温湿度控制器范文
时间：2023-09-19 04:31:18
温湿度控制器篇1
关键词：清扫机器人；无线传感器；温湿度传感器SHT11；温湿度控制
中图分类号：S126文献标识码：A文章编号：0439－8114（2014）08－1921-03
WSN-based Humiture Control of Farm Cleaning Robot
JI Wu－jun，GAO Yun
（Department of Automotive Engineering， Henan Vocational Technical College，Zhengzhou450046，China）
Abstract： Chip CC2430 was used as the core of the humiture detecting system． The data collected by SHT11 were summarized via wireless gateway， transported by GPRS， and sent to the host for analyzing and storage． The robots make the appropriate adjustments to the clean－up work， enabling remote intelligent control．
Key words： cleaning robot； wireless sensor； humiture SHT11； humiture control
养殖场在生产过程中会产生高温、高湿气体，而这些气体对人体是有毒、有害的，人体需要避免接触这些有毒气体。所以养殖场的无人操作清扫机器人就需要检测环境中的温湿度，并把数据准确快速地反馈给管理员，以便实现实时调控。使用无线传感器传输数据，就无须数据采集设备和检测设备连接在一起，可以避免大量铺设电缆，清扫机器人在完成清扫工作时就不会存在电缆缠绕等问题，而且无线传感器可靠性较高，抗干扰能力好，可以有效地降低成本［1］。
1无线传感器检测系统的硬件结构
1.1无线传感器
CC2430芯片是挪威半导体公司Chipcon一款最新能够在嵌入式上实现无线ZigBee技术的系统。CC2430使用了一个8051系统，其具有PROM以及RAM，还具有数模转换电路、看门狗定时器以及上电复位电路等。引脚主要有P0、P1、P2，它们分别是8位输入/输出端口，均是普通的输入/输出端口，同时还具有可编程的输入/输出端口［2］。
无线传感器CC2430使用很少的电路就可以实现信号的接受和发送功能，图1为CC2430一种典型的应用电路，它可以提供两个天线的应用电路，不平衡天线以及差动天线。
由图1可以看出，基本电路多采用电感以及电容构成，降低了成本。电感主要起到低噪声放大器以及为功率放大器提供直流偏置的作用。无线传感器CC2430需要XTAL1和XTAL2提供16 MHz的时钟信号，时钟信号分别接在引脚XOSC-Q1和XOSC-Q2之间，另外一个时钟信号接在引脚P2-3和P2-4之间。
1.2温湿度采集节点
根据养殖场对温度和湿度要求，选择了瑞士生产的SHT11传感器。SHT11传感器是相对湿度和温度为一体的测量器，能够对露点进行精确测量，全量程标定，不需要重新标定就可以互换测量，响应速度超快，SHT11传感器具有最简单的系统集成和低廉的价格、尺寸小、高可靠性和稳定性，并能防水，可以长期浸泡在水中，还具有湿度传感器的自检测功能。
SHT11的工作温度为-40.0~+123.8 ℃，测量精度±0.5 ℃；工作湿度范围在0~100% RH，测量精度±3.0% RH，完全符合养殖场的工作要求。
无线传感器CC2430和温湿度传感器SHT11连接原理图如图2所示，其中无线传感器的输入输出口是P1.6与P1.7。温湿度传感器SHT11使用I2C接口与处理器进行数据通信，时钟信号线SCK主要任务是与SHT11通信保持同步，DATA主要任务是进行数据读取。
1.3温湿度显示仪
温湿度显示仪主要有按键和液晶模块等部分组成，按键部分的原理图如图3所示，共有5个按键，分别为 S1、S2、S3、S4、S5。为了节省输入、输出口，按键使用数模方式，每一个按键按下后输出不相同的数模值S1 2.5 V、S2 2.1 V、S3 1.8 V、S4 1.2 V、S5 0 V。
1.4远程数据传输模块
为了避免养殖场清扫机器人出现电缆缠绕等问题，需要使用无需布线，不受通信距离限制的GPRS通讯模块，所以选择了SIM300模块。它可以进行传真、短信、数据传输等任务，在SIM300模块中插入SIM卡，在接上天线，就可以使用GPRS无线网络［3-6］。
1.4.1SIM300模块供电系统SIM300的供电引脚是由VBAT来完成的，电压为3.4~4.5 V，SIM300启动瞬间需要2 A的电流。可以采用电源芯片MIC29302进行供电，它的输入电压最大可以达到26 V，输出电压还可以调节，最大输出电流可以达到5 A，基本满足SIM300供电要求。供电原理图见图4，1号引脚是使能端，应接地；2号引脚是输入电压端，输入电压为5 V；3号引脚接地；4号引脚接输出；5号脚接电压调节端，分压电阻R1和R2，分压后输出电压为4.1 V。
1.4.2SIM300模块硬件接口SIM300可以接1个有60个引脚的外接插座，这个外接插座包含1个SIM卡插座接口、2个模拟音频接口、1个键盘接口、1个LCD接口以及2个串口接口。图5为SIM300模块与CC2430的连接图。数据在两个串口之间进行传输时，经常会出现数据丢失的问题，或者由于两台设备之间的处理速度不相同，接收数据端缓冲区已满，都会发生数据丢失现象。所以在串口通信上使用流控制，用RTS/CTS做流控制端口，如果缓冲区内的数据量达到高位时，CTS线就为低电平，如果检测到CTS为低电平时，就停止发送数据，直到检测出CTS为高电平时。RTS主要任务是检测接收设备是否做好准备接收数据。
SIM300模块和SIM卡之间的连接使用六线连接（图6），其中需要注意引脚SIM-PRESENCE接地。
2无线传感器软件的设计
温湿度采集主程序流程如图7所示，程序开始需要对系统进行初始化，并对电池进行检测，将检测到的温湿度数据，以无线方式发送，包括节点的号、温湿度数据以及电池的电压信息，发送完毕后主控芯片CC2430进入休眠状态。
3小结与讨论
无线温湿度传感器基本能够完成养殖场在无人操作下对温湿度的监控，避免工作人员在这种环境中受到污染，完成了智能化的发展，但是还有需要改进的地方。
1）引入相对完整的ZigBee技术，实现了相对复杂的一些组网功能，将无线传感器的优势发挥到最大。目前该控制系统只能进行检测，不能进行控制，在后期的工作中应完善这部分，使整个系统更加的完整，实现完整的智能控制。
2）供电部分使用电池，不能满足复杂的环境，耗电量也较大，应该向新能源方向发展，而且能够适用于更加复杂的场合，在应用领域方面进行创新，使之在使用上具有普遍性。
参考文献：
［1］ 吴光荣，章剑雄. 基于ZigBee的高压开关柜无线温湿度监测系统［J］. 现代电子技术，2008，31（20）：169-171.
