趙印明　凌　光　王　江　王　琳

(國網(wǎng)浙江省電力公司　紹興供電公司，浙江　紹興312000)

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模塊化智能溫濕度控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙印明凌光王江王琳

(國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000)

摘要：針對傳統(tǒng)溫濕度控制器更換中存在浪費(fèi)及可能觸電的問題，設(shè)計(jì)了基于分列模塊的智能溫濕度控制器,該裝置分為電源、溫濕度檢測、加熱除濕控制、分析控制和顯示面板等5個(gè)模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)化插件式設(shè)計(jì),在裝置發(fā)生故障時(shí)，可以通過不停電更換某個(gè)插件的方式排除故障.

關(guān)鍵詞：溫濕度控制器；分列模塊；標(biāo)準(zhǔn)化

溫濕度控制器是廣泛應(yīng)用于變電站內(nèi)的重要測量控制裝置，用于監(jiān)測和調(diào)節(jié)高壓開關(guān)柜、端子箱、匯控柜等箱體內(nèi)部的溫濕度，使電氣設(shè)備工作于適宜的溫濕度條件下，從而減少高溫、潮濕對設(shè)備造成的不良影響，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性.

目前使用的溫濕度控制器均采用集成封裝式結(jié)構(gòu)，控制器損壞時(shí)只能夠整體更換.而長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，控制器中電源部分損壞的幾率最高，其次是面板顯示部分，而其他部分損壞幾率很低.因此，整體更換在設(shè)備和經(jīng)濟(jì)方面會(huì)造成很大的浪費(fèi).另一方面，目前的溫濕度控制器電源均由外部220V交流電通過接線端子直接接入，在更換時(shí)必須停電處理，不僅大大降低了工作效率，而且有觸電危險(xiǎn).

為解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于分列模塊的智能溫濕度控制器，把溫濕度控制器分解成5個(gè)模塊：電源模塊、分析控制電路、顯示面板、加熱除濕控制模塊、溫濕度檢測模塊[1].各個(gè)模塊分別做成標(biāo)準(zhǔn)化可插拔插件，共同插接于一塊底板上.發(fā)生故障時(shí)，只需更換相應(yīng)的模塊即可.本文給出了分列式控制器的設(shè)計(jì)方案，并通過制作樣機(jī)進(jìn)行測試，論證了其可行性.

1功能和原理

溫濕度控制是一種閉環(huán)控制，由溫濕度傳感器檢測溫濕度的值，將檢測值與設(shè)定值相比較，根據(jù)兩者差異驅(qū)動(dòng)加熱器和風(fēng)扇，把現(xiàn)場溫濕度控制在設(shè)定值附近[2].因此，溫濕度控制器應(yīng)包含傳感器、中央控制器、信號轉(zhuǎn)換接口電路以及給上述模塊供電的電源.本設(shè)計(jì)方案將溫濕度控制器的各部分設(shè)計(jì)成獨(dú)立可插拔的標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊，實(shí)現(xiàn)在其出現(xiàn)狀況的情況下，快速更換插件即可解除故障的目的.

如圖1所示，該設(shè)計(jì)主要由電源模塊、分析控制電路、顯示面板、加熱除濕控制、溫濕度檢測模塊組成.環(huán)境溫濕度信息經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化成電信號輸入控制器中，該電信號一方面經(jīng)控制器處理輸出至顯示面板上顯示，另一方面經(jīng)加熱控制回路進(jìn)行邏輯判斷決定是否輸出信號使加熱器和風(fēng)扇工作.電源

電路將直流110V電壓轉(zhuǎn)換成12V、5V及3.3V的電壓，作為各個(gè)模塊的工作電源.

2軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)測量所處環(huán)境溫濕度并在面板上顯示；(2)當(dāng)溫度低于設(shè)定值或濕度高于設(shè)定值時(shí)，加熱器工作；(3)當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)，直至溫濕度恢復(fù)到設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，加熱器或風(fēng)扇停止工作.主程序框圖如圖2所示.

本設(shè)計(jì)的主控制板部分選用型號STM8S105K4T6C的單片機(jī)，STM8系列單片機(jī)具有16MHzRC振蕩器，用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部看門狗和自動(dòng)喚醒單元(AWU)的內(nèi)部低功耗38kHzRC振蕩器，以及上電/掉電保護(hù)電路，可降低外接元件數(shù)量，從而降低系統(tǒng)總成本.此外，還具有豐富的外圍接口、定時(shí)器以及硬件調(diào)試接口(SWIM)，方便對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試[3].

3硬件設(shè)計(jì)

3.1　電源模塊

在電氣控制系統(tǒng)中電源的設(shè)計(jì)非常重要，只有電源設(shè)計(jì)得合理，電路的干擾才會(huì)較小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性才會(huì)增加[4].如圖3所示，在此電源模塊設(shè)計(jì)中，需要3組不同的電源：(1)功率放大器的工作電壓為12V；(2)濕度傳感器、液晶顯示器、反相器、運(yùn)算放大器的工作電壓為5V；(3)D/A轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘、溫度傳感器的工作電壓為3.3V.

