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變壓器智能保護系統(tǒng)人機交互模塊的軟硬件設(shè)計
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1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義
隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，電力在社會生活中的作用也越來越重要，其中變壓器是電力系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)普遍而又十分重要的電氣設(shè)備，它的主要作用有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等。在變壓器的運行過程中有可能發(fā)生故障，從而出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)，產(chǎn)生較大的短路電流。這是非常危險的，因為短路電流產(chǎn)生的熱量不僅會燒壞繞組，破壞繞組絕緣，還可能使變壓器油受熱而產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸。一旦發(fā)生故障，將給電力系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重的后果。為了保證變壓器的安全運行和防止事故擴大，根據(jù)變壓器的容量大小及其重要程度選擇安裝靈敏、快速、可靠性高的各種專用保護裝置就顯得極為重要。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，這些專用的保護裝置越來越智能化，這其中的人機交互技術(shù)得到快速發(fā)展。
目前世界上許多國家的人機交互技術(shù)都在趨于成熟化，不過在我國有些偏遠的農(nóng)村地區(qū)，那里的中小型變壓器的保護裝置還不是很完善，特別是不能及時準(zhǔn)確地向人反映運行中的問題，本設(shè)計就是基于這個問題而提出的。本設(shè)計是通過計算機智能系統(tǒng)對工作電流、工作電壓和變壓器油溫這三個決定變壓器是否正常運行的參數(shù)進行實時監(jiān)控，并通過人機交互界面實現(xiàn)人與計算機的對話，使人能隨時了解該變壓器的運行情況，并且能利用人機交互界面給機器傳達一些指令，回答機器的問題、請示等。這樣能更加高效地工作，提高用電質(zhì)量。
2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述
隨著科技的不斷發(fā)展，計算機的出現(xiàn)引發(fā)國內(nèi)外關(guān)于“人機交互”的研究已經(jīng)有半個世紀(jì)的歷史。從最早的二進制大型計算器到現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實，如今全世界的高科技領(lǐng)域精英們都在為人機交互的發(fā)展和前進不屑努力，且已經(jīng)使人機交互走向了更廣闊的應(yīng)用空間。未來人機交互的的發(fā)展趨向于以人為本的自然和諧的交互。
人機交互，簡單來說，就是人類與計算機交流互動。兩者之間有這樣一個傳導(dǎo)鏈：通過人機接口技術(shù)，使人能夠與計算機發(fā)生聯(lián)系;而計算機則通過一種界面，使人能了解聯(lián)系后的效果。早期的人機交互是通過命令語言進行的，人機之間通過語言的輸入輸出功能完成交互。最初，人機交互的方式是采用手工操作輸入機器語言指令（二進制機器代碼）控制計算機，這種形式很不符合人的習(xí)慣，既耗費時間，又容易出錯因，只有非常專業(yè)的人士才能做到運用自如。目前，人類常用的自然交互方式是語音和筆的交互技術(shù)，包括手寫識別、筆式交互、語音識別 、語音合成、數(shù)字墨水等的研究，發(fā)展已經(jīng)有了很大的成果。如中科院自動化研究所開發(fā)的“漢王筆”手寫漢字識別系統(tǒng)。在未來的計算機系統(tǒng)中，將更加強調(diào)“以人為本”、“自然和諧”的交互方式，一次為宗旨實現(xiàn)人機的高效合作，實現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化。
變壓器智能保護中的人機交互模塊采用的是按鍵輸入模式來與變壓器的控制系統(tǒng)進行對話，同時系統(tǒng)也可以通過顯示界面向人反應(yīng)機器運行的狀況，相比于傳統(tǒng)的變壓器，擁有人機交互界面的變壓器提高了工作效率和質(zhì)量。擁有計算機控制系統(tǒng)的變壓器可以更好更快的運行，人們可以通過人機對話來提高供配電的質(zhì)量，另外，人們還可以利用這個人機交互界面預(yù)測將來的運行狀況，可以降低故障率，大大提高了我國電力系統(tǒng)在偏遠落后地區(qū)建立運行的質(zhì)量。
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3. 課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容
變壓器智能保護系統(tǒng)需要人機交互。使用了微型計算機最常用的輸入設(shè)備，即鍵盤輸入電路。操作人員可以通過鍵盤向主控制單片機輸入校表指令和故障查詢指令，以實現(xiàn)校表和獲得所需故障信息。
一般單片機系統(tǒng)采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤是由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活等特點，因此被廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng)。
在鍵盤輸入模塊，采用由若干機械觸點式按鍵構(gòu)成開關(guān)矩陣鍵盤。硬件電路一共設(shè)計了2×3 六個數(shù)字的輸入形式，并將其和AT89S51單片機的引腳直接相連接。設(shè)計的這1~6個數(shù)字按鍵的功能分別是：功能鍵（S1）、加1鍵(S2)、減1鍵(S3)、確認(rèn)鍵(S4)、切閘鍵(S5)和合閘鍵(S6)。該鍵盤輸入模塊電路圖如圖2-18所示：
4. 設(shè)計（或研究）方法（方案）
1.查閱有關(guān)人機交互各種資料，熟悉人機交互的原理及應(yīng)用。 2.設(shè)計變壓器智能保護系統(tǒng)鍵盤輸入模塊在Proteus仿真，采用Keil完成對系統(tǒng)軟件的編制與調(diào)試，通過Proteus與Keil對搭建的虛擬系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真，實現(xiàn)了脫離實物電路的軟硬件仿真與調(diào)試。
3.將自己設(shè)計的模塊與同伴設(shè)計的模塊結(jié)合起來，進行實驗，對此過程中出現(xiàn)的問題進行完善修改，再實驗。
5. 實施計劃
4周：查閱各種資料，深入了解設(shè)計內(nèi)容，初步了解人機交互的相關(guān)內(nèi)容。
5周做出開題報告，準(zhǔn)備開題報告的演講。
6~12周學(xué)習(xí)ProtelDXP軟件以及人機交互模塊的鍵盤輸入的硬件設(shè)計，還有相應(yīng)的驅(qū)動軟件設(shè)計。
13~15周撰寫論文。
17周 答辯準(zhǔn)備和進行答辯。
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