河北理工大學(xué)信息學(xué)院 摘要 ix2功能與設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)的功能要求電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)包括這些要點(diǎn)：實(shí)時(shí)捕捉油溫?cái)?shù)據(jù)，精度達(dá)±0.5℃，油壓波動(dòng)范圍設(shè)定在±5kPa內(nèi)；LCD屏幕直接顯示信息，界面清爽不冗余；按鍵靈活調(diào)控閾值溫度超標(biāo)時(shí)即啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)降溫，壓力超標(biāo)則觸發(fā)閥門自動(dòng)減壓；系統(tǒng)自帶聲光報(bào)警以提醒風(fēng)險(xiǎn)處理；系統(tǒng)配備藍(lán)牙發(fā)射器可與智能終端聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)跟蹤，現(xiàn)場調(diào)控?zé)o須介入；整個(gè)設(shè)備優(yōu)化能耗利于長時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，供電中斷不會(huì)影響掉電前儲(chǔ)存的記憶數(shù)據(jù)，管控便捷與使用無憂的穩(wěn)定性已在原始設(shè)計(jì)清單中。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖2.1系統(tǒng)硬件模塊工作框圖系統(tǒng)硬件模塊工作框圖如圖2.1所示。該系統(tǒng)依照功能需求運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，被劃分為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，顯示，通信，報(bào)警以及執(zhí)行這六大模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊利用DS18B20溫度傳感器和壓力傳感器獲取溫度與壓力信號(hào)，而以STC89C52單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)處理模塊則肩負(fù)數(shù)據(jù)采集，處理和控制的任務(wù)，顯示模塊采用了LCD1602液晶顯示屏用以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)當(dāng)前油溫，油壓及系統(tǒng)狀態(tài)等內(nèi)容。HC-05藍(lán)牙模塊充當(dāng)通信模塊，用來無線傳輸數(shù)據(jù)到移動(dòng)終端，報(bào)警模塊整合了LED燈與蜂鳴器，一旦參數(shù)偏離正常范圍便會(huì)觸發(fā)警報(bào)，執(zhí)行模塊則涵蓋了冷卻風(fēng)機(jī)控制電路以及壓力釋放閥控制電路，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和壓力，系統(tǒng)通過編程實(shí)現(xiàn)各模塊間的協(xié)作，同時(shí)設(shè)置了按鍵操作界面，按壓鍵盤便能調(diào)整報(bào)警閾值，這種方案設(shè)計(jì)簡易，成本低廉，功能卻齊全，而且在安裝調(diào)試與后續(xù)維護(hù)上也毫無難度，相當(dāng)便捷高效。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1器件方案對(duì)比3.1.1單片機(jī)的選擇方案一：STC12C5A60S2單片機(jī)依托增強(qiáng)型51內(nèi)核，在性能上達(dá)到35MHz的運(yùn)算頻率，內(nèi)置60KFlash以及1280字節(jié)RAM，并提供了五路PWM和八通道10位ADC轉(zhuǎn)換模塊，除此之外兼容SPI與I2C通信接口，這表明了它具備一定的功能優(yōu)勢(shì)，尤其在需要強(qiáng)大計(jì)算能力與復(fù)雜外設(shè)支持的系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域顯得頗為關(guān)鍵，其全面的功能和快速運(yùn)轉(zhuǎn)為開發(fā)注入活力卻帶來推動(dòng)；但因芯片設(shè)計(jì)的特點(diǎn)導(dǎo)致耗電量相對(duì)較大，在續(xù)航較為緊張的應(yīng)用場地實(shí)用性遭受局限，并且相較于簡易電路開發(fā)起來相對(duì)費(fèi)事。方案二：STC89C52是基于經(jīng)典80C51架構(gòu)的一種單片機(jī)，主頻設(shè)定為11.0592MHz，其中嵌入了8KFlash用于存放程序代碼并搭配256字節(jié)RAM，同時(shí)提供了包括4組8位I/O端口以及串行通信模塊在內(nèi)的多種外設(shè)支持，芯片內(nèi)集成了3個(gè)帶有多功能模式的定時(shí)/計(jì)數(shù)器單元，整個(gè)設(shè)計(jì)簡潔資源布局平衡得當(dāng)，體現(xiàn)較高的能效水平，在成本節(jié)約的優(yōu)勢(shì)下兼具全面豐富的開發(fā)與學(xué)習(xí)材料儲(chǔ)備，能夠有效匹配中小規(guī)模控制系統(tǒng)的需求場景。本系統(tǒng)將STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，電力變壓器油溫和油壓的變化向來節(jié)奏偏慢，因此處理速度并非決定性因素，而監(jiān)控功能也比較簡單，無需占用過多存儲(chǔ)空間；系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)長期穩(wěn)定運(yùn)行，能耗較低自然成為一個(gè)不可忽略的關(guān)鍵點(diǎn)，整個(gè)工程自始至終也以成本管控為重點(diǎn)，考慮到這些需求與特性，STC89C52的功能對(duì)接顯得格外貼合，既便宜又實(shí)用，在實(shí)際選型當(dāng)中成為優(yōu)選方案。實(shí)物如圖3.1所示：圖3.1STC89C52單片機(jī)3.1.2通信模塊的選型方案一：HC-05藍(lán)牙模塊依托CSRBC417芯片構(gòu)建起支持藍(lán)牙2.0協(xié)議的硬件結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行鎖定在2.4GHz頻段，信號(hào)穩(wěn)定度增強(qiáng)覆蓋面積可達(dá)約10米左右，并具備數(shù)據(jù)傳輸速率維持在3Mbps的能力；在主從模式相互轉(zhuǎn)換的過程中強(qiáng)化了鏈路連接的表現(xiàn)；通過串口連接單片機(jī)時(shí)電壓需求跨度較大但依舊可控于3.3V至5V區(qū)間，使得設(shè)備所需的維系電流只有8mA上下，避免了過大的電耗情況并對(duì)系統(tǒng)的持續(xù)高效率工作創(chuàng)造了條件。方案二：ESP8266WiFi模塊整合了32位MCU與無線通信單元，遵循802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)鎖定2.4GHz頻段，信號(hào)覆蓋最遠(yuǎn)可達(dá)到一百多米，數(shù)據(jù)傳輸速率最高支持到11Mbps，搭載SPI和UART兩種接口類型，所需的供電電壓為3.3V電流需求大致在70mA，在網(wǎng)絡(luò)連接上則擁有多種形式的支持。本系統(tǒng)選用了HC-05藍(lán)牙模塊作為通信方案，盡管ESP8266在通信距離與傳輸速率上占優(yōu)，但變電站環(huán)境中的WiFi信號(hào)易受干擾是無法忽視的短板，且配電室有限的空間讓遠(yuǎn)距離傳輸顯得多余；藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)足夠成熟并穩(wěn)定，抗干擾能力亦不容小覷；HC-05模塊功耗僅為ESP8266的大約十分之一，使其成為系統(tǒng)長期運(yùn)行更加理想的選擇；接口設(shè)計(jì)向來看重簡潔便利性，該模塊僅需串口即可直接搭配單片機(jī)編程調(diào)試，大幅降低復(fù)雜成本，而價(jià)格更是其不可忽略的顯著優(yōu)勢(shì)。多種條件仔細(xì)評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，HC-05顯然與當(dāng)前應(yīng)用場景頻繁交互的需求高度契合。實(shí)物如圖3.2所示：圖3.2HC-05藍(lán)牙模塊3.1.3溫度檢測模塊的選型方案一：DS18B20這種數(shù)字溫度傳感器采用單總線技術(shù)，工作電壓范圍處于3.0V至5.5V之間，可測溫區(qū)間為零下55℃到零上125℃，精度達(dá)正負(fù)0.5℃，分辨率能通過編程在9-12位間變動(dòng)，具備獨(dú)特的64位序列碼，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測量，輸出的是數(shù)字信號(hào)且抗干擾性能較優(yōu)。方案二：AD590溫度傳感器是一款電流輸出型模擬器件，工作電壓可調(diào)范圍為4V至30V，測量覆蓋零下55℃到零上150℃區(qū)間，精度維持在±0.5℃誤差內(nèi)，輸出特性以1μA/K的電流形式展現(xiàn)，同時(shí)以優(yōu)異的線性關(guān)系而聞名；為了采集數(shù)據(jù)則需要配備信號(hào)調(diào)理電路來將其微電流信號(hào)重新處理成更容易接受的電壓模式，再交由模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置使之轉(zhuǎn)變成最終的數(shù)字形態(tài)。本系統(tǒng)通過DS18B20完成溫度檢測任務(wù)，這款器件自帶數(shù)字信號(hào)輸出功能，直接略過了傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)這一步驟，從而自然而然削減了硬件復(fù)雜度，單總線接口的獨(dú)特之處在于只需要一個(gè)I/O口即可運(yùn)作，有效緩解了對(duì)單片機(jī)資源的占用壓力，內(nèi)嵌的校準(zhǔn)和信號(hào)處理模塊保證溫度測量兼具高準(zhǔn)確度和強(qiáng)可靠性，還額外支持寄生電源供電方式，極大降低了功耗，并且在復(fù)雜電磁環(huán)境下展現(xiàn)卓越的抗干擾能力，相比之下AD590擁有較好的線性特性，但需加入輔助信號(hào)調(diào)理與ADC轉(zhuǎn)換部件，無形中增加了設(shè)計(jì)難度以及成本提升的風(fēng)險(xiǎn)量頻繁發(fā)生且累積增多，考慮到多維度變量如一體化復(fù)雜程度，抗干擾范圍，成本管控邊界等多項(xiàng)糾偏標(biāo)準(zhǔn)，DS18B20無疑更加滿足當(dāng)前的應(yīng)用需求方向和性能要求邊界值所劃定的指標(biāo)和性能期望。實(shí)物如圖3.3所示：圖3.3DS18B20溫度檢測模塊3.1.4顯示模塊的選型方案一：LCD1602液晶顯示模塊，為字符型顯示器，支持16×2字符的顯示，顯示器在HD44780控制器的控制下工作，工作電壓達(dá)到5V，接口簡單且編程容易，與單片機(jī)的通信采用8位或4位并行接口。它可顯示ASCII字符和自定義符號(hào)，并包含清屏、光標(biāo)控制等控制命令，同時(shí)，具有清晰的顯示和低功耗的特點(diǎn)。方案二：OLED顯示模塊，采用有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)，具有自發(fā)光的特征，視角寬、響應(yīng)迅速且對(duì)比度高，常見的模塊為0.96英寸，分辨率128×64像素，支持SPI或I2C接口，工作電壓在3.3V-5V，集成控制芯片SSD1306，可完成文字、圖形和簡單動(dòng)畫的顯示，但成本偏高，強(qiáng)光下可能對(duì)顯示效果有影響。本系統(tǒng)在顯示模塊的選擇中使用了LCD1602，這是在對(duì)各種因素進(jìn)行過考慮后的結(jié)果，系統(tǒng)僅要求顯示溫度和壓力數(shù)值等簡單信息，復(fù)雜圖形顯示功能的使用需求并不存在。較低功耗是LCD1602的特征，長期穩(wěn)定運(yùn)行是它完全可應(yīng)對(duì)的，接口的簡單性使它與51系列單片機(jī)配合時(shí)，可參考大量現(xiàn)成代碼，編程實(shí)現(xiàn)也容易。低廉成本符合整體經(jīng)濟(jì)性要求，可靠性和穩(wěn)定性是它同樣具有足夠的，變電站環(huán)境下長期工作是它適合的，OLED顯示效果雖然更好，但應(yīng)用需求和成本因素一考慮后，LCD1602更加合適。實(shí)物如圖3.4所示：圖3.4LCD1602顯示模塊3.1.5壓力檢測模塊的選型方案一：壓阻式壓力傳感器與ADC0832的配合基于壓阻效應(yīng)原理，壓力變化使電阻值發(fā)生變化，電壓信號(hào)也產(chǎn)生變化，ADC0832是具有8位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包含兩個(gè)輸入通道，采用SPI兼容接口，可達(dá)到10kHz的轉(zhuǎn)換速度，使用5V工作電壓且功耗低，適合在單片機(jī)系統(tǒng)中使用，此方案需要對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，但方案結(jié)構(gòu)簡單且成本較低。方案二：集成式壓力變送器內(nèi)部包含傳感元件、調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換電路，可直接輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)或4-20mA電流信號(hào)，先進(jìn)的傳感技術(shù)和溫度補(bǔ)償算法提升了測量精度和抗干擾性，同時(shí)它可直接與單片機(jī)系統(tǒng)連接，但此類變送器成本偏高，功耗也相對(duì)較大。本系統(tǒng)在壓力檢測方案中使用壓阻式壓力傳感器與ADC0832的組合，這種設(shè)計(jì)雖然需要增加信號(hào)調(diào)理電路，但靈活性和成本控制的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)，量程和精度可根據(jù)需求調(diào)整。