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［4］岳振华. 基于无线传感器网络温湿度检测系统的研究与开发［D］.长春：吉林大学，2009.
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［6］ 彭拓.基于TinyOS的无线传感器网络环境监测系统的研究与
温湿度控制器篇2
【关键词】室外端子箱;加热器;温湿控制;继电器驱动
引言
变电站室外端子箱无通风设备且处于风吹、雨淋、暴晒等恶劣环境中，若此时环境湿度较大，温度较低就会出现凝露现象。凝露会使端子箱的端子排腐蚀，甚至出现短路，对变电站设备的可靠运行有极大的危害。为了防止凝露对端子箱的危害，变电站普遍采用的措施有以下几种：一是在端子箱底部放置吸潮剂，二是在放置吸潮剂的基础上安装加热器。加热器的控制分为两类：一类是小空气开关直接控制加热器。二类是在一类的基础上装设温湿控制器。但是这两类系统经实际检验效果都不理想。在现在运维一体化的模式下，运维站的工作量很大，投退加热器需要按次序逐个端子箱投退，增加了运维人员的工作量。一类系统的缺陷是当湿度较低时，加热器持续工作会使端子箱温度过高。温度过高时会使端子箱里的电气设备老化速度加快，甚至出现绝缘损坏的情况。二类系统虽然有温湿控制器，但现场控制效果不理想，经常温湿控制器不起作用，又成了一类系统。现场的温湿控制器经常需要更换，浪费了人力、物力和财力。针对上诉情况，需要对变电站室外端子箱加热系统进行升级和改造。升级和改造后的加热系统具有投退方便、控制精准、温湿显示等实际效用。
1、系统原理
该系统主要实现温湿度智能控制，并且能监控到各个端子箱的温湿度。该系统主要有微控制器、温湿传感器、系统电源、驱动电路、温湿显示器、多路开关以及多路开关控制的加热器组成。系统电源将给微处理器以及其它智能芯片提供所需的电源。温湿传感器将温度和湿度信号传送给微控制器，微控制器将根据设定好的温湿度值进行判断，如果湿度高于设定值将给出一个驱动信号，该信号经过驱动电路放大，通过多路开关使加热器电源接通，从而使加热器加热以达到驱除潮湿的目的。如果加热器加热时间较长，温度高于设定值而湿度此时也高于设定值，此时系统将给出一个脉宽调制信号，使温度维持在设定值，直至湿度低于设定值，加热器在微处理器的控制下停止加热。该系统设置有显示器，从而可以使运维人员在巡视设备的过程中监视各个端子箱的温度和湿度，从而有目的性查看端子箱，达到巡视高效的效果。
2、温湿度传感器
2.1湿度传感器原理
湿度传感器是将湿度转化为电信号的装置，湿度信号的输出符合其相应的标准（电压0～5V，电流4～20mA）。湿度传感器原理是湿敏元件是简单的湿度传感器，湿敏元件主要有电阻式和电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用湿敏材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在湿敏膜上时，元件的电阻值和电阻率都发生相应的变化，利用这一特性即可制成湿敏电阻。湿敏电容一般用高分子薄膜电容制成，当环境湿度变化时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容也发生变化，其电容变化量与湿度成正比。
2.2温度传感器原理
温度传感器是将温度信号转换为电信号的装置，温度信号的输出同样符合其相应的标准。金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸，因此传感器可以以不同的方式对这种反应进行信号转换。最常用的温度传感器是热电偶，热电偶有两种不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差，根据电势差就可以计算温度。只要测出不加热点的温度，可以准确知道接热点的温度。
2.3温湿度传感器的选型
温湿度传感器的选择主要考虑所安装环境的温度和湿度范围。室外端子箱的温度和湿度相对较低，测量的精确度要求也较低，再加上成本的因素，综合比较选择性价比好的SHT系列。
3、微控制器简介和选型
微控制器是控制系统的核心，其将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代，经过30多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用越来越广泛，遍及各个领域。微控制器种类繁多，价格不一。选取适合本系统的微控制器主要考虑性能稳定、性价比高、兼容性好、编程简单易上手。综合考虑可选取51系列单片机。
4、驱动电路设计
驱动电路采用8550PNP型三极管来驱动继电器，使用8550的好处是其集电极最大允许耗散功率为1W，集电极最大允许电流为1.5A，三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压为25。放大倍数为30-600。采用本驱动电路设计简单，工作性能稳定，也是最常用的继电器驱动电路。
5、系统电源和温湿度显示器
5.1系统电源
系统电源是给整个微控制系统提供所需电压的装置。电源先将220V交流电压经过整流变换成直流电压，然后经电源芯片的控制输出微控制系统各个芯片所需的直流电压。本系统用到的电压是5V和12V。系统电源发展到现在已经成熟，并且种类繁多。我们选择性价比好，适合我们自己系统的电源为原则，本系统选用TOP系列就能满足要求。
5.2温湿度显示器
显示器主要显示室外端子箱的相对湿度和温度，选用八段数码管显示。数码管显示器的设计和编程比较简单，成本低廉且维护更换更容易。
6、结语
本地区变电站室外端子箱普遍采用简单的空开控制加热器，在冬季室外温度较低，端子箱内部出现凝露的情况下人工来投入。春季温度回升人工手动断掉空开，加热器退出运行。本系统在原系统基础上增加了微控制系统，利用原有的加热器进行改造，这样可以节约资源，降低成本。三集五大改革后，运维站管辖的子站较多，值班员工作负荷很大，本系统更加适用现运维管理模式。本系统还可以加入通信模块，接入变电站后台机，通过变电站通信系统传输到集控中心。室外端子箱放防凝露要多种措施并用，加强室外端子箱（开关或刀闸机构箱）的密封，及时更换吸潮剂等措施，这样效果更佳。
