劉春蕾

摘要:此設(shè)計(jì)為用電單位和一些環(huán)境比較潮濕的工作場所設(shè)計(jì)的提供環(huán)境溫濕度的檢測和控制系統(tǒng)。利用單片機(jī)采用數(shù)字PID控制系統(tǒng),由檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行環(huán)節(jié)三部分組成。利用89C系列為核心開發(fā)的溫濕度控制儀,性能穩(wěn)定可靠,不僅可用于電力部門,對(duì)溫濕度要求較高的庫房糧倉等場所也十分適用。

關(guān)鍵詞:電力設(shè)備;溫濕度;單片機(jī);傳感器;數(shù)字PID算法子程序

中圖分類號(hào):TP216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0036-02

溫、濕度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中,人們使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來采集溫度和濕度,通過人工操作加熱、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫濕度,這樣不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差,而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體二極管做溫濕度傳感器,但由于其交換性差,效果也不理想。在某些行業(yè)中對(duì)溫濕度的要求較高,特別是在大型的電力系統(tǒng)中,由于溫度過高或過低引起的元器件失效或由于環(huán)境濕度過高而引起的漏電事故時(shí)有發(fā)生,對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行造成非常大的影響,甚至危及到電力系統(tǒng)局部及操作人員的安全。為了避免這些故障,需要在配電柜柜體內(nèi)安裝控溫、除濕設(shè)備。由于采用了新型單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行控制,所以特別適用于對(duì)溫濕度控制要求較高的繼電保護(hù)柜、儀表箱、計(jì)量柜等設(shè)備。通過加熱去濕使其干燥獲得一個(gè)獨(dú)立的溫濕度可以自動(dòng)控制的恒溫恒濕空間。

一、系統(tǒng)硬件平臺(tái)

本系統(tǒng)以89C系列單片機(jī)為核心,將采集到的信號(hào)送給溫度傳感器、通過HS系列濕度傳感器對(duì)所接收到的溫度、濕度等信號(hào)進(jìn)行采集,送到89C系列單片機(jī)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,通過單片機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行顯示、控制,這樣就將采樣到的非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)加以實(shí)現(xiàn),從而解決了對(duì)溫濕度的電氣控制方案。本系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)配電柜內(nèi)的溫度低于系統(tǒng)中所設(shè)定值的最低值或設(shè)備內(nèi)部的環(huán)境濕度大于系統(tǒng)所設(shè)定的最高值候,單片機(jī)將輸出低電平,這是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)使電加熱元件開始升溫工作,對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行溫度升高,干燥環(huán)境;當(dāng)配電柜內(nèi)的環(huán)境溫度高于系統(tǒng)所設(shè)的最高值或測試到空間濕度小于系統(tǒng)的最小值候,系統(tǒng)電路將輸出高電平,對(duì)加熱電路控制,停止加熱;當(dāng)工作環(huán)境溫度值超過通過循環(huán)風(fēng)來降低工作溫度的上限設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)處理器會(huì)輸出低電平,促使風(fēng)扇工作的控制電路開始工作,排風(fēng)散熱降溫;當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度值小于排風(fēng)降溫設(shè)定得最低值時(shí),微處理器將輸出高電平,停止風(fēng)扇工作。對(duì)環(huán)境的溫、濕度可以得到有效的控制。以89C系列為核心的溫濕度控制系統(tǒng)主要由如下幾部分組成:輸入電路,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路,警示及加熱控制電路和排風(fēng)控制電路,還有一些外設(shè)電路構(gòu)成。該控制系統(tǒng)以微處理器為控制器中心,采用數(shù)字PID算法,經(jīng)過詳細(xì)核算、調(diào)試確定出參數(shù)KP、KI 及 KD的數(shù)值,達(dá)到滿意的控制效果從而構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的控制系統(tǒng)。提高環(huán)境溫、濕度的控制精度,達(dá)到用電單位所提出的精度要求。該系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示:

二、各模塊組成

信號(hào)采集模塊由溫度檢測電路和濕度檢測電路組成。溫度檢測電路,在此系統(tǒng)中,由一個(gè)高性能的雙運(yùn)算放大器、r1、r2、r3組成比例運(yùn)算,且輸入信號(hào)從運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入;則它是一個(gè)反向比例運(yùn)算放大電路。采集到的信號(hào)Ui經(jīng)輸入端電阻r1送到反相輸入端;而同相輸入端通過電阻r2接“地”。經(jīng)過AD590的輸入信號(hào)經(jīng)雙運(yùn)算放大器進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換后可得到電壓輸出,輸出的電壓Uout為100mV/℃,最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的通道CH0送給微處理器。測溫傳感器采用AD系列,它是集成溫度傳感器,其電源電壓為4～30V,測溫范圍-55℃～+150℃。整個(gè)測溫范圍內(nèi)精度可達(dá)±0.5℃,且線性度好,直接輸出為電流(1?滋A/K)由于采用了線性度良好的AD590進(jìn)行溫度測量,故測出的溫度值不需要進(jìn)行線性校正。濕度檢測電路由濕敏傳感器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等組成,采用C/V變換完成濕度檢測。濕敏傳感器采用電容式濕敏元件HS1101,這種元件有響應(yīng)快、線性度和可靠性高、長時(shí)間工作穩(wěn)定性好、長時(shí)間飽和下快速脫濕等特點(diǎn)。因而采用一般處理即可達(dá)到精度為±5%RH的要求。

外部電路由89C51擴(kuò)展接口芯片8155來實(shí)現(xiàn)的6位LED顯示和24鍵的鍵盤/顯示器接口電路。接口芯片8155也可用8255來代替。AT89C51外擴(kuò)1片8155,8155的RAM地址為7E00H~7EFFH,I/O地址為7F00H~7F05H。8155PA口為輸出口,控制鍵盤列線的掃描,PA口同時(shí)又是6位共陰極LED顯示器的位掃描口。PB口作為顯示器的段碼(字型碼)口,8155H的PC口作為鍵盤的行線狀態(tài)的輸入口。

后向通道中光耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向晶閘管之間較理想的接口器件,它由輸入和輸出兩部分組成,輸入部分是一種一砷化鎵發(fā)光二極管,該二極管雜5～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠遷都的紅外光,觸發(fā)輸出部分,輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管,在紅外線的作用下可雙向?qū)?。在使用晶閘管的控制電路中,常常要求晶閘管在電源電壓為零或剛過零時(shí)觸發(fā)晶閘管,來減少晶閘管在導(dǎo)通時(shí)對(duì)電源的影響。這種觸發(fā)方式稱為過零觸發(fā)。過零觸發(fā)需要過零檢測電路,有些光電耦合器內(nèi)部含有過零檢測電路,如MOC3061雙向晶閘管觸發(fā)電路。去濕干燥機(jī)采用我國新型的發(fā)熱材料PTC半導(dǎo)體陶瓷加熱,其加熱部件下面配有微型風(fēng)扇,使熱氣流均勻快速流暢,它可以根據(jù)端子箱的大小尺寸配定。其功率可在300～800W之間調(diào)節(jié),與其配套的排風(fēng)機(jī)可帶走端子箱內(nèi)的濕氣。這套去濕干燥機(jī),結(jié)構(gòu)合理、高效、節(jié)能,其熱效率超過9000,并且安全可靠無明火,不會(huì)引燃物體,其使用壽命比傳統(tǒng)電熱干燥元件高十幾倍。

三、軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫,包括主程序、鍵盤/顯示子程序、數(shù)字PID算法子程序等模塊。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示:

四、結(jié)論

溫濕度的檢測與控制和我們的生活密切相關(guān),在各個(gè)領(lǐng)域(諸如工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生以及各種科學(xué)研究等)的工作中都需要對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制,以滿足相關(guān)工作的正常運(yùn)行。本文以89C51單片機(jī)為核心對(duì)溫濕度的智能化實(shí)時(shí)控制提出了設(shè)計(jì)方案。經(jīng)試驗(yàn)調(diào)試,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,十分適用于電力部門和對(duì)溫濕度要求較高的場所等。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅剛,等.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2003.

[2]李增民.基于AT89C51的多路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[J].設(shè)計(jì)電子工程師,2005,31(9).

[3]江劍,沈燕群,熊研,等.一種實(shí)用溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù),2005,(12).

[4]王麗娟.單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007,(2).