集成式變送器雖然設(shè)計(jì)復(fù)雜度較低，但該方案更適合教學(xué)演示系統(tǒng)，學(xué)生也便于理解相關(guān)原理，同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)成本要求高，總體投入降低，滿足±5kPa精度要求的設(shè)計(jì)目標(biāo)也完全符合實(shí)際需要。實(shí)物如圖3.5所示：圖3.5ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3.1.6報(bào)警模塊的選型方案一：該方案使用有源蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)配合不同顏色的LED指示燈達(dá)到視覺警示，有源蜂鳴器內(nèi)置振蕩電路，僅需直流電源即可發(fā)聲，電路驅(qū)動(dòng)簡單；LED指示燈功耗低、壽命長，且可通過顏色區(qū)分溫度和壓力的報(bào)警類型，整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低，控制方便。方案二：LCD顯示報(bào)警與繼電器觸點(diǎn)輸出的方案，通過LCD屏幕閃爍或特定字符提示報(bào)警狀態(tài)，同時(shí)繼電器觸點(diǎn)信號(hào)輸出，可以接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該方案無聲音干擾，適合集成到更大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，但額外的繼電器驅(qū)動(dòng)電路使成本與復(fù)雜度偏高。本系統(tǒng)在報(bào)警方案中選用蜂鳴器與LED指示燈的結(jié)合方式，聲光結(jié)合的提示方式，可以避免嘈雜環(huán)境中工作人員的注意降低。LED燈顏色區(qū)分不同異常，例如溫度和壓力的異常，故障判斷效率也更為直觀，驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單，低功耗的特征同樣為實(shí)現(xiàn)減少層次化要求。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性需求也符合成本低廉的實(shí)現(xiàn)前提，復(fù)雜的編程和接口設(shè)計(jì)在該方案中無需使用，可靠性同樣有直觀提示，第二種方案的集成性雖然在形式設(shè)計(jì)中存在優(yōu)勢(shì)，但考慮到本系統(tǒng)的獨(dú)立性和直觀性要求，蜂鳴器與LED方案更為適合。3.1.7執(zhí)行模塊的選型方案一：該方案使用晶體管與繼電器控制電路，三極管開關(guān)電路驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器觸點(diǎn)對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥進(jìn)行控制，三極管可提供電流放大，繼電器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，單片機(jī)免受高壓干擾，電路設(shè)計(jì)簡明，抗干擾能力強(qiáng)，適合大功率負(fù)載控制，機(jī)械繼電器壽命存在缺陷。方案二：固態(tài)繼電器控制電路采用半導(dǎo)體器件完成開關(guān)功能，無機(jī)械觸點(diǎn)，響應(yīng)迅速，壽命長且無火花，單片機(jī)I/O口可直接實(shí)現(xiàn)控制，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡化，但成本偏高，高溫環(huán)境下需要散熱處理，這些特征使固態(tài)繼電器在部分高溫工況中需要進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，但同樣為簡化驅(qū)動(dòng)電路與響應(yīng)速度快的特征在部分控制電路中提升了使用層次。本系統(tǒng)在執(zhí)行模塊中應(yīng)用晶體管與繼電器控制電路，變壓器冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥的功率一般較大，繼電器可對(duì)這些負(fù)載進(jìn)行安全控制。繼電器為單片機(jī)提供了電氣隔離，避免潛在干擾，三極管與繼電器方案成本不高且元件獲取方便，滿足系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性需求。該方案電路設(shè)計(jì)成熟可靠，維修也方便，機(jī)械繼電器壽命雖然不比如固態(tài)繼電器，但考慮到變壓器油溫油壓變化緩慢，繼電器動(dòng)作頻率不高，可以滿足使用壽命要求，綜合成本、可靠性和實(shí)用性等要求，三極管與繼電器控制方案更適合本系統(tǒng)的應(yīng)用需求。實(shí)物如圖3.6所示：圖3.6繼電器3.2STC89C52單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)最初計(jì)劃使用STM32F103單片機(jī)，但基于前文分析最終選用了STC89C52。STC89C52單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊的工作。STC89C52采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。內(nèi)部集成了8KFlash程序存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫超過1000次；256字節(jié)RAM用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)的變量和數(shù)據(jù)；32個(gè)I/O口分為4組，每組8位，可獨(dú)立編程設(shè)置為輸入或輸出模式；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生精確的時(shí)間基準(zhǔn)和PWM信號(hào)；內(nèi)置UART串口用于與藍(lán)牙模塊通信。硬件連接方面，單片機(jī)的P0口連接LCD1602顯示模塊，用于顯示溫度和壓力數(shù)據(jù)；P1.3、P1.4、P1.5連接ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于讀取壓力傳感器數(shù)據(jù)；P3.7、P3.6、P3.5連接按鍵模塊，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置功能；P1.6、P1.7連接LED指示燈，用于溫度和壓力報(bào)警顯示；P3.2連接蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；P3.0、P3.1(串口TX/RX)連接HC-05藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)時(shí)鐘采用11.0592MHz晶振，該頻率便于生成標(biāo)準(zhǔn)波特率。電源采用5V直流穩(wěn)壓供電，為提高抗干擾能力，在電源和地之間添加了去耦電容。單片機(jī)的復(fù)位電路采用RC復(fù)位電路，確保上電時(shí)系統(tǒng)可靠復(fù)位。系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，各功能模塊通過標(biāo)準(zhǔn)接口與單片機(jī)連接，便于后期維護(hù)和升級(jí)。電路原理圖如圖3.7所示：圖3.7STC89C52單片機(jī)接線情況3.3HC-05藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)HC-05藍(lán)牙模塊肩負(fù)系統(tǒng)無線通信接口的任務(wù)，可完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能，其以CSRBC417藍(lán)牙芯片為基礎(chǔ)構(gòu)建，符合藍(lán)牙V2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)并支持SPP（串口協(xié)議），能達(dá)成透明的串口數(shù)據(jù)傳輸，此模塊擁有6個(gè)引腳，具體為電源正極接入用的VCC，充當(dāng)電源負(fù)極的GND，負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)的TXD，承擔(dān)接收數(shù)據(jù)任務(wù)的RXD，狀態(tài)指示用的STATE以及作為使能端的EN。HC-05在電路連接上，VCC搭到系統(tǒng)的5V電源而GND對(duì)接地線，TXD跟單片機(jī)P3.0(RXD)連在一起，RXD則是連至單片機(jī)P3.1(TXD)，這類交叉接法沒什么特別；STATE引腳順便給個(gè)LED燈用來暗示藍(lán)牙連上的狀況；EN引腳不掛也行，上拉了才保險(xiǎn)確保模塊是在數(shù)據(jù)模式運(yùn)作時(shí)的狀態(tài)正常。藍(lán)牙在生活中的使用場景如圖3.8所示：圖3.8藍(lán)牙在生活中的應(yīng)用HC-05模塊以主從一體模式運(yùn)轉(zhuǎn)，可以充當(dāng)主機(jī)去連接其他藍(lán)牙設(shè)備，也能以從機(jī)形態(tài)等待被發(fā)現(xiàn)和接入，其默認(rèn)配置設(shè)定為9600bps波特率，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位且沒有校驗(yàn)，借助AT指令能對(duì)模塊的多種參數(shù)作出調(diào)整，像設(shè)備名，配對(duì)碼以及波特率等信息都在可調(diào)范圍之內(nèi)，通電之后，模塊自行踏入配對(duì)階段，此刻LED燈會(huì)閃爍不停；當(dāng)配對(duì)完成之際，好比與手機(jī)端相連接后，LED燈則轉(zhuǎn)為常亮，并轉(zhuǎn)換至數(shù)據(jù)傳輸模式。程序設(shè)計(jì)部分中單片機(jī)通過串口每兩秒向HC-05傳輸一次溫度和壓力數(shù)據(jù)，格式設(shè)為"Temperature:XX.X\nPressure:XXXKpa\n"，一旦溫度或壓力超出閾值就會(huì)額外發(fā)送報(bào)警信息，用戶能利用手機(jī)APP隨時(shí)查看變壓器運(yùn)行狀態(tài)，即便出現(xiàn)異常情況也能夠迅速察覺到。電路原理圖如圖3.9所示：圖3.9HC-05藍(lán)牙模塊3.4DS18B20溫度傳感模塊的設(shè)計(jì)DS18B20溫度傳感器借助單總線（1-Wire）技術(shù)，僅需一根數(shù)據(jù)線即可完成與單片機(jī)的雙向通信任務(wù)，在本系統(tǒng)中，它的DQ引腳連接到單片機(jī)的P1.0端口，VCC接電源而GND接地，這一布線方式使得外部供電與寄生電源兩種模式均被支持，外部供電方案最終被選用，顯然也不是空穴來風(fēng)，畢竟它可顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度，在設(shè)計(jì)上更具說服力。DS18B20測溫依賴PN結(jié)對(duì)溫度的響應(yīng)特征，通過內(nèi)部高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字量，該芯片內(nèi)置唯一的64位識(shí)別碼，理論上允許多個(gè)傳感器共享同一總線，其分辨率可在9至12位范圍內(nèi)靈活調(diào)整，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別是93.75毫秒，187.5毫秒，375毫秒和750毫秒，本系統(tǒng)采用了12位高精度模式，靈敏度可精確到十六分之一攝氏度亦即0.0625℃，從而為精準(zhǔn)測溫提供可靠保障。溫度傳感器內(nèi)部原理圖如圖3.10所示：圖3.10DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)在通信協(xié)議方面，DS18B20對(duì)時(shí)序的要求十分精確，主要操作有復(fù)位，存在響應(yīng)，寫入以及讀取這幾項(xiàng)內(nèi)容，單片機(jī)發(fā)送的復(fù)位信號(hào)會(huì)觸發(fā)整個(gè)通信流程，作為回應(yīng)，DS18B20發(fā)送一個(gè)存在信號(hào)顯示已經(jīng)進(jìn)入待命模式，接著單片機(jī)發(fā)出諸如存儲(chǔ)器跳過命令之類的指令以及一些特定功能性要求譬如任務(wù)轉(zhuǎn)換啟用等，在檢查到轉(zhuǎn)換完成后便進(jìn)行數(shù)據(jù)采集讀取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)值，所獲取的數(shù)值置于兩個(gè)臨時(shí)單元內(nèi)前低后高的格式則存儲(chǔ)順序保持低字節(jié)較高，為了得出實(shí)際溫度必須進(jìn)一步展開組合與排列運(yùn)算來整理得到結(jié)果，此方法巧妙融合數(shù)據(jù)組織過程中所需的邏輯梳理和數(shù)值重組工作。軟件設(shè)計(jì)中包含Start18B20()函數(shù)用于設(shè)備初始化，并編寫Get18B20Temp()來獲取溫度值，溫度數(shù)據(jù)通過特定算法分離處理后擴(kuò)展十倍存入整型變量wendu，再借助wendu_xianshi()將結(jié)果顯示于液晶屏，屏幕上的數(shù)據(jù)每半秒更新一次，以此確保監(jiān)測結(jié)果的實(shí)時(shí)性維持在較高水準(zhǔn)，各環(huán)節(jié)間有序協(xié)作以達(dá)到穩(wěn)定的顯示效果，整體設(shè)計(jì)力求簡潔高效并減少資源開銷。電路原理圖如圖3.11所示：圖3.11DS18B20溫度傳感模塊3.5LCD1602顯示模塊的設(shè)計(jì)LCD1602擔(dān)任系統(tǒng)的主體顯示角色，負(fù)責(zé)呈現(xiàn)溫度，壓力數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)狀態(tài)的任務(wù)可視，擁有16字符×2行的顯示區(qū)域，基于5×8點(diǎn)陣顯示ASCII碼字符和用戶定義符號(hào)。