参考文献
[1]沙占友.集成化智能传感器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2004：119-127。
温湿度控制器篇3
【关键词】农业温室 单片机 监控 温湿度
我国是个农业大国，农业生产技术装备水平与劳动生产率水平均较低，农业基础设施薄弱，随着科技的进步，做为以农业为基础的生产大国来说，农业生产现代化水平的不断发展，将是引导生产发展的主要因素，尤其是自动化控制水平在农业生产中越来越受到重视。在现代化农业种植生产中，以农业温室为代表的现代农业设施发挥着巨大的作用。在农业温室中的温度、湿度等相关参数直接关系到蔬菜等农作物的生长周期，温室环境的变化与农作物的发芽、生长、光合作用等密切相关。因此，对于农业温室内环境温度、湿度等参数进行检测和控制，是实现优质、高产、高效地进行农作物栽培的重要保证。
当前我国大多数农业温室对温度、湿度的检测与控制还停留在人工管理阶段，特别是在冬季，昼夜温差较大，温湿度控制精度很低并且不够及时，很容易造成蔬菜等农作物生长缓慢，不仅浪费了人力资源，而且还极大的降低了生产的收益，造成经济损失。为了提高农业温室的自动化控制水平和生产效率，更科学合理地调节温室内的温度、湿度等参数，更有利于农作物生长，因此必须大力发展农业温室温湿度监控系统。
1 系统技术原理与性能指标
1.1 系统技术原理
以单片机为控制核心的农业温室温、湿度数据采集与控制系统，能够对农业温室大棚温、湿度进行有效地检测与控制。根据农作物种植的需求，设计适合于现代设施农业用的多参数监控系统，主要包括温度和湿度等参数的监控和调节功能，该系统具有检测精度高、使用方便、成本低和工作稳定等特点。不仅可以应用在农业温室，大棚，花窖，也可以用于其他需要恒温恒湿的场合，具有非常广泛的应用前景。
1.2 系y技术性能指标
实现基本功能：温、湿度参数显示；温、湿度检测；声光报警；键盘设置；系统调节装置；A/D转换等。主要技术参数温度检测范围为-10℃到+85℃之间，测量的温度精度约为±0.5℃；湿度检测范围为输出模拟电压信号0-3V，湿度测量范围10% - 95%RH；测量分辨率为16 bit；输出为单总线数据信号；显示方式温湿度均为三位液晶显示；
1.3 系统硬件设计框图
该系统采用开关电源作为系统的供电方式，在单片机总体控制下，具有温、湿度参数检测；通过键盘实现参数基本信息输入，当温、湿度等相关参数超限时，实现声光报警显示，同时通过光电耦合装置来实现温湿度自动调节。系统总体构成如图l所示。
2 硬件电路及关键设备
2.1 单片机控制器选择
该系统采用单片机作为数据处理单元，温、湿度传感器等相关参数经过A/D转换后经单片机处理，进行数据显示、报警及控制输出。单片机选用AT89S52型单片机，这种单片机兼容性强，结构简单，运行可靠，信价比较高，能完成相关控制及处理。
2.2 温度传感器电路设计
温度测量采用DS18B20型温度传感器，该传感器采用单总线接口，采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，能够满足农业作物环境的温度精度要求。采用DS18B20设计的温度参数采集模块，如图2所示。
2.3 湿度传感器电路设计
湿度采集模块采用了CHTM-02NA型湿度传感器，模拟电压信号通过单片机的PC1口进行A/D转换，如图3所示。
2.4 液晶显示模块
显示模块采用的是RTl2864M汉字图形点阵液晶显示模块。该模块可显示汉字及图形，其内置8192个中文汉字（16×16点阵），128个字符（8 X 16点阵）及64×256点阵显示RAM（GDRAM）。显示模块可以实时显示当前的温度和湿度，也可显示设定的温度和湿度，显示结果更加方便直观。
2.5 光电耦合模块
该执行单元由光电耦合元件控制输出继电器组成，当温、湿度值超过设定的参数限值时.单片机控制相应的工作单元继电器动作，由继电器接通相应执行机构调整温、湿度等。
2.6 报警模块
当温、湿度等参数超过限制值时，系统会启动声音、光、显示等报警环节，提醒操作人员注意。
2.7 其他辅助电路
硬件部分还包括其他辅助电路，如键盘电路、复位电路等。其他参数的测量，可以根据实际的需要进行增减，如CO2浓度测量可采用MG811型传感器，测量范围为350―10000ppm，输出模拟电压30-50mV。外部DC电压给H-H端加热元件加热，当其表面温度足够高时，MG811元件相当于一个电池，其AB两端会输出电压信号，根据该电压信号的大小可测量CO2浓度。如光照度测量可采用光电池，光电池是一种利用光生伏特效应制成的光电转换器件，通过将光信号转变为电信号来检测待测量。针对LED对作物的补光照射的优势，开发光照采集系统和光谱范围可调的光照控制系统，可以方便地应用在不同类型的植物补光场合。
3 系统软件设计
该系统软件采用C语言设计，主要设计了主程序、显示程序模块、数据采集模块和执行程序模块。系统上电后，主程序先完成系统初始化，然后再初始化传感器，使传感器工作。主程序调用数据采集模块读取传感器的数据，并调用显示模块在液晶显示器上显示。数据处理程序对采集来的数据与设定的限值进行比较，若温湿度在设定的限值范围内，返回重新读取数据。如此进行循环；若超出限值范围，则使相应的输出继电器动作，使执行机构调整温湿度，然后再返回重新读取数据（主程序流程框图见图4）。
4 结论
系统监控的目的是要为农作物的生长创造适宜的温、湿度等优化的环境条件，调节农作物生长过程和成熟上市时间，以获得更好的经济效益。农业温室温湿度监控系统可以对温室的温湿度进行实时采集。当温室内的温湿度超限时，实现报警的同时，该系统还可实现自动调节，使温湿度控制在正常范围内。从而实现对作物生长环境的智能化控制和温室作物的科学管理，实现资源的优化配置。系统硬件部分采用AT89S52单片机和温湿度传感器，采用液晶显示器显示数据，控制输出采用输出继电器控制执行机构实现对温湿度的控制。
参考文献
[1]郑忠俊，邓金权.甘辉一种温湿度计算机自动控制系统[J].计算机应用，2002（01）.
