumentations,1985 11 张义和Protel PCB98电脑辅助电路设计教程,1999 12 Wheeler W CCartwright P,Hayashi C Y Arthropod Phylogeny:a Combined Approach(Cladistics19939:1-39( 13 关志超，曲伟石.洪汉玉计算机图形处理及设计，1998 14 Van Valkenburg M E Network Analysis，1974 15 何立民(单片机应用技术选编(3)(北京航天航空大学出版社,1993 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 附录A 程序清单 显示器显示子程序: RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.5 ORG 0000H LJMP START ORG 2000H START: MOV P1，#01H ACALL ENABLE MOV P1，#38H ACALL ENABLE MOV P1，#0FH ACALL ENABLE MOV P1，#06H ACALL ENABLE MOV P1，#83H ACALL ENABLE MOV DPTR，#TAB MOV R0，#10 LP: MOV A，#00H MOVC A，@A+DPTR ACALL WRITE INC DPTR DJNZ R0,LP SJMP $ WRITE: MOV P1,A SETB RS ;清屏 ; EBABLE为写入控制命令子程序 ;显示模式设置成8位2行5×7点阵;显 示开/关及光标设置 ;文字不动，光标自动右移 ;写入显示起始地址 ; 带空格共10个 ;取数欲写入的数据 ;未写完再继续写 ;写数据子程序 本 科 毕 业 设 计 CLR RW CLR E ACALL BUSY SETB E ;E=1 RET 共 42 页 ENABLE: CLR RS ;写入控制命令的子程序 CLR RW CLR E ACALL BUSY SETB E RET BUSY: MOV P1，#0FFH ;判断液晶显示器是否忙的子程序 CLR RS SETB RW CLR E NOP SETB E JB P1.7，BUSY ;如果P1.7为高电平表示忙就循环等待 RET ORG TAB TAB: DB 49H，20H，4CH，4FH，56H，45H，20H，4DH,43H,55H END 键盘扫描子程序: ORG 0000H LJMP START ORG 2000H START: MOV R0，#0F7H ;扫描初值(P1.3=0) 本 科 毕 业 设 计 LP1: MOV A，R0 ;开始扫描 MOV P1，A MOV A，P1 ;读P1状态 共 42 页 MOV R1，#00H ;取吗指针，为取码做准备 MOV R2，A ;为键盘消抖做准备 SETB C MOV R3LP2: RLC A JNC KEY : INC R1 DJNZ R3MOV ASETB C RRC A MOV R0JC LP1 LJMP START KEY: LCALL DS10MS MOV AXRL AJNZ LP3 LP4: MOV AXRLA R2 JZ LP4 MOV A,R1 MOV DPTRMOVC A， #04H ，LP2 ，R0 ，A ， P1 ，R2 ，P1 ，#TAB ，@A+DPTR ;每次列扫描数 ;按键字左移一位 ;有键按下转KEY ;无键按下，取码指针加1 ;4列未完，则继续扫描列线 ;扫描值送累加器 ;扫描下一列 ; 取回当前扫描值 ;未扫描完继续扫 ;4列扫描完后程序回到起始位置重新开始 扫描 ;10ms后取回的扫描值仍等于原值，说明 有键按下，否则当键抖动处理 ;所取扫描值与原值不等，程序转LP3 ;判断键是否按下 ;取码指针送累加器 ;键值数据表起始地址 LP3 本 科 毕 业 设 计 LJMP START DS10MS:MOV R6，#60H LOOP1: MOV R7，#248 DINZ R7，$ DJNZ R6,LOOP1 RET ORG TAB TAB: DB 01H,02H,03H,0AH DB 04H,05H,06H,0BH DB 07H,08H,09H,0CH DB 0EH,00H,0FH,0DH END AB、BC、CA三相组别的子程序: TABEL_AB:DB 01H，02H，03H ;组别l DB O1H，02H，02H ;组别2 DB 03H，02H，02H ;组别3 DB 02H，02H，02H ;组别4 DB 02H，03H，02H ;组别5 DB 02H，O1H，02H ;组别6 DB O1H，O1H，03H ;组别7 DB 02H，01H，O1H ;组别8 DB 03H，O1H，0lH ;组别9 DB O1H，O1H，O1H ;组别10 DB O1H，03H，0lH ;组别ll DB 01H，02H，01H ;组别12 TABEL_BC:DB 03H，OIH，O1H ;组别 共 42 页 l DB O1H，0lH，01H ;组别2 DB 01H，03H，01H ;组别3 DB 0lH，02H，0lH ;组别4 本 科 毕 业 设 计 DB 01H，02H，03H ;组别5 DB O1H，02H，02H ;组别6 DB 02H(02H，02H ;组别7 DB 02H，02H，02H ;组别8 DB 02H(03H，02H ;组别9 DB 02H(O1H，02H ;组别lO DB 02H，01H，03H ;组别ll DB 02H，0lH，01H ;组别12 TABEL_AC:DB O1H，03H，O1H ;组别l DB O1H，02H，01H ;组别2 DB O1H，02H，03H ;组别3 DB 01H，02H，02H ;组别4 DB 03H，02H，02H ;组别5 DB 02H，02H，02H ;组别6 DB 02H，03H，O1H ;组别7 DB 02H，O1H，02H ;组别8 DB 02H，O1H，03H ;组别9 DB 02H，O1H，O1H ;组别lO DB 03H，0lH，0lH ;组别ll DB O1H，01H，01H ;组别12 测量子程序: ORG 0000H; LJMP MAIN; ORG 0003H; LJMP1 SEVER1; ORG 0013H; LJMP SEVER2; ORG 0030H; MAIN: MOV TMOD,#05H; 共 42 页 本 科 毕 业 设 计 SETB EX0; SETB EX1; SETB T0; SETB T1; SETB EA; SETB TR0; 共 42 页 MOV P0 MOV P1 SS: JNB P3.5 AJMP SS ORG 0100H SEVER1: NOP; NOP; LCALL ZHUAN CJNE A MOV A CJNE A MOV TL0 MOV TL1 REL: RETI; ORG 0150H SEVER2: MOV TL0 MOV TH0 LCALL ZHUAN RETI; ORG 0200H AD转换子程序: MOV ACALL ，#00H; ，#00H; ，STOP; ; ; 延时 ; ，#99H，REL; ，T0; ，#99H,REL; ，#0FFH; ，#0FFH; 中断返回 ; ，#00H; ，#00H; ; 中断返回 ; A，20H ;0H内容送到A D_XCH ;位交换子程序 本 科 毕 业 设 计 共 42 页 WAIT: WAIT: D_XCHH:MOV 20HA ;进行位交换后数据送到20H MOV A，21H ;21H内容送到A ANL A，#0FH ;屏蔽高4位 ACALL D_XCH ;调字节位交换子程序 SWAP A ;A的高4位与低4位交换 MOV 21H，A ;进行位交换后数据送到21H MOV A，20H ;20H内容送到A SWAP A ;高低4位相交换 MOV 20H，A ANL A，#0F0H ;屏蔽低4位 ORL A，21H ;得到处理后高8位数据 MOV 21H，A ; MOV A，20H ; ANL A，#0FH ;得处理后低4位数据 MOV 20H，A MOV SCON，#00H ;设串行方式0输出 MOV A，21H MOV SBUF，A ;输出高8位数据 JNB TI，WAIT CLR TI MOV A，20H MOV SBUF,A ;输出低4位数据 JNB TI，WAIT CLR TI MOV DPTR，#7FFFH ;指向AD7543端口地址 MOVX @DPTR，A ;启动12D/转换输出 MOV C，A.7 MOV 10H，C MOV C，A.6 MOV 11H，C MOV C，A.5 MOV 12H，C MOV C，A.4 MOV 13H，C MOV C，A.3 MOV 14H，C MOV C，A.2 MOV 15H，C MOV C，A.1 MOV 16H，C MOV C，A.0 MOV 17H，C MOV A，22H 本 科 毕 业 设 计 相位差检测子程序: GUAN1 EQU 20H GUAN2 EQU 21H GUAN3 EQU 22H GUAN4 EQU 23H GUAN10 EQU 30H 共 42 页 GUAN20 EQU 31H GUAN30 EQU 32H GUAN40 EQU 33H COUNT0 EQU 24H COUNT1 EQU 25H TEMP EQU 26H FLAG BIT 2FH.0 ORG 00H JMP START ORG 1BH JMP