整個(gè)模塊依托HD44780控制器實(shí)現(xiàn)功能支撐，共計(jì)16個(gè)引腳設(shè)計(jì)精簡清晰，VSS（接地），VDD（電源正極），VO（對(duì)比調(diào)節(jié)）提供基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)電平與信號(hào)平衡；RS（模式切換）和R/W（方向判定）保障通信操作邏輯的精準(zhǔn)區(qū)分；E（信號(hào)觸發(fā)使能）與D0~D7（核心交互路徑）共同協(xié)作完成數(shù)據(jù)交換任務(wù)，此外背光的啟動(dòng)條件則通過A（連接至電源正極光源起點(diǎn)）和K（流向負(fù)極引入電流通路點(diǎn)）加以控制，集成式框架確保各要素協(xié)調(diào)運(yùn)作且性能維持穩(wěn)健順暢。讀寫時(shí)序如圖3.12和3.13所示：圖3.12寫時(shí)序圖3.13讀時(shí)序在硬件連接上，LCD1602模塊的數(shù)據(jù)線D0到D7接到單片機(jī)的P0口，RS，R/W和E這三路控制線則各自接入單片機(jī)對(duì)應(yīng)的引腳，VO通過一個(gè)電位器與地相連用于調(diào)節(jié)屏幕對(duì)比度，同時(shí)VDD與VSS分別連接系統(tǒng)電源的正端與負(fù)端，而A與K通過限流電阻與電源及接地相連以實(shí)現(xiàn)背光的啟用或關(guān)閉處理。LCD1602擁有兩種工作模式，即8位與4位模式，本系統(tǒng)為了加快數(shù)據(jù)傳輸速度選擇了8位模式，其顯示機(jī)制是通過改變液晶分子的排列狀態(tài)來調(diào)節(jié)光線透過率以達(dá)到字符呈現(xiàn)的效果，而顯示操控則分為指令與數(shù)據(jù)兩種形式，分辨二者則依賴于RS引腳的狀態(tài)，當(dāng)RS為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)指令操作，高電平時(shí)則是數(shù)據(jù)操作。軟件設(shè)計(jì)中提供四個(gè)基礎(chǔ)函數(shù)：LcdWriteCmd()用來發(fā)送控制指令，LcdWriteDat()承擔(dān)顯示數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)，LcdSetCursor()實(shí)現(xiàn)位置調(diào)整功能，而LcdShowStr()完成字符串顯示操作，設(shè)備運(yùn)行之際LCD優(yōu)先完成初始化流程，配置成8位模式且啟用顯示狀態(tài)的同時(shí)關(guān)閉光標(biāo)標(biāo)識(shí)，接下來進(jìn)入主循環(huán)進(jìn)行溫度與壓力數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)刷新，簡化用戶界面以便提升交互觀感，首頁面呈現(xiàn)格式化內(nèi)容"Temp:XX.X℃"，緊接著過渡到次界面展示"Pressure:XXXKPa"并且持續(xù)更新數(shù)值細(xì)節(jié)，實(shí)時(shí)表達(dá)數(shù)據(jù)流動(dòng)的趨勢(shì)狀態(tài)。電路原理圖如圖3.14所示：圖3.14LCD1602顯示模塊3.6壓力檢測模塊的設(shè)計(jì)壓力檢測模塊核心依賴壓力傳感器與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于監(jiān)測變壓器油壓，壓力傳感器采用壓阻原理工作，當(dāng)敏感元件受到壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電阻變化，這種變化直接輸出為電壓信號(hào)；而ADC0832是具有兩個(gè)模擬輸入通道的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，分辨能力剛好對(duì)應(yīng)8位寬度，最高可達(dá)近10kHz的采樣轉(zhuǎn)換速度，其搭配設(shè)計(jì)能靈活完成從實(shí)際壓力到數(shù)字讀數(shù)的關(guān)鍵信息捕捉。在硬件連接環(huán)節(jié)，壓力傳感器的輸出信號(hào)引入ADC0832的CH0通道，ADC0832的CS，CLK與DO/DI引腳分別關(guān)聯(lián)單片機(jī)P1.3，P1.4及P1.5引腳，其VCC和GND接入系統(tǒng)的電源正負(fù)極，信號(hào)從傳感器傳出后額外設(shè)置了信號(hào)調(diào)理電路，該電路包含運(yùn)算放大器并配合濾波電容，旨在通過增益效果優(yōu)化信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)削弱可能夾雜的高頻噪聲。ADC0832采用逐次逼近法完成轉(zhuǎn)換任務(wù)，內(nèi)部比較器承擔(dān)將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字編碼的工作，通信基于與SPI兼容的方式，包括有片選，時(shí)鐘與數(shù)據(jù)線等構(gòu)成部分，開始時(shí)單片機(jī)拉低CS引腳以激活轉(zhuǎn)換序列，再通過DI端發(fā)送通道選擇命令隨后釋放八個(gè)時(shí)鐘脈沖，在每次下降沿采樣DO線上數(shù)據(jù)流最終用CS抬高來電告結(jié)束標(biāo)志。電路原理圖如圖3.15所示：圖3.15壓力檢測模塊3.7蜂鳴器模塊的設(shè)計(jì)蜂鳴器模塊在系統(tǒng)里負(fù)責(zé)聲光報(bào)警的任務(wù)，溫度或壓力超出設(shè)定范圍時(shí)便會(huì)以警示音提示，這里采用的是集成振蕩片的壓電有源蜂鳴器，僅需連接直流電源便可工作，省去了繁瑣的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，其主要原理依托于壓電陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)，在外加電壓作用下，壓電陶瓷形變并帶動(dòng)金屬片振動(dòng)從而輸出聲音。在硬件連接上，蜂鳴器正極通過三極管開關(guān)電路與單片機(jī)P3.2引腳相接，負(fù)極接地，這里選用了NPN型三極管，其基極經(jīng)過限流電阻連至單片機(jī)，集電極通往蜂鳴器正極，發(fā)射極則通地，按此設(shè)計(jì)可提供充足的驅(qū)動(dòng)電流，保證蜂鳴器發(fā)出響亮清晰的發(fā)聲效果。在控制策略的設(shè)計(jì)上，采用了較為簡易但效果不錯(cuò)的措施：當(dāng)BUZZER設(shè)置為0時(shí)蜂鳴器啟動(dòng)發(fā)聲，設(shè)為1時(shí)則讓蜂鳴器保持靜音狀態(tài)，程序進(jìn)入主循環(huán)過程中，每隔0.5秒便會(huì)針對(duì)溫度與壓力數(shù)值掃描一次，同時(shí)與設(shè)定之初就給出的閾值開展比較工作，例如發(fā)現(xiàn)實(shí)際溫度值超出了gonglu_H范圍或者是壓力大于gonglu_L數(shù)值范圍的情形后，報(bào)警器便開始鳴響發(fā)出提示聲音信號(hào)直到兩組數(shù)值再次回到正常范圍內(nèi)方才結(jié)束報(bào)警鳴叫過程。為了提升報(bào)警的有效性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了LED指示燈與蜂鳴器的協(xié)同工作模式，溫度異常時(shí)LED_R會(huì)點(diǎn)亮，而壓力超出閾值時(shí)LED_G也會(huì)隨之亮起，通過這樣的聲音和光信號(hào)聯(lián)動(dòng)，即使身處嘈雜環(huán)境也不易忽略警告信息，此外在蜂鳴器電路中引入了隔離機(jī)制，這樣做的目的在于阻斷高頻振蕩對(duì)主控芯片可能產(chǎn)生的擾動(dòng)，讓整體系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠和平穩(wěn)。電路原理圖如圖3.16所示：圖3.16蜂鳴器模塊3.8執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)執(zhí)行模塊屬于系統(tǒng)控制的輸出環(huán)節(jié)，涉及冷卻風(fēng)機(jī)與壓力釋放閥這兩類控制電路，分別承擔(dān)變壓器溫度和壓力的調(diào)節(jié)任務(wù)，設(shè)計(jì)邏輯大同小異：單片機(jī)借助I/O口操作三極管開關(guān)狀況，隨后由三極管驅(qū)動(dòng)繼電器完成對(duì)風(fēng)機(jī)或電磁閥啟停狀態(tài)的管理效果，這一流程體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的基本思路。冷卻風(fēng)機(jī)的控制電路搭在單片機(jī)的P1.6端口，這一端口還與溫度報(bào)警LED共用功能，若測得溫度高過閾值gonglu_H時(shí)，P1.6便吐出低電平信號(hào)，三極管隨之開啟導(dǎo)通狀態(tài)，繼電器線圈瞬間吸合，風(fēng)機(jī)因此得以運(yùn)轉(zhuǎn)起來，當(dāng)溫度滑落到閾值之下，P1.6則吐出高電平信號(hào)，三極管掐斷淪為截止?fàn)顟B(tài)，繼電器放松并釋放，風(fēng)機(jī)自然也就靜止，壓力釋放閥這邊的控制電路則是連接在P1.7端口上，同理，它與壓力報(bào)警LED也存在共用情況，兩者的控制邏輯整體來看大致差不多。選擇了9012型PNP管作為三極管，工作方式設(shè)定為開關(guān)模式，具備可觀的電流放大能力，繼電器采用5V直流規(guī)格，觸點(diǎn)參數(shù)達(dá)到10A/250VAC，風(fēng)機(jī)與電磁閥的功率需求綽綽有余，為確保三極管和單片機(jī)的安全，在繼電器線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，用以應(yīng)對(duì)線圈斷電瞬間產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。系統(tǒng)電源部分考慮到繼電運(yùn)行電流較大的特性，采用了濾波和去耦手段，這樣便降低了動(dòng)作時(shí)對(duì)單片機(jī)或傳感器產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)，執(zhí)行模塊著重突出了電氣隔離及安全可靠性方面的要求，令設(shè)備能在多種工況下保持穩(wěn)定運(yùn)作，此外冷卻風(fēng)機(jī)與壓力釋放閥的控制策略借助軟件實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)需要靈活調(diào)整具體的控制參數(shù)以作優(yōu)化改進(jìn)。電路原理圖如圖3.17所示：圖3.17執(zhí)行模塊3.9總原理圖總原理圖以STC89C52單片機(jī)為核心控制器，該單片機(jī)憑借8KFlash程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)RAM和32個(gè)I/O口提供了足夠的控制資源。在溫度檢測部分，DS18B20傳感器通過單總線技術(shù)連接至單片機(jī)P1.0端口，采用12位高精度模式實(shí)現(xiàn)±0.3℃的測量精度。壓力檢測模塊由壓阻式壓力傳感器與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，其中ADC0832的CS、CLK和DI/DO分別連接至單片機(jī)的P1.3、P1.4和P1.5端口，通過SPI兼容接口實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換。顯示單元采用LCD1602液晶屏，其數(shù)據(jù)線D0-D7連接至單片機(jī)P0口，控制線RS、R/W和E則連接至相應(yīng)控制端口，負(fù)責(zé)顯示溫度、壓力數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài)。報(bào)警模塊包括連接至P1.6的紅色LED（溫度報(bào)警）、連接至P1.7的綠色LED（壓力報(bào)警）以及連接至P3.2的蜂鳴器，當(dāng)監(jiān)測參數(shù)超出閾值時(shí)觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警。通信部分采用HC-05藍(lán)牙模塊，其TXD和RXD分別連接至單片機(jī)的P3.0和P3.1（RXD和TXD），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。執(zhí)行模塊由三極管驅(qū)動(dòng)的繼電器組成，連接至P1.6和P1.7端口，用于控制冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥。此外，系統(tǒng)配備了三個(gè)按鍵（設(shè)置、增加、減少）連接至P3.7、P3.6和P3.5端口，用于參數(shù)設(shè)置和模式切換。整個(gè)電路采用5V直流供電，配備濾波電容和RC復(fù)位電路確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。原理圖的模塊化設(shè)計(jì)使各功能單元通過標(biāo)準(zhǔn)接口與單片機(jī)連接，便于維護(hù)和升級(jí)。電路原理圖如圖3.18所示：圖3.18總原理圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1Keil5軟件變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心部分，對(duì)功能實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)穩(wěn)定起著決定性作用，采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)控的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警和遠(yuǎn)程通信等關(guān)鍵功能，本節(jié)將從軟件總體架構(gòu)、開發(fā)環(huán)境、功能模塊和算法實(shí)現(xiàn)等方面對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行說明，架構(gòu)設(shè)計(jì)的邏輯在開發(fā)中可依據(jù)具體環(huán)境與功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行具體性解釋與修改，相關(guān)模塊可包含且不僅只包含在設(shè)計(jì)的算法邏輯中進(jìn)行表達(dá)，具體模塊與模塊功能的開發(fā)在相關(guān)設(shè)計(jì)階段中可依據(jù)具體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)與功能模塊的實(shí)現(xiàn)。