[2]库志强，张锡兵.杨扬基于单片机的温湿度控制系统[J].现代制造，2006（12）.
[3]杨振江，孙占彪.王曙梅智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安电子科技大学出版社，2001.
作者简介
马东（1975-），男，辽宁省辽阳市人。沈阳理工大学自动化与电气工程学院高级实验师。研究方向为智能仪器仪表、计算机测控。
作者单位
温湿度控制器篇4
（合肥京东方显示技术有限公司，安徽合肥230011）
摘要：以国内最大的8.5代TFT?LCD工厂FMCS为实例，探讨洁净厂房温湿度控制过程中的几个重要控制环节。
关键词 ：洁净间；温湿度；正压；PLC；传感器；变频器
1项目概述
本项目为国内最大的8.5代TFT?LCD项目，位于合肥市新站区，包括了阵列、彩膜、成盒和模块4个分厂。厂务中心通过一套基于PLC控制系统搭建的FMCS来控制洁净间的温度、湿度、压力、新风量以及中温、低温、热水的运行，同时将电力监控SCADA系统、工艺真空系统、清扫真空系统、压缩空气系统、纯水制备系统、废水处理系统、大宗气体系统、特气系统、化学品供应系统、酸碱毒废气处理系统、有机废气处理系统、一般排风、工艺冷却水、POU、特气侦测系统纳入本控制系统进行监控。
这里我们只选取洁净间温湿度控制（图1）来探讨电气自动化控制在此类大型工业电子厂房中的应用特点。
2洁净间温度控制
液晶行业的特点是全部生产制造皆要处于洁净厂房中，工艺生产设备发热量巨大，而生产制造对环境温度有着苛刻的要求，其温度指标需控制在（23±2）℃，所以洁净间温度控制是由循环风通过冷水盘管进行热交换来实现的。具体控制方案为：洁净间回风夹道处安装冷水盘管，洁净间下架层的格构梁上安装有温度传感器，对应区域回风夹道处冷水盘管的中温冷冻水（14℃）管道上安装有电动调节阀，每个区域的温度与此电调节阀构成闭环控制，用控制盘管内中温水流量来控制对应区域的温度，此PID加适当微分，用以克服温度传感器的滞后性。
3洁净间湿度控制
洁净间温度控制稳定后，湿度控制也非常重要，过高容易结露，过低则容易产生静电，都会影响液晶面板的良率，因此55%±5%的相对湿度是控制的一个目标。但对于如此大型的洁净厂房直接加湿和除湿是不现实的，于是采用非洁净区的新风机组通过不停补新风的置换来控制。洁净间温度23℃，湿度55%的空气通过查询焓湿图可知，此时露点温度为13.5℃，那么理论上新风机组只要将送风的露点控制在13.5℃即可，如果洁净间湿度偏高，可以送低于13.5℃露点的新风，反之送高于13.5℃露点的新风，所以洁净间湿度控制的关键在于新风机组送风露点的控制，下面以控制13.5℃的送风露点来说明新风机组的控制原理。
新风机组是一种空气调节设备，不但能提供新鲜空气，而且可控制送风露点。工作原理是从室外抽取新鲜的空气，经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）处理达到需要的露点，新风通过风机送到洁净室内，在进入洁净室空间时替换原有空气，达到控制湿度的目的。新风机组主要构造为一级预热盘管、二级加热盘管、三级表冷盘管、四级表冷盘管、五级加热盘管以及加湿器。盘管分别流通预热水（21℃）、热水（36℃）、中温冷冻水（14℃）、低温冷冻水（7℃），每段盘管水管上安装有电动调节阀，最终控制送风露点。冬季（室外露点低于13.5℃）：使用加湿器、一级预热、二级加热、四级加热。预热盘管使用洁净间中温水回水预先提高温度来节能预热，盘管后安装温度开关，低于5℃时，由PLC控制系统可选联锁停止新风机组以防冻；二级加热、四级加热盘管通过控制热水流量调节阀，以控制加湿效果达到送风露点13.5℃。夏季（室外露点高于13.5℃）：使用三级表冷、四级表冷盘管。三级表冷、四级表冷盘管通过控制中、低温水流量调节阀，以除湿使送风露点达到13.5℃。五级加热盘管用于将13.5℃的露点新风升温，进而提高相对湿度，目的是使新风机组里最后一段的高效除尘过滤器不受潮，原本此PID控制温度为20℃，但为了洁净间温度控制的中温水节能，目前控制在17℃送风，对高效过滤器没有影响。
4洁净间正压控制
洁净间温湿度通过以上两方面的控制稳定后，还需要保证一个参数——洁净间正压，顾名思义就是洁净间相对室外为正压，使温湿度不受外界环境影响。正压的形成依靠新风机组不停地补新风来保证，这个新风必须大于各工艺设备的排气量，但工艺设备的排气量随产能有变化，且洁净间搬入口也偶尔会打开搬入材料，会有部分漏风量，所以新风机组采用固定频率送风的方式是肯定行不通的，而原设计的新风机组变频与送风风管压力控制也不能完全代表洁净间正压，所以做了控制整改：利用洁净间下夹层已经安装用以监视的压差变送器，根据其信号通过PLC计算出一平均正压，由此正压来控制新风机组变频器运行，PID输出CV值赋值给服务此洁净间的所有新风机组，保证新风机组频率同升同降。
5电气、仪表设计
本项目PLC控制系统采用罗克韦尔自动化公司的14套冗余的ControlLogix控制器，I/O硬点9785个，PLC系统采用传统的电源、控制器、通讯冗余，这里不再详细介绍。
温湿度传感器：每个分厂洁净厂房面积
大概在3万多m2，平均每500m2范围内安装一温湿度一体的传感器，用以直接监视洁净厂房内温湿度（不参与控制），选用两线制仪表。
温度传感器：安装于洁净间下夹层格构梁上，PID设定值23℃，可以确保气流经生产区直接吹下来的温度稳定在23℃。这里不选用洁净生产区温湿度传感器的单温信号来控制的原因是：（1）洁净生产区的仪表安装位置不能保证仪表以下的机台环境温度为23℃；（2）洁净生产区仪表易受工艺设备发热量不同的影响；（3）洁净生产区仪表可能会在作业时被碰触导致掉线，进而影响整个温度控制的闭环调节。
压差变送器：洁净间温湿度保证，需确保洁净间相对室外有一定正压，此压差变送器同样安装于下夹层格构梁上（不直接安装在洁净生产区也是考虑仪表安全和安装维护方便），负压腔使用柔性软管连接至室外，此类仪表通过PLC程序将平均正压计算出来，用于投入新风机组变频器的闭环控制，以保证洁净间正压。因洁净生产区相对下夹层会有一定正压（开孔的高架地板产生阻力），所以在设定洁净间正压控制时，可以在设计正压值的基础上减去2Pa。