本系統(tǒng)采用110V直流電供電，采用DC/DC降壓模塊，將110V直流電轉(zhuǎn)換成12V直流電；采用1205的隔離模塊，將12V直流電源轉(zhuǎn)換成5V直流電，并實(shí)現(xiàn)高壓110V與5V電源的隔離；采用LM1117芯片，將5V直流電源轉(zhuǎn)換成3.3V直流電，對單片機(jī)、顯示器以及SHT11檢測芯片供電.LM1117芯片封裝體積較小，有效節(jié)約了電源板的面積.

圖3　電源模塊電路圖

3．2　主控制板電路

主控制板部分選用的STM8S105K4T6C單片機(jī)，它具有在線調(diào)試功能及2路溫濕度測量信號的輸入接口，利用單片機(jī)的I/O接口將讀回的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,超出閾值則輸出加熱器控制信號進(jìn)行加熱，或輸出風(fēng)機(jī)控制信號使風(fēng)機(jī)啟動(dòng).同時(shí)實(shí)時(shí)將測量的數(shù)據(jù)與工作狀態(tài)參數(shù)輸出至顯示器顯示.其電路如圖4所示.

3．3　整體接線圖

圖5為溫濕度控制器裝置的內(nèi)部接線圖，圖中顯示了各個(gè)模塊與裝置底板之間的接線狀況.

4調(diào)試試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，將按照本文設(shè)計(jì)所制作的溫濕度控制器放置在一定的環(huán)境條件下進(jìn)行試驗(yàn)，通過改變設(shè)定的溫濕度閾值范圍，檢驗(yàn)其能否準(zhǔn)確顯示溫濕度值，且加熱繼電器及風(fēng)機(jī)繼電器能否可靠動(dòng)作.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的基于分列模塊的智能溫濕度控制器能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

(1)檢測箱體內(nèi)的溫度和濕度值，并且在顯示屏上準(zhǔn)確顯示；

圖4　主控制板電路圖

圖5　裝置內(nèi)部整體接線圖

表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

預(yù)定溫度下限/℃預(yù)定溫度上限/℃預(yù)定濕度上限/%實(shí)際測量溫度/℃實(shí)際測量濕度/%加熱繼電器是否動(dòng)作風(fēng)機(jī)繼電器是否動(dòng)作10309032.578.5否是10407032.877.9是否40609032.678.2是否10408532.778.1否否

(2)當(dāng)箱體內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度的上限值時(shí)加熱器不動(dòng)作，風(fēng)機(jī)繼電器動(dòng)作；當(dāng)控制溫度低于設(shè)定的下限值時(shí)，風(fēng)機(jī)繼電器不動(dòng)作，加熱繼電器動(dòng)作，直至溫度恢復(fù)至設(shè)定值以內(nèi)，繼電器返回；

(3)當(dāng)箱體內(nèi)濕度高于設(shè)定濕度的上限值時(shí)，加熱繼電器動(dòng)作，起到加熱除濕的作用；當(dāng)控制箱濕度下降至低于設(shè)定的上限值時(shí)，加熱繼電器斷電，停止加熱.

此外，對該控制器的電源模塊、溫濕度檢測輸入模塊、加熱除濕控制模塊、主控制板等進(jìn)行了多次熱插拔試驗(yàn)，結(jié)果表明，裝置能夠?qū)崿F(xiàn)帶電更換插件的功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求.

5結(jié)束語

本文采用模塊化設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的溫濕度控制器轉(zhuǎn)變?yōu)閹讉€(gè)獨(dú)立且通過背板相連接的功能模塊，除了實(shí)現(xiàn)基本的溫濕度檢測、顯示和控制的功能外，最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在出現(xiàn)故障的情況下，可通過帶電更換損壞模塊的方式迅速消除故障，既節(jié)約了時(shí)間成本，提高了檢修效率，又避免了裝置整體更換造成的浪費(fèi).同時(shí)避免了人與110V直流電源的直接接觸，消除了低壓觸電的風(fēng)險(xiǎn).

此外，本裝置采用的插件式的結(jié)構(gòu)還可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展，可以增加半導(dǎo)體冷凝片來除濕；增加無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)對溫濕度的無線控制等.

參考文獻(xiàn):

[1]陳曉楠，張慧.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014(6):22-24.

[2]李麗，湯學(xué)博，劉嘉文，賀慧勇.電力設(shè)備溫濕度控制器的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013：34(20):146-149.

[3]陳國照.STM8系列單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用[J].甘肅冶金，2011(2):77-78.

[4]方玉鑫.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2012.

(責(zé)任編輯鄧穎)

Design and Implementation of Intelligence Temperature

and Humidity Controller Based on Disaggregated Modules

Zhao YinmingLing GuangWang JiangWang Lin

(State Grid Shaoxing Power Supply Company, Shaoxing, Zhejiang 312000)

Abstract：An intelligence temperature and humidity controller based on disaggregated modules is designed in order to solve the problems of waste and possible electric shock of traditional temperature and humidity controllers. The device is divided into five modules covering the power providing module, temperature and humidity testing module, heating and dehumidification control module, and analysis and control panel displaying module. When the device fails, a standardized plug-in design can eliminate the fault by replacing a plug-in with no power cut.

Key words：intelligence; temperature and humidity controller; disaggregated module; standardization

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-293X(2015)10-0075-04

doi：10.16169/j.issn.1008-293x.k.2015.10.16

*收稿日期：2015-10-13

作者簡介：趙印明(1991-)，男，山東濟(jì)寧人，助理工程師，主要從事變電站運(yùn)行維護(hù)工作