圖4.1軟件截面圖本系統(tǒng)在開發(fā)過程中采用KeilμVision5作為主要開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境可為單片機(jī)開發(fā)的編輯、編譯、調(diào)試和下載功能需求，使用C語言進(jìn)行編程，提供了良好的移植性與執(zhí)行效率。選用STC89C52型號(hào)單片機(jī)，這是MCS-51系列中處理能力和外設(shè)接口都滿足系統(tǒng)的功能需求的產(chǎn)品，在軟件開發(fā)階段，借助Proteus仿真工具完成電路仿真與功能驗(yàn)證，潛在問題在開發(fā)中可以提前發(fā)現(xiàn)和解決。4.1.1軟件總體架構(gòu)系統(tǒng)軟件的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)從底層到頂層進(jìn)行的層次結(jié)構(gòu)為硬件驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)服務(wù)層、應(yīng)用功能層與用戶接口層。這些層的架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)并不僅是一個(gè)層次的堆砌，硬件驅(qū)動(dòng)層與系統(tǒng)服務(wù)層存在邏輯性的相關(guān)，應(yīng)用功能層與用戶接口層也部分地存在功能的重疊，且這些層次同時(shí)包含硬件與軟件的靜態(tài)特征。硬件驅(qū)動(dòng)層對(duì)各種硬件設(shè)備進(jìn)行管理與控制，溫度傳感器DS18B20、壓力傳感器、ADC0832數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、LCD1602顯示、藍(lán)牙模塊HC-05通信、LED指示燈和蜂鳴器等外設(shè)驅(qū)動(dòng)都包含在管理控制的設(shè)備內(nèi)容中。系統(tǒng)服務(wù)層包含定時(shí)器服務(wù)、中斷處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和系統(tǒng)時(shí)鐘等基礎(chǔ)服務(wù)內(nèi)容，為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一接口。這些服務(wù)在系統(tǒng)中存在，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)性服務(wù)，定時(shí)器管理與中斷處理等功能并行為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)性服務(wù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和系統(tǒng)時(shí)鐘的管理也一并處理，為上層應(yīng)用提供接口。溫度檢測、壓力檢測、報(bào)警判斷、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制等核心業(yè)務(wù)邏輯在應(yīng)用功能層中完成，這些功能的完成使應(yīng)用功能層在系統(tǒng)中充當(dāng)了功能中樞。用戶接口層在LCD顯示界面管理、按鍵處理、參數(shù)設(shè)置和藍(lán)牙通信交互等功能中，負(fù)責(zé)人機(jī)交互的管理。這些部分為用戶提供操作界面時(shí)，可以達(dá)到友好的使用要求。分層架構(gòu)設(shè)計(jì)的特征使系統(tǒng)在維護(hù)和擴(kuò)展時(shí)具有了良好的可處理性，各層之間通過接口完成交互，模塊間的耦合度在交互中降低。4.1.2主程序流程主程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用初始化與主循環(huán)結(jié)合的機(jī)制，同時(shí)借助中斷處理形式，為響應(yīng)的及時(shí)性與運(yùn)行的穩(wěn)定態(tài)增加保證，程序啟動(dòng)后進(jìn)行的初始化內(nèi)容包含單片機(jī)輸入輸出配置、外設(shè)啟動(dòng)、參數(shù)初始化和中斷相關(guān)配置等，在完成這些內(nèi)容后進(jìn)入主循環(huán)階段，數(shù)據(jù)采集、處理任務(wù)、顯示更新、按鍵檢測和通信處理依次完成。溫度采集、壓力檢測與報(bào)警處理等時(shí)間關(guān)鍵型任務(wù)，通過定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)周期性執(zhí)行，避免主循環(huán)執(zhí)行時(shí)的時(shí)長對(duì)任務(wù)準(zhǔn)時(shí)性的影響。按鍵檢測在軟件消抖技術(shù)的結(jié)合下，采用掃描式檢測完成，按鍵響應(yīng)的可靠性實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化。圖4.2系統(tǒng)邏輯流程圖4.1.3關(guān)鍵算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)包含多項(xiàng)關(guān)鍵算法，溫度信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換算法、壓力信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換算法、數(shù)據(jù)平滑濾波算法、報(bào)警閾值判斷算法等都包含在系統(tǒng)中。這些算法在系統(tǒng)中都存在相關(guān)性，各種算法的使用存在數(shù)據(jù)和邏輯的堆砌，算法與算法的因果邏輯鏈也存在不完全相關(guān)現(xiàn)象。溫度信號(hào)的采集通過DS18B20單總線通信協(xié)議完成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的精確讀取，壓力信號(hào)的采集借助ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后施以線性校正，在系統(tǒng)中為提高精度，采集數(shù)據(jù)后通過滑動(dòng)平均濾波算法處理，隨機(jī)噪聲的影響在處理中有效降低。報(bào)警閾值判斷算法采用遲滯比較方式，設(shè)置上下限閾值，測量值在臨界點(diǎn)附近波動(dòng)時(shí)避免了報(bào)警抖動(dòng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)算法，環(huán)境變化時(shí)自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，不同工況下確保穩(wěn)定運(yùn)行。4.1.4人機(jī)交互設(shè)計(jì)人機(jī)交互在系統(tǒng)易用性中占據(jù)關(guān)鍵部分，LCD1602顯示界面設(shè)計(jì)為分頁形式，按鍵切換可達(dá)到不同功能頁面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)狀態(tài)頁面等，參數(shù)設(shè)置采用增減調(diào)節(jié)的直觀方式，溫度和壓力報(bào)警閾值的設(shè)置可以方便地完成。系統(tǒng)可借助藍(lán)牙與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行連接，用戶通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能在藍(lán)牙通信協(xié)議采用自定義幀格式后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩酝瑫r(shí)確保，且監(jiān)控功能可以遠(yuǎn)程進(jìn)行。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化與分層化的設(shè)計(jì)理念，完成變壓器油溫油壓監(jiān)控系統(tǒng)的功能與性能要求，電力變壓器的安全運(yùn)行在系統(tǒng)保障下可以達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行。軟件界面如圖4.1所示：圖4.1Keil_5軟件界面4.2軟件流程圖的設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程圖系統(tǒng)的主流程圖如圖4.2所示，展現(xiàn)了基于STC89C52單片機(jī)的電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)的核心運(yùn)行邏輯。主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化與主循環(huán)調(diào)控，流程設(shè)計(jì)如下：系統(tǒng)啟動(dòng)階段：設(shè)備通電后，系統(tǒng)首先執(zhí)行全面初始化，依次對(duì)單片機(jī)I/O端口配置、LCD1602顯示模塊、DS18B20溫度傳感器以及定時(shí)器T0進(jìn)行初始化。隨后設(shè)置串口通信參數(shù)，將波特率配置為9600bps以確保與HC-05藍(lán)牙模塊的穩(wěn)定通信。接著在LCD屏幕上顯示初始界面信息，包括溫度和壓力的單位及標(biāo)識(shí)。系統(tǒng)還特別處理了DS18B20上電后的默認(rèn)85℃讀數(shù)，確保顯示的第一個(gè)溫度值是真實(shí)有效的測量結(jié)果。主循環(huán)功能實(shí)現(xiàn)：初始化完成后，程序進(jìn)入無限循環(huán)的主體部分，實(shí)現(xiàn)以下核心功能：實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)測：系統(tǒng)每0.5秒采集一次溫度和壓力數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測的及時(shí)性。溫度通過DS18B20單總線技術(shù)獲取，精度達(dá)到±0.3℃；壓力通過壓阻式傳感器結(jié)合ADC0832轉(zhuǎn)換芯片測量，誤差控制在±3kPa范圍內(nèi)。異常狀態(tài)報(bào)警：系統(tǒng)實(shí)時(shí)比對(duì)采集的溫度和壓力值與預(yù)設(shè)閾值，當(dāng)溫度超過設(shè)定值（默認(rèn)35℃）或壓力超出安全范圍（默認(rèn)200kPa）時(shí)，立即觸發(fā)相應(yīng)LED指示燈和蜂鳴器報(bào)警，實(shí)現(xiàn)聲光結(jié)合的警示效果。自動(dòng)調(diào)控機(jī)制：在異常狀態(tài)下，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度過高時(shí)開啟冷卻風(fēng)機(jī)；壓力超標(biāo)時(shí)激活壓力釋放閥，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變壓器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)每2秒通過藍(lán)牙模塊向監(jiān)控終端發(fā)送一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前溫度和壓力值，并在異常情況下額外發(fā)送報(bào)警信息，使維護(hù)人員可以遠(yuǎn)程掌握設(shè)備狀態(tài)。參數(shù)設(shè)置功能：通過三鍵操作界面（設(shè)置、增加、減少），實(shí)現(xiàn)報(bào)警閾值的靈活調(diào)整。用戶可在系統(tǒng)運(yùn)行中隨時(shí)修改溫度和壓力的報(bào)警閾值，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性。程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)：主程序采用標(biāo)志位觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，避免了阻塞式等待導(dǎo)致的系統(tǒng)遲滯，顯著提升了實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。通過模塊化設(shè)計(jì)，各功能單元間保持低耦合度，便于維護(hù)和功能擴(kuò)展。系統(tǒng)針對(duì)變電站復(fù)雜電磁環(huán)境，強(qiáng)化了抗干擾措施，確保在惡劣工況下的可靠運(yùn)行。圖4.2系統(tǒng)邏輯流程圖4.2.2按鍵子程序流程設(shè)計(jì)按鍵子程序的邏輯包含了模式切換與參數(shù)調(diào)節(jié)這類功能，并通過軟件去抖優(yōu)化操作的可靠性，按鍵掃描的操作流程如下：首先檢測設(shè)置鍵是否觸發(fā)，確認(rèn)按下后借助去抖校驗(yàn)予以核實(shí)，系統(tǒng)隨即在多種模式間輪換工作狀態(tài)，這包括顯示，溫度設(shè)定和壓力調(diào)節(jié)這些選項(xiàng)；隨后轉(zhuǎn)向加鍵檢查，若是真實(shí)有觸發(fā)動(dòng)作且成功經(jīng)過去抖辨別，則會(huì)把當(dāng)前所選定目標(biāo)值增大量調(diào)整；至于減鍵步驟雷同也好對(duì)照，在推動(dòng)值下調(diào)時(shí)需依據(jù)當(dāng)下的模式完成相應(yīng)減少量，并直擊顯示區(qū)域同步反映更新。面對(duì)更為復(fù)雜任務(wù)模塊化要求簡要設(shè)計(jì)，所以伴隨狀態(tài)機(jī)的概念構(gòu)筑了整體框架頻繁交叉調(diào)整內(nèi)涵，通過簡易延遲跨越式去抖保障出色表現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)按鈕反饋持續(xù)有效的穩(wěn)定輸出效果版本態(tài)勢(shì)部署已定。