变频器：洁净间湿度、正压全由新风机组控制，可见新风机组的稳定运行起着重要作用。新风机组的仪器仪表、电动调节阀的稳定性皆由控制系统保证，而带有U电的PLC系统可以保证控制回路的稳定，所以机组电机380V动力电的稳定就显得尤为重要，于是对新风机组的变频器也做了相应的防电压波动措施：（1）控制系统设置：变频器启动信号设为0/1电平启动，且保持；变频器故障信号延时10s报警；频率给定信号不间断传输。（2）不重要故障自恢复功能ON，飞车启动功能ON，停机制动功能OFF；欠压保护能力调至80%；额定电压设为380V。（3）配电柜改造，拆除自动启动回路中自锁回路。
6结语
洁净间温湿度控制不单单是温度、湿度两个参数的控制，还要从洁净间正压控制、电气、仪表、PLC选型、安装位置、实际工况来综合考虑控制的精度和稳定性。
收稿日期：2015?07?31
温湿度控制器篇5
关键词： STM32； FreeRTOS； 嵌入式； PID控制； 太阳能干燥
中图分类号： TN911.7?34；TP273+.2 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）23?0103?04
Design of real?time monitoring and control system for embedded solar
energy drying based on STM32 and FreeRTOS
SONG Hua?lu1， YAN Yin?fa1， ZHANG Shi?fu1， WANG Hai2， LI Fa?de1
（1. CMEE， Shandong Agricultural University， Tai’an 271000， China； 2. Chinese Academy of Agricultural Engineering， Beijing 100125， China）
Abstract： AM2301 temperature and humidity sensor module is used to realize real?time monitoring the temperature and the humidity parameters of the solar drying chamber， by taking STM32F103VBT6 with ARM Cortex?M3 as core. In order to keep internal temperature stable， the digital PID control technology is used to control the speed of the blower， and the relay is used to control the status of the exhaust fan to maintain the low humidity of the drying chamber. Drying chamber and PC are linked through the RS?485 communication bus. PC could be used to set the chamber′s drying temperature and the ceiling humidity， and display the chamber′s temperature and humidity， the speed of the blower， and the status of the exhaust fan. The embedded system software adopts FreeRTOS real?time operating system， which could ensure the system′s real?time performance and reliability， and realize real?time monitoring and control of the solar energy drying chamber′s temperature and humidity. Practice shows that the system has stable operation， high control precision and fast response.
Keywords： STM32； FreeRTOS； embedded； PID control； solar energy drying
0 引 言
太阳能是一种清洁可再生能源，应用前景十分广阔。近年来，利用太阳能进行农产品、药品的加工也因其节能、干燥时间短、干燥品质高等特点而发展十分迅速。为保证干燥物料的品质与干燥效率，太阳能干燥设备在进行干燥作业时需要对干燥室内的温湿度进行实时监控。沈阳农业大学王胜利、付立思等人研制的基于AT89C51的智能太阳能干燥控制系统没有进行实时操作系统的移植，监测与控制的实时性要求无法得到妥善满足，设备的干燥效果也因此受到影响[1]。内蒙古农业大学徐明娜研制的基于PLC的苜蓿太阳能干燥控制系统虽然运行也较稳定，但整体造价较为昂贵，并不适宜大规模推广应用[2]。针对太阳能干燥监控系统实时性、稳定性、宜推广性的设计需求，本文开发研制了一套基于STM32和FreeRTOS的实时嵌入式太阳能干燥监测和控制系统，采用温湿度传感器AM2301对温湿度进行测量，并经RS 485通信线路传输至PC上位机，实现了对太阳能干燥室内温湿度的实时监测；采用数字PID控制鼓风机转速与继电器控制排气扇启停相配合完成对太阳能干燥室内温湿度的实时控制。上位机采用组态软件编写，具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，监测与控制界面简洁明了易操作。经测试表明整个系统具有运行稳定、反应迅速、操作简便等特点，能够实现干燥作业中对干燥室内温湿度的实时监测与控制。
1 嵌入式太阳能干燥监测和控制系统设计
嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统由PC上位机、嵌入式ARM处理器、AM2301温湿度传感器、RS 485通信电路、继电器控制电路等组成。
AM2301采集到干燥室内的实时温湿度参数，由嵌入式ARM处理器经RS 485通信线路传输至PC上位机进行显示与保存。上位机人工设定的干燥温度经RS 485通信线路传至嵌入式处理器作为系统控制目标量，以干燥室内实际温度作为输入量调用PID控制算法。PID控制算法输出量作为变频器工作频率对鼓风机的转速进行实时调节，从而实时增减送入热风量以实现对干燥室的恒温控制。当监测到太阳能干燥室内的湿度高于上位机设定的上限值时，继电器触点吸合控制排气扇开启将干燥室内的过湿废气排空，达到湿度控制的目的。系统结构框图如图1所示。
