图9 RS485串行通讯电路图

2.4. 信号采集电路设计

2.4.1 传感器的选择

气体传感器在选型时要注意以下几个重要参数：

（1）稳定性 稳定性是指传感器在整个工作时间内基本相应的稳定性，它由零点漂移和区间漂移来考察。零点漂移是指在没有目标气体时在整个工作时间内传感器对基本线性条件的响应的变化，区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的响应变化，它表现为传感器输出在工作时间内的降低。

（2）灵敏度 灵敏度是指传感器的输出增量与被测输入量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用四种测定原理之一，即物理、电化学、生物化学、光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限值或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的敏感性。

（3）选择性 选择性也被称为交叉灵敏度。它可以通过测量由某一浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定，这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高的选择性。

（4）抗腐蚀性 抗腐蚀性是指传感器暴露于高浓度目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探测器应能够承受期望气体浓度的10-20 倍，在返回正常工作条件时，传感器的漂移和零点校正值应尽可能小。

另外，从经济性考虑，传感器还应具备低成本、长寿命、易于标定和维护、无需复杂的外围设备、所产生的电子信号不需要由复杂的电子电路来处理等等。

在系统中，传感器技术是关键，对传感器指标要求有很高的灵敏度和选择性，

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而目前大多数气体传感器的交叉敏感现象很严重，因此，如何在保证传感器精度条件下，对每种气体有选择的敏感是传感器的选用中关键的环节。

在几种常见的气体传感器中，导热式传感器易维护，可长期稳定工作，缺点是灵敏度偏低，而且不能测量 CO，难以满足需要。接触燃烧式传感器线性度好，精度高，但燃烧反映需要氧气助燃。半导体式传感器的交叉敏感现象较严重，选择性较差。电化学式传感器的稳定性、灵敏度和选择性等指标基本满足本系统测量需要，因此本设计选择电化学式气体传感器进行气体检测[20]。

2.4.2 信号调理电路设计

硬件系统A/D模块按照可编程采样周期采集范围为VREF- VREF+间的电压，并将电压信号转换成相应的十位数字信号。模拟参考电压的选择可由软件选择为器件正负电源电压或由RA3和RA2引脚间接入的电压确定。硬件系统设计了对传感器信号进行模数转换前的调理电路。对于电流传感器信号调理电路如图10所示，传感器信号首先经R24分压作用，在信号输入点转换成电压信号。后经R23和C12组成的低通滤波回路，有效滤除由信号中混叠的高频噪声信号，后经高精度运算放大器LM358跟随放大，输出到单片机A/D接收引脚，即图中 IN_TEMP信号[21]。

图10 电流型传感器信号调理电路

对于电压型传感器信号调理电路如图11所示，接入的弱电压信号首先经过初级滤波送入远方同相输入端，即保证与反向输入端电阻构成跟随放大电路，同时可以满足线路高阻抗匹配特性，有效滤除电压噪声干扰。传感器信号滤波调理模块和单片机的A/D采样模块共同完成了原始数据采集和数字滤波，是监测系

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统获取有用信息和正确开展分析诊断工作的基础。

图11 电压型传感器信号调理电路

2.4.3 A/D接口电路设计

本设计选用的ADC0809是美国国家半导体公司产品，它是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR，控制与时序电路等[22]。ADC0809的内部逻辑结构图如图12所示。

图12 ADC0809内部逻辑结构

图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路

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完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连[13]。

由于 ADC0809 输入端具有可控的三态输出门，所以它既能同微处理器直接相连，也能通过并行接口芯片同微处理器连接[21]。具体电路图如图13所示。

ADC0809内部带有输出锁存器，可以与单片机直接相连，初始化时，使ST和OE信号全为低电平，送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号，是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断，当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了[22]。

图13 ADC0809与MCU接线电路图

2.5. 液晶显示驱动和报警电路

监测系统硬件电路主要实现变压器机身现场运行状态的监测和故障初步诊断分析，虽然可以通过基于网络或工业级串行总线通讯方式由远程监测上位机对监测结果进行读取查询，在变压器机身附近也需要为现场监测及运行维护人员提供形象的监测结果显示和故障报警功能模块。

系统设计的现场监测数据显示模块为小型液晶显示屏，其控制驱动电路如图14所示。该液晶显示模块采用8位数字信号并行传输模式，BLA和BLK端分别输入液晶显示背光点亮模块的正极和负极。考虑到现场监测人员多数情况下无法实现近距离观测数据，常态下应该保证实现系统无操作十分钟后自动关闭液晶显示屏的功能。该功能通过由单片机IO引脚控制BLA端电平的高低变化来实现。

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