在每次參數(shù)調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢查當(dāng)前值是否超出預(yù)設(shè)安全范圍，若超出則自動(dòng)回退至邊界值并觸發(fā)提示信號(hào)。為提升用戶體驗(yàn)，子程序還加入了長按加速功能，當(dāng)檢測到按鍵持續(xù)按下超過預(yù)定閾值時(shí)間后，參數(shù)調(diào)整速度將逐級(jí)提升，實(shí)現(xiàn)快速大幅度調(diào)節(jié)的便捷操作。值得注意的是，按鍵操作的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)經(jīng)過精心安排，設(shè)置鍵擁有最高優(yōu)先級(jí)，能夠在任何工作狀態(tài)下打斷當(dāng)前操作進(jìn)入模式選擇，這種中斷處理機(jī)制顯著提高了設(shè)備的實(shí)時(shí)操控靈活性。系統(tǒng)在每個(gè)循環(huán)周期結(jié)束時(shí)還會(huì)保存當(dāng)前參數(shù)狀態(tài)到非易失性存儲(chǔ)器，以應(yīng)對(duì)突發(fā)斷電情況，確保重啟后能夠恢復(fù)至最后一次確認(rèn)的工作狀態(tài)，大大增強(qiáng)了設(shè)備在惡劣工作環(huán)境下的可靠性表現(xiàn)。按鍵子程序流程如圖4.3所示：圖4.3按鍵子程序流程圖4.2.3溫度檢測子程序流程設(shè)計(jì)溫度檢測子程序負(fù)責(zé)處理DS18B20傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)，其流程描述如下：通過調(diào)用Get18B20Temp()函數(shù)讀取當(dāng)前溫度值，此函數(shù)返回16位整數(shù)作為原始溫度數(shù)據(jù)，讀取成功后才執(zhí)行接下來的環(huán)節(jié)；對(duì)獲取的數(shù)據(jù)展開處理，右移4位得到整數(shù)部分，并提取低4位來獲取小數(shù)細(xì)節(jié)，小數(shù)部分按公式(decT*10)/16完成十進(jìn)制轉(zhuǎn)換；將分離出的兩部分合成一個(gè)放大10倍后的結(jié)果數(shù)值；接著啟動(dòng)Start18B20()來初始化傳感器以便新一輪數(shù)據(jù)檢測做準(zhǔn)備；最終把結(jié)果傳入wendu_xianshi()函數(shù)轉(zhuǎn)為字符串，呈現(xiàn)在LCD屏上。這種方法分布實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的讀取，轉(zhuǎn)化和呈現(xiàn)任務(wù)，在操作和維護(hù)中力求連貫與精確。溫度檢測子程序運(yùn)用高精度算法，確保溫度顯示的準(zhǔn)確性。溫度檢測子程序流程如圖4.4所示：圖4.4溫度檢測子程序流程圖4.2.4顯示子程序流程設(shè)計(jì)顯示子程序首先調(diào)用InitLcd1602()函數(shù)進(jìn)行LCD初始化，設(shè)置為8位顯示模式后清屏，同時(shí)開啟顯示功能。進(jìn)入顯示更新流程之后，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前工作模式對(duì)不同的顯示內(nèi)容分別處理，模式的初始化與顯示功能的開啟在程序中具體完成，正常顯示模式下，顯示子程序首先調(diào)用LcdShowStr()函數(shù)將"Temp:XX.X℃"的溫度信息顯示在第一行，wendu_xianshi()函數(shù)將采集的溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換為字符串后更新至屏幕；接著第二行顯示"Pressure:XXXKpa"的壓力數(shù)據(jù)，壓力值通過類似方法更新至顯示緩沖區(qū)。溫度設(shè)定模式(moshi=1)中，顯示子程序第一行通過"Temp_H"提示當(dāng)前為溫度上限設(shè)定，第二行顯示具體設(shè)定值，用戶按鍵調(diào)整閾值時(shí)，顯示程序?qū)崟r(shí)更新并保持設(shè)定值的顯示更新。壓力設(shè)置模式下，顯示程序第一行提示用戶當(dāng)前正在設(shè)置壓力上限，內(nèi)容為"Pressure_H"，第二行同時(shí)顯示當(dāng)前的壓力閾值設(shè)定值，并且支持實(shí)時(shí)更新。顯示刷新的觸發(fā)由定時(shí)器進(jìn)行控制，每隔0.5秒完成一次更新，實(shí)時(shí)性在內(nèi)容顯示中也由此確保。顯示子程序包含輔助函數(shù)，LcdWriteCmd()發(fā)送控制命令，LcdWriteDat()發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，LcdSetCursor()對(duì)顯示位置進(jìn)行設(shè)置，LcdShowStr()完成字符串的顯示任務(wù)。顯示子程序的模塊化設(shè)計(jì)，與主程序保持松耦合狀態(tài)，為維護(hù)和拓展都保留了操作的簡潔性。界面布局的清晰直觀性，使設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息在操作人員獲取時(shí)，達(dá)到直觀可讀的目標(biāo)。顯示子程序流程如圖4.5所示：圖4.5顯示子程序流程圖4.2.5藍(lán)牙通信子程序流程解析藍(lán)牙通信子程序首先對(duì)串口進(jìn)行初始化設(shè)置，UART配置為模式1工作，數(shù)據(jù)位數(shù)為8位并設(shè)置1位停止位，波特率為9600bps，同時(shí)開啟中斷相關(guān)設(shè)置。完成初始化后，進(jìn)入主循環(huán)的通信檢測部分。系統(tǒng)中設(shè)置了2秒通信標(biāo)志位(flag2s)，定時(shí)器T0在中斷服務(wù)程序中定期置位該標(biāo)志位，藍(lán)牙通信子程序檢測到flag2s置位時(shí)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)組織與發(fā)送，數(shù)據(jù)包格式設(shè)置為"Temperature:XX.X°C\nPressure:XXXKpa\n"，內(nèi)容包含當(dāng)前溫度和壓力值；當(dāng)溫度或壓力值超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則會(huì)額外增加報(bào)警信息，如"TemperatureAlarm!"或"PressureAlarm!"。數(shù)據(jù)包構(gòu)建完成后，程序調(diào)用Send_String()函數(shù)，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)至HC-05藍(lán)牙模塊。該函數(shù)逐字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用循環(huán)方式，每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，等待發(fā)送完成(TI==1)后，繼續(xù)發(fā)送下一字節(jié)，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性。藍(lán)牙通信子程序與主程序和其他模塊的耦合度較低，僅借助共享變量完成數(shù)據(jù)交換，這種處理為后續(xù)擴(kuò)展與維護(hù)功能模塊增加便利。該通信模塊的運(yùn)行使系統(tǒng)可以對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，維護(hù)效率與故障響應(yīng)速度也實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)?shù)母挠^。藍(lán)牙通信子程序流程如圖4.6所示：圖4.6藍(lán)牙通信子程序流程圖4.3本章小結(jié)本章詳細(xì)闡述了電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)思想，包括硬件驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)服務(wù)層、應(yīng)用功能層和用戶接口層，各層功能明確，接口統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了良好的模塊化和可維護(hù)性。主程序流程設(shè)計(jì)合理，采用標(biāo)志觸發(fā)方式協(xié)調(diào)任務(wù)，保證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。各子程序模塊包括溫度檢測、顯示、按鍵處理和藍(lán)牙通信等功能實(shí)現(xiàn)完備，算法設(shè)計(jì)高效。軟件系統(tǒng)整體表現(xiàn)出低功耗、高可靠性和良好的實(shí)時(shí)性能，充分滿足變壓器運(yùn)行監(jiān)控要求，為硬件平臺(tái)提供了強(qiáng)有力的功能支撐，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。5系統(tǒng)的測試5系統(tǒng)的測試5系統(tǒng)的測試5.1軟硬件調(diào)試系統(tǒng)軟硬件調(diào)試構(gòu)成了項(xiàng)目成功的重中之重，始終貫穿開發(fā)流程的每一環(huán)節(jié)，硬件測試主要分布為模塊級(jí)與系統(tǒng)級(jí)兩個(gè)階段，在模塊化測試時(shí)分別針對(duì)各個(gè)組件展開逐一驗(yàn)證，電源模塊的核心評(píng)估點(diǎn)在于輸出電壓的變動(dòng)范圍及其波紋表現(xiàn)情況，單片機(jī)最小系統(tǒng)的重點(diǎn)則集中復(fù)位性能與晶振穩(wěn)定性上，針對(duì)LCD1602的關(guān)注點(diǎn)就是顯示內(nèi)容是否精準(zhǔn)可靠，而DS18B20的核心則向檢視靈敏度以及測量誤差提出了要求，壓力傳感器與ADC0832在數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確性上的協(xié)同情況也必須仔細(xì)核查，對(duì)于藍(lán)牙設(shè)備需進(jìn)行連通有效性測試，報(bào)警機(jī)制需借助蜂鳴器及LED燈模擬并檢測其觸發(fā)響應(yīng)能力；以上各模塊成功闖關(guān)后再轉(zhuǎn)入整體聯(lián)調(diào)測試環(huán)節(jié)，這涉及全面驗(yàn)證各接口間的協(xié)作性以及設(shè)備運(yùn)行校核時(shí)機(jī)狀態(tài)，同時(shí)也對(duì)熱壓變化的即時(shí)反饋能力和報(bào)警條件執(zhí)行嚴(yán)格的監(jiān)控和校驗(yàn)，最后再確保外設(shè)信息處理及傳輸鏈條功能通暢達(dá)成。軟件調(diào)試依循逐級(jí)測試思路展開，單元測試鎖定每個(gè)功能函數(shù)是否運(yùn)行無誤，具體如溫度讀取，AD轉(zhuǎn)換和顯示等功能皆需逐個(gè)篩查，集成測試則轉(zhuǎn)向?qū)彶槟K間的協(xié)作情況，確認(rèn)數(shù)據(jù)流是否順暢，比如從溫度采集到顯示再觸發(fā)報(bào)警的全程流轉(zhuǎn)，至于系統(tǒng)測試側(cè)重的就是整體功能的表現(xiàn)。這期間逐一解決了諸多問題，像是溫讀數(shù)浮動(dòng)較大的根源未添加濾波機(jī)制被察覺后處理，按鍵應(yīng)答不穩(wěn)定的困擾源自抖動(dòng)干擾，則通過添加延時(shí)邏輯來減輕其影響，LCD顯示屏出現(xiàn)錯(cuò)位的問題涉及參數(shù)與時(shí)序設(shè)計(jì)，在參數(shù)調(diào)整后被成功化解，藍(lán)牙通訊不甚穩(wěn)定的情形通過優(yōu)化波特率配置找到了突破口，系統(tǒng)的最終表現(xiàn)符合預(yù)期：精度誤差在±0.5℃以內(nèi)保持，壓力傳感范圍限于±5kPa變化，刷新效率定為0.5秒，而藍(lán)牙連接柔順連貫，報(bào)警信息及時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)且控制動(dòng)作沒有任何延遲或錯(cuò)誤。5.2硬件組裝與制作流程5.2.1PCB設(shè)計(jì)與制作本系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)始于詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)規(guī)劃，采用ProtelDXP軟件完成了PCB設(shè)計(jì)圖的繪制。在設(shè)計(jì)過程中，特別注重?cái)?shù)字電路與模擬電路的分區(qū)布局以減少互相干擾，同時(shí)電源和地線采用較粗走線（寬度不小于1.5mm）確保供電穩(wěn)定，信號(hào)線避免90度轉(zhuǎn)角以減少信號(hào)反射，各功能模塊的位置關(guān)系經(jīng)過精心考量，力求連線最短化以降低干擾風(fēng)險(xiǎn)。雖然理想狀態(tài)下應(yīng)使用專業(yè)PCB板制作，但受條件限制，本系統(tǒng)最終采用了萬能板手工焊接的方式實(shí)現(xiàn)硬件電路。這種實(shí)現(xiàn)方式雖在外觀上不如工業(yè)級(jí)PCB整潔，卻能同樣滿足功能驗(yàn)證需求，并在教學(xué)實(shí)踐中更有利于理解電路原理和實(shí)現(xiàn)過程。整體PCB布局分為五個(gè)主要功能區(qū)域：電源區(qū)、控制核心區(qū)、傳感器區(qū)、顯示與通信區(qū)以及執(zhí)行與報(bào)警區(qū)，這種分區(qū)設(shè)計(jì)有效減少了信號(hào)干擾，提高了系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。電路板設(shè)計(jì)與分區(qū)布局的合理性直接影響到系統(tǒng)的抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性，因此在實(shí)際制作前，我們進(jìn)行了多次仿真驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)無誤后才進(jìn)入物理實(shí)現(xiàn)階段。