图1 嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统结构框图
2 嵌入式太阳能干燥监测和控制系统硬件设计
2.1 嵌入式处理器选择与应用
嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的主控处理器采用低功耗高速工业级芯片STM32F103VBT6（意法半导体）。STM32系列具有专为高性能、低成本、低功耗嵌入式应用设计的ARM Cortex?M3内核，内部集成了优异的安全时钟模式、带唤醒功能的低功耗模式、内部RC振荡器、内嵌复位电路等，大大简化了电路设计，性能也有较大提高。STM32系列单片机还可便捷的实现实时操作系统的移植，能够满足本嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的设计需求。
2.2 AM2301温湿度采集电路设计
嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统采用AM2301湿敏电容数字温湿度模块来获取干燥室内的实时温湿度参数。AM2301包含有一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，与一个高性能8位单片机相连接，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点，并且每个传感器都已在极为精确的湿度校验室中进行校准。AM2301采用标准总线接口使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20 m以上。温湿度采集电路如图2所示。
图2 AM2301温湿度采集电路
AM2301传感器的温度测量范围为-40～80 ℃，精度可达0.1 ℃；湿度测量范围为0.1～99.9% RH，精度可达0.1% RH，完全能够满足本系统的设计需要。AM2301温湿度传感器测量分辨率为8位，单总线传输数据分为整数部分和小数部分，完整的一次数据传输为40位，具体数据格式如下所述[3?4]：
32位数据位，其中8位湿度整数数据、8位湿度小数数据、8位温度整数数据、8位温度小数数据；8位校验位，为8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据结果后8位。
AM2301温湿度部分读取程序如下：
AM2301_Init（）； //AM2301初始化
if（ Read_AM2301（&AM2301_Data）==SUCCESS）
（
Temp=AM2301_Data.temp_int*256+
AM2301_Data.temp_deci； //读取温度值
RH=AM2301_Data.humi_int*256+
AM2301_Data.humi_deci； //读取湿度值
）
2.3 继电器控制电路设计
当监测到干燥室内湿度超过上位机设定的上限值时，STM32单片机将继电器控制引脚电平拉高，继电器触点吸合控制排气扇开启；当监测到干燥室内湿度降低至上限值以下时，STM32单片机将继电器控制引脚电平拉低，继电器触点分离控制排气扇关闭，完成过湿废气的排空工作。继电器控制电路如图3所示。
图3 继电器控制电路
2.4 RS 485通信电路设计
太阳能干燥设备需要长时间工作在露天环境下，对通信电路的距离和抗干扰要求较高。针对此项要求，实时嵌入式太阳能干燥监测和控制系统采用SP485R芯片组建RS 485通信控制电路实现与PC上位机的通信。SP485R应用电路如图4所示。
图4 SP485R应用电路图
3 嵌入式太阳能干燥监测和控制系统软件设计
3.1 FreeRTOS在STM32上的移植
太阳能干燥设备进行干燥作业时对干燥室内的温湿度要求较高：温度过高会影响干燥物料的品质，温度过低或湿度过高又会降低干燥效率。这要求监测和控制系统应具有高实时性和可靠的稳定性，能够快速反应并准确动作，使干燥室内温度能够维持恒定且保证湿度在限定范围之内。基于此，将FreeRTOS实时操作系统移植到STM32嵌入式处理器以满足设计需求。
FreeRTOS的实现主要由list.c、queue.c、croutine.c和tasks.c4个文件组成。list.c是一个链表的实现，主要供内核调度器使用；queue.c是一个队列的实现，支持中断环境与信号量控制；croutine.c和task.c是两种任务的组织实现。对于croutine，各个任务共享同一个堆栈，使RAM的需求进一步缩小，也正因如此，他的使用受到相对严格的限制。而task则是传统的实现，各个任务使用各自的堆栈，支持完全的抢占式调度。FreeRTOS在STM32的移植大致由3个文件实现，一个.h文件定义编译器相关的数据类型和中断处理的宏定义；一个.c文件实现任务的堆栈初始化、系统心跳的管理以及任务切换的请求；一个.s文件实现具体的任务切换，具体如图5所示[5?6]。
图5 FreeRTOS文件结构图
FreeRTOS下可实现创建任务、删除任务、挂起任务、恢复任务、设定任务优先级、获得任务相关信息等功能，在嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的程序设计中调用xTaskCreate（）函数创建监测、通信、控制三个任务，程序任务按设定优先级顺序执行实现既定功能。
监测任务（vmonitorTask）实现对干燥室内温湿度以及鼓风机转速的实时监测。嵌入式处理器将通过参数传感器获得的实时参数进行保存。
xTaskCreate（ vmonitorTask，
（signed portCHAR * ） "monitor"，
configMINIMAL_STACK_SIZE，
NULL，
tskIDLE_PRIORITY+3，
NULL）；
通信任务（vcommunicateTask）实现上位机与嵌入式处理器的实时通信。嵌入式处理器接收PC上位机发送的干燥温度和湿度上限值，并将收集到的温湿度以及鼓风机转速参数发送至PC上位机进行实时显示。
xTaskCreate（ vcommunicateTask，
