内容

1.参考文献

2.介绍

3.实施背景

4.解释

5.算法描述

6.超声波传感器HC-SR04

7.MQ-2气体传感器

8.DHT11温度传感器

9.GreenPAK设计描述

10.硬件的照片

11.结论

参考文献

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介绍

本应用笔记将描述如何使用GreenPAK IC来监控变压器的环境条件。如果检测到变压器标称运行条件的任何增加，监控电路将触发报警蜂鸣器。当变压器温度高于正常工作温度时，会有冷却风扇转动。该应用程序将监测变压器的基本参数，如温度、油位和由多氯多酚或甲基苯变压器油产生的气体。

实施背景

在这个实现中，我们将使用超声波传感器、MQ-2气体传感器、DHT 11温度传感器、冷却风扇、蜂鸣器和SLG46620V [2] GreenPAK IC。

解释

电力系统由发电、输电和配电组成。变压器是电力系统的主要部件之一。变压器是电路中用来改变电路中电流电压的装置。变压器既可用来增加电压(称为升压)，也可用来降低电压(称为降压)。

在长距离传输电力的过程中，比如从发电厂到你家的路上，能量就会丢失。如果电压很高，则能量损失较小，因此电力公司在长距离的输电线路中使用高电压。沿线路传输的功率等于电压乘以电流。电压越高，传输线路内的电流就越低，以提供相同的功率。低电流产生更少的热量和更少的功率损耗。然而，这种高电压对于家庭使用来说太危险了。因此，电力公司使用变压器来改变从发电厂到你家的电压。首先，利用变压器将来自发电厂的电力电压提升到适合远距离传输的水平。稍后，更多的变压器在电压进入你家之前降低电压。

适当的变压器运行需要一些必要的条件。例如，当变压器过载时，它的身体变热，效率降低。为了有效运行，需要一个冷却机制，因此使用冷却风扇来降低温度。

变压器温升可由下式估算:

Δt = (pΣ / a_T）^0.833

地点:

ΔT =温度上升，单位为°C

PΣ =变压器总损耗(功率损耗和热量耗散)，单位为mW

一个_T=变压器的表面积，单位为cm2

变压器中使用的矿物油是多氯多叶甲基苯。它有两个优点:

冷却
当变压器变热时，油在绕组中循环，使其冷却。
绝缘
矿物油还提供绕组之间的绝缘。

变压器油在运行时受到电气和机械应力的影响。此外，在高温操作的催化下，绕组和其他固体绝缘之间的化学相互作用会造成污染。变压器油原有的化学性质会逐渐发生变化，经过多年后就无法达到预期的用途。大型变压器和电气设备中的油定期测试其电气和化学性能，以确保它适合进一步使用。有时油的状况可以通过过滤和处理来改善。

在变压器连续运行过程中，油位下降。油位不应低于某一特定的油位，否则将无法对变压器进行适当的冷却。

算法描述

考虑中的变压器将电压从220v降至15v。变压器矿物油装在一个小容器中，超声波传感器和MQ-2气体传感器安装在其顶部一侧。在变压器的本体上还附加了一个温度传感器来测量其工作温度。

超声传感器、气体传感器和温度传感器的3个传感器输出被送至GreenPAK CMI输入端。GreenPAK中设计的算法接收这些输入并生成输出。在输出侧，冷却风扇、压电蜂鸣器和内置GreenPAK led连接。超声波传感器提供关于容器内油位的信息。如果油位低于一定限度，LED指示灯和蜂鸣器就会打开。MQ-2气体传感器将检测氢气和甲烷(CH₄)从石油中释放出来的气体。这些气体揭示了变压器内部故障的性质。由于油在变压器内部循环，用于冷却和绝缘，当故障发生时，油的成分发生变化，产生不同的气体。在这里，甲烷和氢气的存在将由蜂鸣器和LED显示。

温度传感器检测变压器的体温。如果大于正常运行值(即40℃)，则开启冷却风扇，使变压器体恢复正常温度。蜂鸣器在这种情况下也会被打开。算法流程图如下所示。

图1所示。流程图

使用组件的说明如下。

超声波传感器HC-SR04

超声波传感器是一种利用声波测量到物体距离的装置。它通过以特定频率发出声波，然后听声波反射回来来测量距离。通过记录声波产生和声波反弹之间经过的时间，就有可能计算出声纳传感器和物体之间的距离。既然我们知道声音在空气中传播的速度是344米/秒，那么我们就可以用声波返回的时间乘以344米，得到声波来回的总距离。往返是指声波在被传感器检测到之前传播了两倍于物体距离的距离;它包括从声纳传感器到物体的“行程”和从物体到超声波传感器的“行程”。超声波传感器如下图所示。

图2。超声波传感器

它由4个引脚组成:Vdd、GND、Trigger和Echo。Vdd为直流电源输入。每当脉冲被施加在触发器引脚上时，传感器就会从一个机器人眼状的出口向前方发出超声波波形。当从障碍物反射回来时，这个波形被另一只“眼”检测到，控制器从Echo引脚感知到。传感器与障碍物之间的距离越大，回声管脚感应到的脉冲就越长。脉冲停留的时间等于声纳脉冲从传感器到返回所花费的时间，除以2。当声纳被触发时，内部计时器开始并持续运行，直到它检测到反射波。这个时间再除以2，因为声波到达障碍物的实际时间是计时器开启时间的一半。

计算时间的公式如下:

声波到达障碍物的时间由下式求得:

为了产生超声波，你需要将触发针设置在HIGH状态10µs。它会发出一个8个周期的声波脉冲，以音速传播，在障碍物反射后，会被回波引脚接收到。回声管脚将输出声波传播的时间，以微秒为单位。

图3。触发和回波信号

MQ-2气体传感器

MQ系列气体传感器使用一个带有电化学传感器的小加热器。它们对一系列气体敏感，可在室温下在室内使用。MQ-2气体传感器模块用于气体泄漏检测，在家用和工业中都很有用。它可以检测液化石油气、i-丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气和烟雾。一些模块有一个内置的可变电阻，以调整传感器的灵敏度。MQ-2气体传感器及其与SLG46620V的连接示意图如下图所示。

图4。连接图

DHT11温度传感器

DHT11传感器具有温度和湿度传感器组合和校准信号输出。采用独有的数字信号采集技术和温湿度传感技术，保证了高可靠性和良好的长期稳定性。该传感器包括电阻型湿度测量组件和NTC温度测量组件，并连接高性能8位微控制器，具有高质量、快速响应、抗干扰能力和成本效益。每个DHT11元件在实验室中严格校准，湿度校准极为准确。校准系数以程序的形式存储在OTP存储器中，用于传感器内部信号检测过程。

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