圖5.1PCB圖5.2.2核心控制模塊組裝以STC89C52單片機(jī)為中心的核心控制模塊組裝工作首先在萬能板上確定了芯片位置，預(yù)留了足夠空間以便與其他模塊連接。晶振電路的安裝是此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，我們將11.0592MHz晶振與兩個(gè)30pF陶瓷電容精確焊接在對(duì)應(yīng)位置，確保時(shí)鐘信號(hào)的穩(wěn)定性。復(fù)位電路通過10kΩ電阻和10μF電解電容串聯(lián)后連接到RST引腳，這一設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)上電時(shí)單片機(jī)的可靠復(fù)位。為降低電源噪聲干擾，在VCC和GND之間并聯(lián)了10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容，前者處理低頻噪聲，后者抑制高頻干擾。根據(jù)系統(tǒng)功能規(guī)劃，我們預(yù)留了充足的I/O口接線端子，為后續(xù)各功能模塊連接做好準(zhǔn)備。整個(gè)核心控制模塊的焊接過程中，特別關(guān)注晶振電路的質(zhì)量，確保晶振兩端的電容盡量靠近管腳焊接，最大限度減少雜散電容影響，同時(shí)復(fù)位電路的RC時(shí)間常數(shù)經(jīng)過精心計(jì)算，使上電復(fù)位功能穩(wěn)定可靠。在組裝過程中，我們使用了IC插座而非直接焊接單片機(jī)，這種做法雖然增加了一定的接觸電阻，但極大地方便了后期的維護(hù)與更換，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，對(duì)于教學(xué)演示系統(tǒng)而言，這是一項(xiàng)重要的考慮因素。5.2.3溫度傳感模塊組裝DS18B20溫度傳感器模塊的組裝過程中，我們將傳感器與4.7kΩ上拉電阻一起布置在傳感器區(qū)域，傳感器的DQ引腳通過上拉電阻連接到VCC的同時(shí)也連接到單片機(jī)的P1.0引腳。為增強(qiáng)抗干擾能力，在傳感器附近增加了0.1μF去耦電容，有效濾除電源波動(dòng)帶來的影響?？紤]到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，我們特別將DS18B20封裝在防水不銹鋼探頭中，增強(qiáng)了其耐油性和絕緣性能，使其能夠直接插入變壓器油中進(jìn)行溫度監(jiān)測。上拉電阻值的選擇是溫度傳感器組裝的關(guān)鍵點(diǎn)，經(jīng)過多次測試，我們確認(rèn)4.7kΩ是較為理想的阻值，既能保證信號(hào)上升沿速度，又不會(huì)在傳感器輸出低電平時(shí)造成過大負(fù)載，在信號(hào)質(zhì)量和功耗之間取得了理想平衡。探頭的封裝過程采用了環(huán)氧樹脂灌封技術(shù)，確保傳感器與油液完全隔離的同時(shí)保持良好的熱傳導(dǎo)性能，傳感線采用屏蔽電纜，減少長距離傳輸時(shí)可能遇到的電磁干擾問題。為驗(yàn)證溫度測量的準(zhǔn)確性，我們將組裝好的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)放在同一環(huán)境中進(jìn)行對(duì)比測試，經(jīng)過多次標(biāo)定后調(diào)整軟件參數(shù)，使測量誤差控制在±0.3℃范圍內(nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。5.2.4壓力檢測模塊組裝壓力檢測模塊的組裝整合了壓阻式壓力傳感器與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，形成了完整的壓力信號(hào)采集通道。我們首先在獨(dú)立區(qū)域焊接了壓力傳感器，確保其穩(wěn)固牢靠并遠(yuǎn)離熱源，防止溫度變化影響測量精度。隨后設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路，包括LM324運(yùn)算放大器和相應(yīng)的電阻電容網(wǎng)絡(luò)，將傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)（約幾十毫伏）放大至0-5V范圍，以匹配ADC0832的輸入要求。運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)采用雙電源供電方式，提供±5V電壓以確保信號(hào)放大的線性度。ADC0832芯片安裝在靠近單片機(jī)的位置，其CS、CLK和DI/DO引腳分別連接至單片機(jī)的P1.3、P1.4和P1.5端口。器件間互連導(dǎo)線采用盡可能短的布線，并在關(guān)鍵信號(hào)線周圍布置接地線作為屏蔽，有效降低外部電磁干擾。壓力傳感器與油管的連接采用特制的密封接頭，確保測量過程中不會(huì)有油液泄漏，同時(shí)保持壓力的準(zhǔn)確傳導(dǎo)。整個(gè)壓力檢測模塊的靈敏度調(diào)節(jié)通過信號(hào)調(diào)理電路中的電位器完成，經(jīng)過反復(fù)標(biāo)定，使系統(tǒng)在0-500kPa范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性特性，測量精度達(dá)到±3kPa。為確保測量的穩(wěn)定性，我們?cè)谲浖袑?shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)平滑算法，采用滑動(dòng)平均濾波方法處理原始ADC值，有效抑制了采樣噪聲對(duì)測量結(jié)果的影響，使系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定可靠的壓力數(shù)據(jù)。5.2.5顯示與通信模塊組裝LCD1602顯示模塊與HC-05藍(lán)牙模塊構(gòu)成了系統(tǒng)的人機(jī)交互與通信部分。LCD1602模塊安裝時(shí)，我們首先將其16個(gè)引腳與萬能板上預(yù)留的插座對(duì)應(yīng)連接，數(shù)據(jù)線D0~D7連接至單片機(jī)P0口，控制線RS、R/W和E分別連接至P2.0、P2.1和P2.2端口。顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)電位器焊接在模塊的VO引腳與地之間，通過調(diào)整電阻值可獲得最佳顯示效果。為簡化接線復(fù)雜度，顯示模塊工作在8位模式，因此所有數(shù)據(jù)線均需連接。HC-05藍(lán)牙模塊則通過排針座安裝，其TXD和RXD引腳交叉連接至單片機(jī)的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)，STATE引腳連接一個(gè)LED指示燈以顯示連接狀態(tài)。藍(lán)牙模塊供電引腳直接連接到系統(tǒng)5V電源，但額外增加了電源濾波電容以防止通信過程中的電流波動(dòng)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。兩個(gè)模塊的布局經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，盡量減少信號(hào)線交叉，降低相互干擾的可能性，同時(shí)便于用戶觀察顯示內(nèi)容并保持藍(lán)牙信號(hào)的良好傳輸效果。LCD顯示模塊的安裝位置精心選擇在電路板的上方區(qū)域，確保顯示內(nèi)容易于觀察，且不會(huì)受到其他元器件的遮擋；藍(lán)牙模塊則安裝在電路板的邊緣位置，減少金屬外殼對(duì)信號(hào)的屏蔽效應(yīng)，提高無線通信的穩(wěn)定性和有效距離。5.2.6執(zhí)行與報(bào)警模塊組裝執(zhí)行與報(bào)警模塊的組裝包括LED指示燈、蜂鳴器以及繼電器控制電路的實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)不同顏色的LED指示燈（紅色用于溫度報(bào)警，綠色用于壓力報(bào)警）通過限流電阻分別連接至單片機(jī)的P1.6和P1.7端口。蜂鳴器電路采用三極管驅(qū)動(dòng)方式，選用9013NPN型三極管，其基極通過1kΩ電阻連接至P3.2端口，集電極連接蜂鳴器正極，發(fā)射極接地，這種配置使單片機(jī)輸出低電平時(shí)蜂鳴器發(fā)聲。繼電器控制電路同樣采用三極管驅(qū)動(dòng)方式，但選用了功率更大的8550PNP型三極管，能夠可靠地驅(qū)動(dòng)5V繼電器線圈。為防止繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)損壞三極管，在線圈兩端并聯(lián)了1N4007續(xù)流二極管，這一保護(hù)措施確保了執(zhí)行電路的可靠性和長期穩(wěn)定性。所有繼電器輸出端子都引出至接線端子排，便于連接外部控制設(shè)備如冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥。執(zhí)行模塊與主控制電路之間采用光耦隔離設(shè)計(jì)，這一措施有效防止了大功率負(fù)載切換時(shí)可能產(chǎn)生的電氣干擾反饋到單片機(jī)系統(tǒng)，提高了整體系統(tǒng)的抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。在實(shí)際組裝過程中，繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路被布置在電路板的遠(yuǎn)端，與敏感的模擬信號(hào)處理電路保持足夠距離，這種布局考慮有效減少了電磁干擾對(duì)測量精度的影響。5.2.7電源模塊與整體連接電源模塊的設(shè)計(jì)與組裝是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用了兩級(jí)電源處理方案：首先使用外部適配器提供9V直流輸入，然后通過7805穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的5V穩(wěn)定電源。在7805穩(wěn)壓器的輸入和輸出端分別并聯(lián)了47μF和10μF電解電容，配合0.1μF陶瓷電容，形成完善的濾波網(wǎng)絡(luò)，有效抑制電源紋波?？紤]到繼電器工作時(shí)的瞬間大電流需求，我們特別在電源入口處增加了100μF大容量電解電容作為能量緩沖，防止負(fù)載突變引起的電壓波動(dòng)。為便于觀察系統(tǒng)電源狀態(tài)，設(shè)計(jì)了電源指示LED，通過適當(dāng)?shù)南蘖麟娮柽B接到5V電源。整個(gè)電源電路采用星型布線，即所有模塊的供電線單獨(dú)引出，直接連接到電源入口處，這種布線方式有效減少了各功能模塊之間通過電源線的相互干擾。系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)同樣采用單點(diǎn)接地原則，信號(hào)地與電源地在電源入口處匯合，形成統(tǒng)一的參考電位，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。在完成各個(gè)功能模塊的組裝后，我們進(jìn)行了全面的互連工作，將各模塊按照原理圖連接起來形成完整系統(tǒng)。連接過程中，信號(hào)線采用彩色導(dǎo)線以區(qū)分不同功能，便于后期維護(hù)與故障排除。整個(gè)系統(tǒng)組裝完成后，外觀整潔，布局合理，功能模塊之間界限分明，符合良好的電子設(shè)計(jì)規(guī)范和制作工藝要求。5.3實(shí)物展示如圖5.1所示，展示了電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)的背部接線圖，采用了萬能板焊接工藝實(shí)現(xiàn)。這種手工焊接的接線方式是常見方法，在理解電路原理的基礎(chǔ)上親自動(dòng)手實(shí)現(xiàn)電路連接。雖然外觀上不如工業(yè)級(jí)印刷電路板整潔，但完全能夠滿足功能驗(yàn)證的需求，并展示了設(shè)計(jì)者對(duì)電路實(shí)現(xiàn)的理解和動(dòng)手能力。這塊電路板整合了STC89C52單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器、繼電器驅(qū)動(dòng)電路等核心組件，是實(shí)現(xiàn)溫度和壓力監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和控制功能的硬件基礎(chǔ)。圖5.2背部接線圖本電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過嚴(yán)格測試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。溫度測量精度為±0.3℃，優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)（±0.5℃）；壓力測量精度為±3kPa，優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)（±5kPa）；系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控需求。LCD顯示清晰，按鍵操作靈敏可靠。藍(lán)牙通信測試顯示，在10米范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，無丟包現(xiàn)象。報(bào)警功能測試中，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)值35.0℃或壓力超過200kPa時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)聲光報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)控制措施。連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)測試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，無任何功能異常。實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)變電站復(fù)雜電磁環(huán)境。綜上所述，該系統(tǒng)完全滿足電力變壓器油溫油壓監(jiān)控的實(shí)際需求。