（signed portCHAR * ） "communicate"，
configMINIMAL_STACK_SIZE，
NULL，
tskIDLE_PRIORITY+2，
NULL）；
控制任务（vcontrolTask）实现干燥室内的温湿度控制。PC上位机设定的干燥温度作为系统控制目标量，参数传感器测得的实时温度作为输入量调用PID算法，输出量作为变频器工作频率调节鼓风机转速实现干燥室的恒温控制。当干燥室内湿度超过PC上位机设定的湿度上限时，继电器控制排气扇动作完成过湿废气的排空作业。
xTaskCreate（ vcontrolTask，
（signed portCHAR * ） "control"，
configMINIMAL_STACK_SIZE，
NULL，
tskIDLE_PRIORITY+1，
NULL）；
程序任务执行框图如图6所示。
图6 程序任务执行框图
3.2 PID控制的应用
太阳能干燥设备运行时的系统参数无法通过有效的测量手段来获得，从而无法建立精确的数学模型。因此，系统控制器的结构和参数必须依靠工程经验和现场调试来确定。在综合考虑多种控制理论可行性并参照工程实践的基础上，嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统选用数字PID控制技术来实现干燥室的恒温控制。
嵌入式处理器以上位机设定干燥温度作为系统控制目标量，以干燥室内实时温度作为输入量调用PID算法。PID输出量作为变频器工作频率对鼓风机转速进行实时调节，从而实时增减送入热风量以完成对干燥室的恒温控制。
考虑到温度调节的特性要求，本系统采用PI控制。即先根据被控对象的特性和一般惯例确定比例系数和积分系数的整定范围，再通过手动调节鼓风机转速记录干燥室内温度变化曲线并进行分析，最终确定PID算法中[7?8]比例系数为0.4，积分系数为6。
PID数字控制部分程序如下：
float TempPIDcal（unsigned int TempSet，
unsigned int TempIn）
{
float TempOut； //定义PID输出
float TempIn； //定义PID输入
TempPID.SetPoint = TempSet；
//设定干燥温度值为系统控制目标量
TempIn=（float）Temp； //设定实际温度值为PID输入
TempOut = PIDCalc （&TempPID，TempIn）； //调用PID算法
return TempOut； //返回PID算法输出值
}
3.3 上位机软件设计
本系统采用北京亚控公司的组态王软件完成对上位机监测和控制界面的设计。上位机软件实现对干燥室内温湿度等参数的实时显示以及恒温干燥温度、湿度上限的设定，设计选用Access2010数据库作为记录的数据库，便于数据的保存与分析。
应用组态王软件新建一个太阳能干燥监测和控制系统，选用单片机通信协议并通过RS 485接口实现与嵌入式处理器的通信。上位机软件界面采取分区设计，界面由显示区和操作区构成。显示区包括温湿度、转速、排气扇状态的实时显示以及温湿度变化趋势图。操作区可实现对恒温干燥温度和湿度上限的人工设定。上位机软件界面如图7所示[9?11]。
图7 组态王上位机软件运行界面
4 运行测试结果与分析
目前本文设计的嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统已经在某农场的牧草干燥作业中顺利运行了6个多月的时间。在前期的干燥作业中，在通过设置不同的温湿度条件并对系统采集到的温湿度数据以及对干燥物料品质进行分析研究的基础上，确定最佳的干燥温度与湿度上限以供后期规模化干燥作业参考。在系统实际运行过程中，干燥室内实际温度值与设定值间的误差能够保持在0.5 ℃以内，较为理想。使用本系统进行干燥的牧草在干燥过程中为最佳温湿度条件的恒温适湿干燥，芳香性氨基酸以及蛋白质保存较好，因此干燥后的牧草适口性好、家畜的消化能摄入量高，即牧草的干燥品质较好，且单位耗电量仅为0.15 kW·h/kg。表1是系统在2013年6月7日干燥作业中采集到的部分数据，系统设定干燥温度为51 ℃，设定湿度上限为48%。
表1 嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统
2013年6月7日温湿度数据
[时间＼&温度 /℃＼&相对湿度 /%＼&09：05：30＼&51.0＼&42.1＼&09：15：30＼&51.3＼&44.2＼&09：25：30＼&50.6＼&45.1＼&09：35：30＼&51.4＼&38.2＼&09：45：30＼&51.5＼&41.6＼&09：55：30＼&50.8＼&46.7＼&10：05：30＼&51.2＼&39.2＼&]
5 结 语
本文详细介绍了基于STM32和FreeRTOS的嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的设计与实现。采用具有Contex?M3内核的STM32嵌入式微处理器，使系统小型化，且便于提高性能以及与各种外设连接扩展。将嵌入式实时操作系统FreeRTOS移植到STM32，使系统运行更加稳定，具有高实时性、抗干扰能力强等特点。系统整体造价较为低廉，宜于推广使用，且经实际生产应用验证：采用本嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的干燥设备更加节能高效，干燥物料的品质也有所提高。
注：本文通讯作者为李法德。
参考文献
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[5] 刘滨，王琦，刘丽丽.嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与实现[J].单片机与嵌入式应用，2005（7）：8?11.
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[9] 来金钢，刘教瑜.基于单片机和组态王的陶瓷检测系统设计[J].现代电子技术，2011，34（15）：110?113.
[10] 齐岩磊，陈娟，祁欣.基于单片机和组态王的温度监控系统的设计[J].电子测量技术，2011，34（7）：54?57.
[11] 北京亚控科技发展有限公司.组态王6.53使用手册[M].北京：北京亚控科技发展有限公司，2007.
