基于LPC1768的干式變壓器溫度控制器的方案設計

鄭一凡

摘 要： 本文內容首先是對主控芯片LPC1768的總體闡述，接著對干式變壓器溫度控制器能夠實現的功能的詳細剖析和解釋，最后完成了干式變壓器溫度控制器的硬件電路設計。

關鍵詞： 變壓器;溫控;LPC1768

1 緒論

變壓器溫度控制器采用LPC1768為主CPU芯片技術，可以利用預埋在干式變壓器繞組測溫孔中的PT100鉑熱電阻來測量干式變壓器的繞組溫度;并能通過測得的溫度值使用戶時時關注變壓器運行的溫度參數值，還可以根據設定的溫度值自動啟停風機，有效地提高變壓器運行的安全性能、可靠性能及延長使用壽命。同時產品具備RS485通訊功能，可方便地與監控系統連接。

2 系統功能介紹

（1）顯示功能。裝置上電后直接進入正常顯示模式，當有鍵盤操作或者有報警界面推出時或者在其他界面時，當不在進行鍵盤操作超過1分鐘后自動進入正常顯示模式。此模式實時檢測并顯示三相繞組溫度，刷新數據時間為1秒。

（2）超溫跳閘功能說明。當三相電路中有任何一相電路的溫度超過設定的超溫跳閘溫度值時候，溫控器會讓跳閘指示燈點亮，并通過超溫跳閘輸出端子給遠方的控制柜送出一個信號，跳閘電路會啟動。

（3）超溫時報警功能實現分析。當三相溫度中的任意一相的溫度達到設定的超溫報警溫度值時，溫控器會啟動告警指示燈的時候會同時接通超溫報警輸出端子信號，進而會向遠方的控制柜發送出一個動作信息，供給控制柜聲光報警系統實現超溫時的保護。

（4）風機啟停功能實現簡要說明。當三相電路的溫度中有任何一相電路溫度超過設定的風機啟動溫度值后，驅動對應相的風機繼電器動作。當三相溫度中任意一相下降到設定的風機停止溫度時，復歸對應相的風機啟動相應的繼電器。

（5）繼電器傳動實驗功能簡介。可以通過人機界面或者遠方計算機對本裝置的的開出繼電器進行傳動實驗。

（6）數設定功能簡析說明。所有參數值的設置都可以在操作面板上通過鍵盤直接設定風機溫度的啟動和關閉、超溫報警溫度、超溫跳閘溫度、功能投退，并且在停電后設置數據不丟失。

（7）事件報告記錄功能實現分析。可記錄溫控器的超溫啟動風機、報警或者跳閘等事件報告記錄，為用戶提供判斷依據。

（8）通訊功能實現簡要描述。帶RS-485串行通訊接口，經過RS232或RS485轉換器，可以與計算機進行通訊，或者直接與帶有RS485接口的通訊管理機通訊。

3 電路設計介紹

3.1 硬件電路設計實現框圖

3.2 所用的元器件選型及其應用闡明

（1）主控芯片使用方法簡介描述。LPC1768微型控制器的外部所設組件包含有可達512KB的Flash存儲器、64KB的數據EPROM存儲器、以太網MAC、USB主機從機OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4個UART、2個CAN通道接口、2個SPI的接口、3個I2C的接口、8通道12位模數轉換器、10位數模轉換器、電機控制PWM、正交編碼器的接口電路、外加4個通用定時器電路、還有6路輸出的通用PWM控制器、并且帶有獨立電池提供電源的RTC和70多個的通用I/O管腳。

（2）電源模塊使用簡要說明。選用MORNSUN生產的LH10-10D0524，輸入交流或直流220V，輸出5V和24V。5V電源給集成芯片供電，24V電源給繼電器供電。

（3）其它外圍芯片介紹。通過一片LM1117低壓差線性調壓器能夠用于將5V電源變換為3.3V電源，用于3.3V集成芯片的供電電源使用。

選擇使用2片LM358用來對3路的溫度傳感器PT100的電阻信號轉化為LPC1768內部的ADC轉換模塊輸入的小電壓的信號。LM358是內部包括有兩個獨立的高增益加內部頻率自動補償的兩個運放，適合于寬范圍的單電源使用，同事也適用于兩個電源的工作模式。

選用AT24C16芯片用于存儲設定的參數和事件報告記錄等數據，它和LPC1768通過I2C總線進行數據的交換。AT24C16是一個16K位的串行COM EEPROM，其內部含有2K個8位字節，該器件要通過I2C總線接口進行操作，有一個專門寫保護功能的I2C總線只占用兩個輸入/輸出口，可以實現多個器件共享一條總線，使用方便，系統簡潔。

選用EL2501光耦用于LPC1768和繼電器的隔離和驅動。繼電器選用松下生產的容量高和有極性繼電器DSP2a-24V，用于超溫時告警和跳閘跳閘和啟動風機時的驅動輸出。

進行數碼管的驅動是由選用ZLG72128芯片完成的，此芯片能夠直接驅動12位共陰極數碼管（或96只獨立的LED）。通訊采用I2C總線方式，與微控制器LPC1768的接口僅需兩根信號線。該芯片為工業級芯片，抗干擾能力強。復位RST是低電平脈沖時響應，將其接入到LPC1768芯片的管腳IO，由LPC1768實現其復位動作。

人機交換接口鍵盤采用四鍵式按鍵，由LPC1768的IO口線能識別按下或松開。

通訊接口芯片采用低功耗半雙工的MAX485收發器，其內部 具有一個驅動器和一個接收器。驅動器具有線路短路故障時電流保護功能，并可以通過熱關斷電路將驅動器的輸出置為高阻狀態，防止功耗損耗過大。接收器輸入具有失效保護特性，當輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。

為了提高抗干擾能力，在芯片LPC1768和MAX485之間采用雙通道隔離器ADuM1201芯片，ADuM1201芯片是采用由ADI公司的iCoupler磁隔離技術的雙通道數字隔離器。采用了CMOS工藝和芯片級的變壓器技術，在器件沒法到達的優勢性能、功耗、體積等各個方面都有光電隔離。

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