变压器智能保护系统人机交互模块的软硬件设计

变压器智能保护系统人机交互模块的软硬件设计

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1. 设计（或研究）的依据与意义

 

随着现代社会的高速发展，电力在社会生活中的作用也越来越重要，其中变压器是电力系统中应用相当普遍而又十分重要的电气设备，它的主要作用有电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。在变压器的运行过程中有可能发生故障，从而出现不正常工作状态，产生较大的短路电流。这是非常危险的，因为短路电流产生的热量不仅会烧坏绕组，破坏绕组绝缘，还可能使变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。一旦发生故障，将给电力系统的正常运行带来严重的后果。为了保证变压器的安全运行和防止事故扩大，根据变压器的容量大小及其重要程度选择安装灵敏、快速、可靠性高的各种专用保护装置就显得极为重要。随着技术的不断创新和发展，这些专用的保护装置越来越智能化，这其中的人机交互技术得到快速发展。

 

目前世界上许多国家的人机交互技术都在趋于成熟化，不过在我国有些偏远的农村地区，那里的中小型变压器的保护装置还不是很完善，特别是不能及时准确地向人反映运行中的问题，本设计就是基于这个问题而提出的。本设计是通过计算机智能系统对工作电流、工作电压和变压器油温这三个决定变压器是否正常运行的参数进行实时监控，并通过人机交互界面实现人与计算机的对话，使人能随时了解该变压器的运行情况，并且能利用人机交互界面给机器传达一些指令，回答机器的问题、请示等。这样能更加高效地工作，提高用电质量。

 

2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 

 

随着科技的不断发展，计算机的出现引发国内外关于“人机交互”的研究已经有半个世纪的历史。从最早的二进制大型计算器到现在的虚拟现实，如今全世界的高科技领域精英们都在为人机交互的发展和前进不屑努力，且已经使人机交互走向了更广阔的应用空间。未来人机交互的的发展趋向于以人为本的自然和谐的交互。

 

人机交互，简单来说，就是人类与计算机交流互动。两者之间有这样一个传导链：通过人机接口技术，使人能够与计算机发生联系;而计算机则通过一种界面，使人能了解联系后的效果。早期的人机交互是通过命令语言进行的，人机之间通过语言的输入输出功能完成交互。最初，人机交互的方式是采用手工操作输入机器语言指令（二进制机器代码）控制计算机，这种形式很不符合人的习惯，既耗费时间，又容易出错因，只有非常专业的人士才能做到运用自如。目前，人类常用的自然交互方式是语音和笔的交互技术，包括手写识别、笔式交互、语音识别 、语音合成、数字墨水等的研究，发展已经有了很大的成果。如中科院自动化研究所开发的“汉王笔”手写汉字识别系统。在未来的计算机系统中，将更加强调“以人为本”、“自然和谐”的交互方式，一次为宗旨实现人机的高效合作，实现集成化、网络化、智能化和标准化。

 

变压器智能保护中的人机交互模块采用的是按键输入模式来与变压器的控制系统进行对话，同时系统也可以通过显示界面向人反应机器运行的状况，相比于传统的变压器，拥有人机交互界面的变压器提高了工作效率和质量。拥有计算机控制系统的变压器可以更好更快的运行，人们可以通过人机对话来提高供配电的质量，另外，人们还可以利用这个人机交互界面预测将来的运行状况，可以降低故障率，大大提高了我国电力系统在偏远落后地区建立运行的质量。

 

参考文献

 

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[7]（美）Nathan Shedroff.Experience Design（M）.Indiana:New Riders Publishing.2001.

 

[8] 刘伟 , 袁修干.  人机交互设计与评价 [M]. 北京:科学出版社，2008：1-2.

[9] 肖承仟 ，曾定文 ，曹飞飞    智能型配电变压器技术及其应用电力设备，2005（6）:1

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3. 课题设计（或研究）的内容

变压器智能保护系统需要人机交互。使用了微型计算机最常用的输入设备，即键盘输入电路。操作人员可以通过键盘向主控制单片机输入校表指令和故障查询指令，以实现校表和获得所需故障信息。

 

一般单片机系统采用非编码键盘。非编码键盘是由软件来识别键盘上的闭合键，具有结构简单、使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统。

 

在键盘输入模块，采用由若干机械触点式按键构成开关矩阵键盘。硬件电路一共设计了2×3 六个数字的输入形式，并将其和AT89S51单片机的引脚直接相连接。设计的这1~6个数字按键的功能分别是：功能键（S1）、加1键(S2)、减1键(S3)、确认键(S4)、切闸键(S5)和合闸键(S6)。该键盘输入模块电路图如图2-18所示：

 

4. 设计（或研究）方法（方案）

  

1.查阅有关人机交互各种资料，熟悉人机交互的原理及应用。 2.设计变压器智能保护系统键盘输入模块在Proteus仿真，采用Keil完成对系统软件的编制与调试，通过Proteus与Keil对搭建的虚拟系统进行联合仿真，实现了脱离实物电路的软硬件仿真与调试。

3.将自己设计的模块与同伴设计的模块结合起来，进行实验，对此过程中出现的问题进行完善修改，再实验。

 

5. 实施计划

4周：查阅各种资料，深入了解设计内容，初步了解人机交互的相关内容。

5周做出开题报告，准备开题报告的演讲。

6~12周学习ProtelDXP软件以及人机交互模块的键盘输入的硬件设计，还有相应的驱动软件设计。

13~15周撰写论文。

17周 答辩准备和进行答辩。

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