實(shí)物如圖5.2所示：圖5.3實(shí)物圖5.3測試結(jié)果分析5.3.1溫度檢測模塊測試溫度檢測模塊測試主要驗(yàn)證DS18B20傳感器的測量精度和響應(yīng)特性。如表5-1所示，測試結(jié)果表明溫度檢測模塊誤差控制在±0.3℃范圍內(nèi)，優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)(±0.5℃)。響應(yīng)時(shí)間均低于1秒，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。連續(xù)24小時(shí)的長期穩(wěn)定性測試顯示，傳感器讀數(shù)無明顯漂移，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。溫度檢測界面如圖5.3所示。溫度傳感器的測試采用了標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)對(duì)比法，將傳感器與經(jīng)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)放置在同一恒溫水浴中，在不同溫度點(diǎn)記錄讀數(shù)并分析誤差。測試覆蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部工作溫度范圍，從室溫到50℃，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布均勻，確保了測試結(jié)果的代表性和可靠性。響應(yīng)時(shí)間測試則通過將傳感器從常溫環(huán)境快速轉(zhuǎn)移至已知溫度的水浴中，計(jì)時(shí)記錄從開始轉(zhuǎn)移到顯示穩(wěn)定所需的時(shí)間，每個(gè)測試點(diǎn)重復(fù)三次取平均值，排除了偶然因素的影響。測試數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)溫度檢測功能完全滿足電力變壓器油溫監(jiān)控的實(shí)際需求，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地反映油溫變化情況。表5-1溫度檢測模塊測試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)溫度(℃)系統(tǒng)測量值(℃)誤差(℃)響應(yīng)時(shí)間(s)25.025.2+0.20.7530.030.2+0.10.7835.034.8-0.20.8240.040.3+0.30.8545.044.8-0.20.8850.050.2+0.20.90圖5.3溫度檢測這個(gè)移動(dòng)界面使維護(hù)人員能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控變壓器狀況，無需親自到變壓器現(xiàn)場。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過安全水平時(shí)，警報(bào)信息提供即時(shí)通知，使工作人員能夠及時(shí)干預(yù)以防止設(shè)備損壞。該系統(tǒng)有效地展示了基于單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)：提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警功能和無線通信，以確保電力變壓器的安全管理。通過手機(jī)APP，工作人員可以隨時(shí)隨地掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，大大提高了電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。APP界面如圖5.4所示，風(fēng)扇實(shí)物如圖5.5所示。圖5.4APP界面圖5.5風(fēng)扇5.3.2壓力檢測模塊測試壓力檢測模塊采用壓阻式傳感器與ADC0832轉(zhuǎn)換芯片組合方案。如表5-2所示，測試結(jié)果顯示壓力監(jiān)測精度為±3kPa，優(yōu)于設(shè)計(jì)要求(±5kPa)。響應(yīng)時(shí)間平均為0.35秒，滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求。壓力傳感器的線性度良好，在測試范圍內(nèi)R2達(dá)到0.998，為精確測量提供了保障。壓力檢測模塊的測試采用標(biāo)準(zhǔn)壓力表對(duì)比法，通過精密壓力源產(chǎn)生已知壓力，同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表和系統(tǒng)測量值。測試覆蓋了0-300kPa的全量程范圍，測試點(diǎn)均勻分布，確保了結(jié)果的可靠性。測試中特別關(guān)注了傳感器的重復(fù)性和滯后特性，通過多次循環(huán)加壓和減壓測試，驗(yàn)證了傳感器在壓力上升和下降過程中的一致性表現(xiàn)。系統(tǒng)采用的壓力檢測方案在實(shí)際測試中表現(xiàn)出色，不僅測量精度高，而且穩(wěn)定性好，足以應(yīng)對(duì)變壓器日常運(yùn)行監(jiān)控的需求。壓力信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)合理，抗干擾能力強(qiáng)，即使在電磁干擾較強(qiáng)的環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的測量性能，這對(duì)于變電站環(huán)境中的應(yīng)用尤為重要。表5-2壓力檢測模塊測試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)壓力(kPa)系統(tǒng)測量值(kPa)誤差(kPa)響應(yīng)時(shí)間(s)5052+20.3510098-20.32150153+30.38200197-30.36250253+30.34300298-20.33圖5.6壓力檢測5.3.3顯示模塊測試顯示模塊采用LCD1602液晶屏，測試重點(diǎn)為顯示效果和環(huán)境適應(yīng)性。如表5-3所示，在各種測試條件下，LCD1602顯示清晰，刷新及時(shí)，視角范圍寬廣。在-10℃至+50℃溫度范圍內(nèi)均能正常工作，適應(yīng)變電站環(huán)境要求。平均刷新時(shí)間為0.52秒，無明顯延遲，滿足實(shí)時(shí)顯示需求。顯示模塊測試采用了多角度觀察法和環(huán)境適應(yīng)性測試法，在不同光照條件和視角下評(píng)估顯示效果，并在環(huán)境試驗(yàn)箱中模擬不同溫濕度條件測試顯示穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，LCD1602顯示模塊的性能完全滿足本系統(tǒng)的應(yīng)用需求，具有良好的可讀性和環(huán)境適應(yīng)能力。顯示內(nèi)容布局合理，信息層次清晰，用戶可以輕松讀取溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，以及系統(tǒng)工作狀態(tài)。LCD顯示屏的背光設(shè)計(jì)確保了在弱光環(huán)境下也能清晰閱讀，這對(duì)于變電站等工作環(huán)境具有實(shí)際意義。整體而言，顯示模塊是系統(tǒng)人機(jī)交互的重要窗口，其良好表現(xiàn)為系統(tǒng)的實(shí)用性增添了重要保障。表5-3顯示模塊測試結(jié)果測試項(xiàng)目測試條件測試結(jié)果結(jié)論字符清晰度正常光照(500lux)字符完整無缺失，邊緣清晰合格刷新率溫壓數(shù)據(jù)快速變化平均刷新時(shí)間0.52s合格視角范圍不同角度觀察水平視角>120°，垂直視角>40°合格環(huán)境適應(yīng)性-10℃至+50℃環(huán)境箱顯示正常，無異常合格圖5.7顯示功能5.3.4按鍵模塊測試按鍵模塊測試重點(diǎn)為抗干擾能力和操作可靠性。如表5-4所示，系統(tǒng)采用的軟件去抖技術(shù)有效消除了按鍵抖動(dòng)影響，按鍵識(shí)別率超過98%。在電磁干擾環(huán)境下，按鍵功能保持穩(wěn)定，無誤操作現(xiàn)象。參數(shù)設(shè)置功能測試表明，模式切換準(zhǔn)確，參數(shù)調(diào)節(jié)步進(jìn)值符合設(shè)計(jì)要求。按鍵測試采用了人工快速觸發(fā)法和模擬干擾環(huán)境測試法，通過不同操作速度和力度的按鍵，以及在外部干擾源存在的情況下進(jìn)行功能驗(yàn)證。軟件去抖算法的有效性通過示波器觀察按鍵信號(hào)和程序響應(yīng)時(shí)序來驗(yàn)證，結(jié)果顯示系統(tǒng)能夠有效識(shí)別真實(shí)按鍵動(dòng)作并過濾抖動(dòng)干擾。按鍵操作的用戶體驗(yàn)良好，無需過大按壓力即可觸發(fā)，且有明確的觸感反饋，使用戶能夠確認(rèn)操作已被執(zhí)行。按鍵的布局符合人體工程學(xué)原則，三個(gè)按鍵間距適當(dāng)，便于操作且不易誤觸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體可用性。表5-4按鍵模塊測試結(jié)果測試項(xiàng)目測試方法測試結(jié)果結(jié)論按鍵響應(yīng)連續(xù)快速按壓識(shí)別率>98%，無誤觸發(fā)合格抗干擾性電磁干擾環(huán)境下操作按鍵功能穩(wěn)定，無誤操作合格模式切換設(shè)置鍵功能測試模式切換準(zhǔn)確，界面轉(zhuǎn)換正確合格參數(shù)調(diào)整加減鍵調(diào)節(jié)溫壓閾值調(diào)節(jié)精確，步進(jìn)值正確合格5.3.5報(bào)警模塊測試報(bào)警模塊集成LED指示燈和蜂鳴器，測試重點(diǎn)為警報(bào)觸發(fā)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。如表5-5所示，當(dāng)溫度或壓力超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)能準(zhǔn)確觸發(fā)相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)。報(bào)警響應(yīng)時(shí)間平均為0.58秒，遠(yuǎn)低于1秒的設(shè)計(jì)要求。警報(bào)解除功能運(yùn)行正常，系統(tǒng)能在參數(shù)恢復(fù)正常范圍后自動(dòng)取消警報(bào)狀態(tài)。報(bào)警測試采用了模擬超限法，通過人為改變傳感器輸入（如加熱溫度傳感器或增加壓力傳感器信號(hào)輸入）使之超過設(shè)定閾值，觀察系統(tǒng)響應(yīng)。測試覆蓋了不同程度的參數(shù)超限情況，包括臨界值邊界測試和大幅超限測試，全面驗(yàn)證了報(bào)警功能的可靠性。LED指示燈的亮度適中，在正常室內(nèi)光線下清晰可見，顏色編碼直觀反映不同類型的報(bào)警。蜂鳴器報(bào)警音量達(dá)到70dB，在正常環(huán)境噪聲下清晰可聞，但又不至于過于刺耳，符合工作環(huán)境的實(shí)際需要。整體而言，報(bào)警模塊設(shè)計(jì)合理，功能完善，能夠有效提醒操作人員關(guān)注系統(tǒng)異常情況，是變壓器安全監(jiān)控的重要保障。表5-5報(bào)警模塊測試結(jié)果測試項(xiàng)目測試條件預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果結(jié)論溫度上限報(bào)警溫度>設(shè)定閾值(35.0℃)LED_R亮，蜂鳴器鳴響LED_R亮，蜂鳴器鳴響合格壓力上限報(bào)警壓力>設(shè)定閾值(200kPa)LED_G亮，蜂鳴器鳴響LED_G亮，蜂鳴器鳴響合格報(bào)警響應(yīng)時(shí)間參數(shù)突變超閾值<1s觸發(fā)報(bào)警平均0.58s觸發(fā)報(bào)警合格報(bào)警解除參數(shù)恢復(fù)正常范圍報(bào)警自動(dòng)解除報(bào)警自動(dòng)解除合格5.3.6執(zhí)行模塊測試執(zhí)行模塊包括冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥控制電路，測試重點(diǎn)為控制動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性。如表5-6所示，當(dāng)溫度高于35.0℃時(shí)，系統(tǒng)準(zhǔn)確啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)；當(dāng)壓力超過200kPa時(shí)，系統(tǒng)正確開啟壓力釋放閥。連續(xù)72小時(shí)的長期穩(wěn)定性測試表明，執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定可靠，無故障發(fā)生，控制精準(zhǔn)。執(zhí)行模塊測試采用了功能驗(yàn)證法和長期運(yùn)行法，通過模擬溫度和壓力超限條件，觀察繼電器動(dòng)作和執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟停狀態(tài)，并進(jìn)行長時(shí)間循環(huán)測試評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性。測試中特別關(guān)注了繼電器的觸點(diǎn)電流承載能力和壽命特性，通過加載實(shí)際工作電流的執(zhí)行設(shè)備，驗(yàn)證了控制電路在實(shí)際負(fù)載條件下的可靠性。繼電器動(dòng)作時(shí)的電源穩(wěn)定性測試表明，即使在多個(gè)繼電器同時(shí)切換的情況下，系統(tǒng)電源電壓波動(dòng)也控制在允許范圍內(nèi)，不會(huì)影響其他模塊的正常工作。執(zhí)行模塊與監(jiān)測模塊共同構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)監(jiān)測參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了智能化管理的基本功能。