COUNT ORG 30H START: MOV SP,#60H MOV TMOD,#01010001B MOV IE,#10001000B MOV TL1,#LOW(65536-1) MOV TH1,#HIGH(65536-1) MOV GUAN1,#0 MOV GUAN2,#0 MOV GUAN3,#0 MOV GUAN4,#0 MOV GUAN10,#0 MOV GUAN20,#0 本 科 毕 业 设 计 MOV GUAN30,#0 MOV GUAN40,#0 CLR FLAG MOV R6,#5 MOV R7,#200 WAIT: JNB P3.2,WAIT 共 42 页 SETB TR1 WAIT: JB P3.2,WAITT DJNZ R6,WAIT MOV R6,#5 CLR TR1 MOV GUAN10,GUAN1 MOV GUAN20,GUAN2 MOV GUAN30,GUAN3 MOV GUAN40,GUAN4 MOV GUAN1,#0 MOV GUAN2,#0 MOV GUAN3,#0 MOV GUAN4,#0 DEAD: CALL DISPLAY DJNZ R7,DEAD MOV R7,#200 JMP WAIT COUNT: MOV TL1,#LOW(65536-1) MOV TH1,#HIGH(65536-1) PUSH ACC PUSH PSW SETB P3.4 SETB P3.0 本 科 毕 业 设 计 SETB P3.1 SETB P3.3 MOV TEMP,R0 INC GUAN4 MOV R0,#GUAN4 CJNE @R0,#0AH,HOME 共 42 页 MOV GUAN4,#0 INC GUAN3 MOV R0,#GUAN3 CJNE @R0,#0AH,HOME MOV GUAN3,#0 INC GUAN2 MOV R0,#GUAN2 CJNE @R0,#0AH,HOME MOV GUAN2,#0 INC GUAN1 MOV R0,#GUAN1 CJNE @R0,#05H,HOME HOME: POP PSW POP ACC RETI DISPLAY: SETB P3.4 SETB P3.0 SETB P3.1 CLR P3.3 MOV A,GUAN10 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR CJNE A,#88H,NEET 本 科 毕 业 设 计 SETB FLAG MOV P1,#0FFH JMP NEET1 NEET: MOV P1,A CLR FLAG NEET1: CALL DELAY 共 42 页 MOV P1,#0FFH SETB P3.3 SETB P3.0 SETB P3.1 CLR P3.4 MOV A,GUAN20 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR JNB FLAG,NEET2 CJNE A,#88H,NEET2 MOV P1,#0FFH JMP NEET3 NEET2: MOV P1,A NEET3: CALL DELAY MOV P1,#0FFH SETB P3.4 SETB P3.1 SETB P3.3 CLR P3.0 MOV A,GUAN30 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR 本 科 毕 业 设 计 MOV P1,A CLR P1.7 CALL DELAY MOV P1,#0FFH SETB P3.0 CLR P3.1 SETB P3.4 SETB P3.3 MOV A,GUAN40 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A CALL DELAY MOV P1,#0FFH RET TABLE: DB 共 42 页 088H,0BEH,0C4H,094H,0B2H,091H,081H,0BCH,080H,090H,0A0H,083H,0C9H,0 86H,0C1H,0E1H,0FFH,0FFH DELAY: MOV R1,#20 D1: MOV R2,#20 DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1 RET END ZHUAN: CLR C; MOV A，TL0; ADD A,#00H; DA A; 设 计 共 42 页 本 科 毕 业 MOV TL0，A; MOV P0，A; MOV A，TH0; ADDC A，#00H; DA A; MOV TH0，A; MOV P1，A; RET; END; 返回 结束 本 科 毕 业 设 计 图1 Protel电路图 共 42 页