在本系统中，只需一片89C51并少许扩展外围信号调理电路，即可出色地实现本系统功能。
下图便是本设计所用到的单片机：
AT89C51：
图3-1AT89C51外部引脚图
单片机的复位电路：
图3-2单片机复位电路图
时钟电路:
图3-3时钟电路图
2、温度信号处理模块
采用Maxim公司生产的数字温度变送器MAX6674。
MAX6674原理图如图3-4：
图3-4MAX6674原理图
另外我们还采用了6N137光耦合器，以求对继电器信号进行采集。
这是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
6N137光耦合器原理图：
图3-56N137广耦合原理图
在具体的设计电路中，本芯片由模拟电源提供3.3V电压，并且接地点与模拟地AGND相连，AGND与数字地DGND和通信地CGND等通过单点跟系统外壳<上图中用粗黑线画出的）共地，最后接入真正的大地。
采取模拟电压供电和单独接入模拟地AGND的原因是为了防止数字电路的信号噪声干扰模拟信号采集电路，导致对模拟信号的采在集出错。
其中MAX6674与数字系统的通信采用高速通信光耦隔离。
通过Protel绘制的温度信号处理电路如下图所示。
温度监测模块：
图3-6温度检测模块电路图
3、电压、电流信号处理模块
，对于电压信号处理模块，我们采用AD736芯片进行对电压的采集与A/D转换。
AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。
其主要特点是准确度高、灵敏性好<满量程为200mVRMS）、测量速率快、频率特性好<工作频率范围可达0～460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200μA.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%.
AD736采用双列直插式8脚封装，其内部结构图如图3-7：
图3-7AD736内部机构图
在测量电压时，因为变压器的电压量值较大，我们需要先通过电压互感器，将交流高电压降低为交流低压，以便于我们所设计的电压监测控制模块的安全与有效处理。
电压监测转换模块：
图3-8电压监测转换模块电路图
接着，对于电流信号处理模块，我们采用Maxim公司生产的MAX471芯片，有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单的实现以大地为参考点的电流转换，并可工作在较宽的电压范围内。
拥有完美的高端电流监测功能，内部含有精密的内部监测电阻，在工作范围内，精度为2%。
MAX471内部结构如图3-9。
图3-9MAX471内部结构图
在测量电流时，也需要先将大电流转换为小电流，再通过电流监测转换模块。
电流监测转换模块：
图3-10电流监测转换模块电路图
4、报警，警示灯部分
当电力变压器的温度，电流，电压超出额定值时，系统警报系统将会亮灯、鸣笛给与警示，以防工作人员在变压器故障情况下进入工作区域，造成人员伤亡。
随后系统将会根据情况自动进入以下两种维修状态。
1.当变压器温度高于线圈材料的熔点时，即便变压器冷却下来，电流、电压降低下来，也不能随即启动，必须先人为检修后，才能重新启动（通过按钮手动启动>。
2，若变压器最高温度没有高于线圈材料的熔点，则可以待变压器冷却后直接自动重启。
报警模块：
图3-11报警模块电路图
5、键盘与显示
键盘模块：
当维修人员修复好烧坏的变压器线路时，按键以提示系统可以重新启动。
图3-12键盘模块电路图
显示模块：
在电力变压器智能保护装置中，我们采用LCD1602液晶显示模块，它具有微功耗，体积小，显示丰富，超薄轻巧的诸多有点，在各类仪表和低功耗系统中得到了广泛的应用。
此外，程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而这里用到的LCD1602能够自动完成此功能。
显示模块电路图：
图3-13显示模块电路图
6、RS485串行口通信模块
在综合了传输距离，传输成本等多种因素后我们选择串行口通信，进行数据的创送。
为了防止外界干扰，首先采用高速光耦将单片机的UART口和RS-485通信器件隔离，单片机和RS-485通信器件单独供电，这样由通信线路从外界引入的干扰将止于高速光耦处，不会从光耦进入单片机，大大提高了单片机的稳定性。
单片机异步通信口与76176之间采用光电隔离
数据通信模块：
图3-14RS485串行通信电路图
7、设计总图
图3-15变压器智能保护系统电路图
四、软件流程设计
1.综合分析
综合考虑主变压器智能保护系统的高实时性、多任务多线程、AT89C51的硬件条件和实际可操作性，最后确定以51系列μC／OS-II的小型实时操作系统作为系统控制的运行平台，在其基础上进行主变的智能实时测控保护。
综合考虑本系统需要实现的功能，总结出了八大任务可供系统调用：
温度检测任务、一二次侧电流检测任务、一二次侧电压检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、键盘检测任务、RS-485总线通信任务、智能报警任务。
在这些任务中，温度检测任务、电流、电压检测任务、开关量输出任务、信息显示任务、报警任务均没有外部中断启动条件，因此，这些任务都作为时钟实时定时任务。
键盘输入的检测也是由时钟实时定时任务来完成。
RS-485总线通信任务是由外部中断触发启动或者内部事务主动调用启动。
本系统的开发编译环境采用KeilμVision3，它是KeilSoftware公司最新出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。
2.软件算法
本系统的软件算法主要涉及到温度监测、一二次侧电压电流监测、键盘显示控制、通信控制、系统报警调度控制。
温度监测将作为一个系统时钟中断驱使任务，可定时实时完成；电流、电压监测也将作为一个系统时钟中断驱使的任务，定时实时完成；供显示任务和通信任务调用；键盘显示控制中共有4个按键，先由2个I／O口扫描输出，然后再由2个I／O扫描输入，确定按键是否按下；通信控制算法主要是解决通讯任务的启动方式，分为实时中断启动和随机中断启动两种方式；系统调度控制的作用是对上述几个任务进行调度和分配，同时也承担系统各控制参数的修改、控制和检测。
3.软件流程图<简易）
主程序流程图
时钟中断
Y
N
N
判断变压器一二次侧电压或电流是否大于额定值？
Y
自动终止变压器工作并亮灯，鸣笛
液晶显示电流电压大小
判断维修人员是否按下维修完成键？
N
系统重新自动启动
Y
返回
自动终止变压器工作，待变压器冷却后自动重启
图4-1软件流程图
五、设计总结
新型主变压器集成式电量与非电量智能测控装置实现了“集成化”和“智能化”。
其硬件电路采用AT89C51作为控制器的核心，从而大大降低了整个测控装置的功耗和体积，提高了实时控制能力。
软件设计上，以实时操作系统为平台，并在其基础上快速、良好而又实时地运行各种检测和显示任务，达到了智能化和实时性的目的。
对于本次实验，我的收获是很大的：
首先，加深理解了单片机的知识，并运用学到的专业知识和研究思路进行了对电力系统领域问题的研究；其次，我们在课程设计中得到了很好也很难得的锻炼机会，这是平时的实验根本不可能达到的训练目的。
同时培养了自己严谨求实的研究、学习作风！
我也充分体会到系统设计的艰难与曲折！
六、文献参考
[1]公茂法．单片机原理与实践．北京航空航天大学出版社．2009．
[2]郭天祥．十天学会单片机．北京师范大学出版社．2000,6
[3]刘军华．传感器技术及应用实例．电子工业出版社．2008,5
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