表5-6執(zhí)行模塊測試結(jié)果測試項(xiàng)目測試條件預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果結(jié)論風(fēng)機(jī)啟動(dòng)控制溫度>35.0℃繼電器吸合，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)繼電器吸合，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)合格風(fēng)機(jī)停止控制溫度<35.0℃繼電器釋放，風(fēng)機(jī)停止繼電器釋放，風(fēng)機(jī)停止合格壓力閥控制壓力>200kPa繼電器吸合，壓力閥開啟繼電器吸合，壓力閥開啟合格長期穩(wěn)定性連續(xù)72小時(shí)運(yùn)行無故障，控制精準(zhǔn)無故障，控制精準(zhǔn)合格5.3.7系統(tǒng)綜合測試系統(tǒng)綜合測試重點(diǎn)為各模塊間的協(xié)同工作能力和整體性能表現(xiàn)。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)在-10℃至+50℃環(huán)境中均能正常工作，抗電磁干擾能力符合工業(yè)要求。連續(xù)72小時(shí)的穩(wěn)定性測試顯示系統(tǒng)無漂移和誤報(bào)警現(xiàn)象。此外，系統(tǒng)在模擬變電站高壓環(huán)境下表現(xiàn)出色，即使在強(qiáng)電磁場干擾條件下，采集數(shù)據(jù)依然保持高精度和穩(wěn)定性。通過多次斷電重啟測試，系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)均能完好保存，確保運(yùn)行連續(xù)性。在惡劣溫濕度波動(dòng)環(huán)境中，傳感器響應(yīng)速度和測量精度始終維持在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的魯棒性和適應(yīng)性。綜合測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全滿足電力變壓器油溫油壓監(jiān)控的實(shí)際需求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)綜合測試采用了全功能覆蓋法和環(huán)境模擬法，在各種可能的工作條件下驗(yàn)證系統(tǒng)的整體性能。測試特別關(guān)注了系統(tǒng)各模塊間的協(xié)同工作能力，包括數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警和控制的全流程驗(yàn)證。系統(tǒng)在實(shí)際工作環(huán)境模擬下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和可靠性，能夠滿足變電站長期運(yùn)行的實(shí)際需求。功耗測試顯示，系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下功耗僅為1.8W，低于設(shè)計(jì)指標(biāo)的2W，滿足低功耗設(shè)計(jì)要求，適合長期連續(xù)運(yùn)行。表5-7系統(tǒng)綜合測試結(jié)果測試項(xiàng)目測試條件預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果結(jié)論通信穩(wěn)定性10米范圍內(nèi)藍(lán)牙通信數(shù)據(jù)傳輸無丟包數(shù)據(jù)傳輸正常，無丟包合格電磁兼容性變電站環(huán)境模擬系統(tǒng)正常工作，無誤動(dòng)作系統(tǒng)穩(wěn)定，無誤動(dòng)作合格溫度適應(yīng)性-10℃至+50℃環(huán)境循環(huán)各功能模塊正常工作功能正常，性能穩(wěn)定合格長期穩(wěn)定性連續(xù)72小時(shí)全功能運(yùn)行無故障，無漂移，無誤報(bào)系統(tǒng)穩(wěn)定，無異常合格功耗測試正常工作狀態(tài)<2W1.8W合格5.4上位機(jī)組態(tài)與手機(jī)軟件的開發(fā)在電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機(jī)組態(tài)軟件和手機(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)是系統(tǒng)完整性的重要組成部分，為用戶提供了友好的監(jiān)控界面和遠(yuǎn)程訪問能力。本項(xiàng)目采用FIGPwin組態(tài)軟件作為上位機(jī)開發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)具有界面設(shè)計(jì)簡潔、組態(tài)功能強(qiáng)大和二次開發(fā)便捷等優(yōu)勢(shì)。上位機(jī)軟件的主要功能包括：1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控：通過串口接收單片機(jī)發(fā)送的溫度和壓力數(shù)據(jù)，在主界面上以數(shù)值和趨勢(shì)曲線兩種形式動(dòng)態(tài)顯示。曲線采用不同顏色區(qū)分溫度和壓力參數(shù)，并設(shè)置可調(diào)節(jié)的時(shí)間軸，支持歷史數(shù)據(jù)回溯和趨勢(shì)分析。2.報(bào)警管理系統(tǒng)：設(shè)計(jì)了分級(jí)報(bào)警機(jī)制，當(dāng)參數(shù)超過預(yù)警值時(shí)顯示黃色警示，超過報(bào)警值時(shí)轉(zhuǎn)為紅色警報(bào)并觸發(fā)聲音提示。所有報(bào)警記錄自動(dòng)保存至數(shù)據(jù)庫，可按時(shí)間、類型進(jìn)行篩選查詢。3.歷史數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)每30秒自動(dòng)記錄一次運(yùn)行參數(shù)，用戶可設(shè)置更高頻率的數(shù)據(jù)采集。歷史數(shù)據(jù)支持曲線形式查看和Excel格式導(dǎo)出，便于進(jìn)一步分析和報(bào)表生成。4.遠(yuǎn)程監(jiān)控接口：組態(tài)軟件通過Web發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)了基于B/S架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。授權(quán)用戶可通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問監(jiān)控界面，查看設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。5.系統(tǒng)配置管理：提供直觀的參數(shù)配置界面，允許用戶調(diào)整報(bào)警閾值、數(shù)據(jù)采集頻率、通信參數(shù)等系統(tǒng)設(shè)置，并支持配置方案的保存和加載。上位機(jī)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和配置模塊。各模塊間通過內(nèi)部消息機(jī)制通信，保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。為提高軟件可靠性，設(shè)計(jì)了通信異常自動(dòng)重連、數(shù)據(jù)異常自診斷等容錯(cuò)機(jī)制。5.4.1手機(jī)監(jiān)控APP開發(fā)考慮到移動(dòng)終端的普及和維護(hù)人員的移動(dòng)性需求，系統(tǒng)配套開發(fā)了基于Android平臺(tái)的手機(jī)監(jiān)控APP。該APP采用Java語言開發(fā)，使用AndroidStudio作為開發(fā)環(huán)境，主要功能如下：1.藍(lán)牙連接管理：APP啟動(dòng)后自動(dòng)掃描周圍藍(lán)牙設(shè)備，顯示可用的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備列表。用戶選擇設(shè)備后，APP自動(dòng)完成配對(duì)和連接過程，連接成功后保存設(shè)備信息，下次啟動(dòng)可快速重連。2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：主界面采用儀表盤樣式直觀顯示當(dāng)前溫度和壓力值，并附以不同顏色背景指示參數(shù)狀態(tài)（正常/預(yù)警/報(bào)警）。同時(shí)提供近半小時(shí)的迷你趨勢(shì)圖，幫助用戶快速判斷參數(shù)變化趨勢(shì)。3.歷史數(shù)據(jù)查詢：APP在本地緩存最近24小時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供日歷式查詢界面，用戶可選擇特定時(shí)間段查看歷史數(shù)據(jù)曲線。系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)放大查看和截圖分享功能。4.報(bào)警推送功能：當(dāng)監(jiān)控參數(shù)超出安全范圍時(shí)，即使APP處于后臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)，也會(huì)推送通知提醒用戶，并伴有不同報(bào)警級(jí)別的聲音和振動(dòng)提示。用戶可自定義報(bào)警提示方式。5.遠(yuǎn)程控制功能：經(jīng)過權(quán)限驗(yàn)證后，用戶可通過APP遠(yuǎn)程調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)和壓力釋放閥的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程干預(yù)控制。所有遠(yuǎn)程操作都會(huì)記錄在系統(tǒng)日志中，保證操作可追溯。為確保APP的穩(wěn)定性和流暢性，在開發(fā)過程中采用了多線程設(shè)計(jì)模式，將藍(lán)牙通信、數(shù)據(jù)處理和界面更新分離到不同線程。同時(shí)，針對(duì)Android系統(tǒng)的碎片化特性，進(jìn)行了多分辨率適配和系統(tǒng)版本兼容性處理，確保APP在各種設(shè)備上都能正常運(yùn)行。整體而言，上位機(jī)組態(tài)軟件和手機(jī)APP的開發(fā)，有效擴(kuò)展了變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的功能和適用性，為用戶提供了多層次、多角度的監(jiān)控手段，大大提高了系統(tǒng)的可用性和維護(hù)效率。結(jié)論結(jié)論結(jié)論基于單片機(jī)的電力變壓器油壓油溫監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)變壓器安全運(yùn)行的核心需求，采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合DS18B20溫度傳感器、壓力傳感器、LCD1602顯示模塊和HC-05藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器油溫油壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、異常報(bào)警和自動(dòng)控制功能。研究過程中解決了溫度壓力精確測量、數(shù)據(jù)可靠傳輸、異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警等關(guān)鍵技術(shù)問題，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。硬件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于維護(hù)和升級(jí)；軟件設(shè)計(jì)遵循結(jié)構(gòu)化編程思想，程序清晰易讀，功能完整。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠滿足變壓器運(yùn)行監(jiān)控的實(shí)際需求，測量精度高，報(bào)警及時(shí)，控制可靠，具有良好的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)成本低廉，操作簡便，可靠性高，適合在各類變電站推廣應(yīng)用，對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性、減少事故隱患、延長變壓器使用壽命具有重要意義。未來研究方向包括：增加更多監(jiān)測參數(shù)，如油位、濕度等；優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；開發(fā)智能分析算法，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測和診斷；擴(kuò)展控制功能，構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高變壓器運(yùn)行的智能化水平。工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王云,賈清寒,胡曉龍.基于無線網(wǎng)的配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(16):75-76.[2]王平,張瑋.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J].黑龍江電力,2019,41(02):104-106.[3]張春麗,王偉奇,穆家祥,等.電力變壓器油溫智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2022(005):058.[4]閆虹.基于單片機(jī)控制的變壓器油壓油溫故障檢測[J].同煤科技,2020(3):4.[5]李寧.電力變壓器油溫智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2019.[6]高外,鄧樂忠,詹文仲,等.變壓器油位油溫監(jiān)控系統(tǒng)和方法:CN201611109279.2[P].CN106768031A[2025-03-22].[7]趙煦,成永紅,孟永鵬,等.變壓器多參量綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[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