作者简介：宋华鲁 男，1991年出生，山东德州人，硕士。主要研究方向为测试技术与自动化装置。
闫银发 男，1976年出生，山东菏泽人，博士，讲师。主要研究方向为测控技术、电子测量及无线传感网络。
张世福 男，1989年出生，山东潍坊人，硕士。主要研究方向为测试技术与自动化装置。
王 海 男，1964年出生，河北张家口人，博士，博士生导师，研究员。主要从事农产品加工的研究与开发工作。
温湿度控制器篇6
【关键词】zigbee 无线网络 温湿度 监控
仓库温湿度无线监控网络（以下简称监控网络）是针对仓储技术现状和其对环境温湿度要求而研制的。主要用于库房的温湿度自动检测和控制。
1 监控网络的结构组成
监控网络主要由现场温湿度检测与控制系统、zigbee无线网络和监控中心三部分组成。
1.1 现场温湿度检测与控制系统
现场温湿度检测与控制系统是监控网络的底层子系统，主要由温湿度采集节点、温湿度控制节点、底层路由、底层协调器和库房监控终端组成，可在底层形成一个对单个库房实现温湿度自动监控的独立系统，也可在联网条件下作为整个系统的一个子系统。
（1）温湿度采集节点主要由传感器、信号调理电路、独立电源、电源唤醒模块及开关电路、Zigbee无线发送模块组成。为使整个库房测试数据的传输通过无线方式完成，温湿度采集节点采用蓄电池独立供电，而设计的无线唤醒开关机制，可使节点处于断电休眠状态，以保证独立电源不需要频繁更换或充电；信号调理电路主要完成信号的滤波，节点可通过配置对应的传感器以适应检测环境和对象的不同，当配置内置式温湿度传感器时，节点可用于分布检测库房环境温湿度。
（2）温湿度控制节点的主要功能是根据接收到的网络执行指令，分别控制库房风机、除湿机，同时将库房风机、除湿机的运行状态通过发送给库房和监控中心终端显示。
（3）底层协调器主要功能是接收底层路由的测试数据；同时，底层协调器又是底层网络与上层网络的连接器，它将底层测试数据打包上传给上层网络和库房温湿度监控终端，并对底层所有节点发送由监控中心和库房温湿度监控终端发出的执行指令和底层节点的唤醒指令。
（4）库房温湿度监控终端主要功能有：以组态形式显示本库房及室外各采集节点的温湿度值，存储本库房历史数据和记录，提供本库房温湿度控制节点的“自动/手动”运行模式和数据定时采集的选择和设定。
库房温湿度监控终端采用触摸屏显示模式，即使不与上层网络组网，库房温湿度监控终端结合底层协调器和底层节点也可自行组成一个本库房的温湿度监控子系统，可根据本库房的温湿度情况报警，以“自动/手动”两种模式实现库房内除湿机、风扇的控制，达到库房温湿度的无人值守管理；而但管理员下班休息时，库房温湿度监控终端会自动将监控权限上交给监控中心。
1.2 zigbee无线传输网络
无线传输网络主要用于库房温湿度测试数据向监控中心的发送，并将监控中心的指令向底层传输。本系统选择树形拓扑结构的Zigbee无线传输网络，它由一定数量的Zigbee路由器、上层终端和上层协调器构成。
（1）仓储系统具有占地面积大，库房分散的特点，本系统采用无线方式因为无线通信有着以下的优点：施工工作量小、成本低；移动方便，便于更新换代。在多种不同的无线通信协议中，本系统选择Zigbee的依据是：Zigbee具有低功耗、容量大和布置灵活的优点。更重要的是，Zigbee节点可以实现硬件加密，确保系统的保密性能。
（2）Zigbee组网支持三种网络结构：星形、树形和网状网络。根据仓储地形和库房分布及网络覆盖范围特点，本系统选择树形网络结构，并按照其布置路由。
（3）Zigbee路由器的功能是转发数据并实现动态自组网。在确定网络拓扑结构的基础上，路由器设计为市电和太阳能双供电模式，这种设计利于利用现有电源，而且使路由的布置更加灵活，以适应库房分布环境的复杂性。Zigbee允许最大网络深度为14级路由，在空旷条件下覆盖范围直经达20km，现场试验表明：对于大型仓库，从监控中心到达最远库房所需的路由数少于7个，不超过最大网络深度的一半。
（4）上层终端的功能是实现与底层协调器的实时通讯，完成底层数据向路由的发送并接受路由下发的监控中心指令转发给底层协调器的任务；上层终端与底层协调器采用RS422协议，与路由的通讯采用Zigbee无线协议。
（5）上层协调器放置在监控中心。其功能是通过无线实现与路由的通讯并通过有线方式实现与监控中心计算机的连接，可将监控中心的指令通过无线发送给上层路由并将路由数据上传给监控计算机显示。
1.3 监控中心
监控中心主要包括监控计算机和投影系统，其技术核心为值班数据监控软件和组态。
1.3.1 软件设计环境
监控软件的设计环境为Visual Studio 2010，是微软公司推出的开发环境，它向用户提供控制台和图形化人机界面等开发方式。
1.3.2 监控软件组件设计
（1）数据曲线图：库房数据曲线图包含了平均温度及平均湿度曲线；节点数据曲线图包含了节点温度、环境湿度以及节点包装袋内湿度曲线。可将每个监控节点数据按照某一个数据指标进行曲线图绘制，折线图显示的是最近数据，把鼠标移到点上，会显示时间和数据。数据曲线图在显示数据时也分为动态调用和静态调用，动态调用用来显示实时数据，静态调用用来显示节点历史数据。
（2）数据表格：以列表的形式显示监测节点电量情况、在线情况和报警信息等，单击“查看”可以看到某节点的具体情况，当采集到的温湿度数据超出报警阀值范围时，表格中“温湿度报警”一栏会被标记为特殊颜色背景。
2 结语
本系统主要是针对仓储的特点和需求，并结合仓储温湿度检测系统的不足，结合未来需求，以实现温湿度监控无人值守和管理为目标来研制的。本系统设计了集整个库区监控系统为一体的温湿度监控中心软件和硬件，可以和各仓库的其它监控系统有机结合，通过监控中心即可以实现整个库区及各库房温湿度的有效监控。可完成各种库存环境下的器材封存温湿度自动监控。
参考文献
[1]王小强，欧阳骏，黄宁淋编著.Zigbee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012.
[2]Zigbee技术开发 Z-Stack协议栈原理及应用.QST青软实训编著[M].北京：清华大学出版社，2011.
[3]Zigbee技术开发 CC2530单片机原理及应用.QST青软实训编著[M].北京：清华大学出版社，2012.
作者单位
温湿度控制器篇7
关键词：集中空调系统 多工况分区 节能
中图分类号：U3.T8131 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0055-02
空调普遍按夏季、冬季、过渡季三个工况的运行模式进行控制，因一年之中气候变化很大，特别在全年运行的工艺性空调系统，由于一天之中温湿度变化也很大，仅按三个工况进行控制，不能利用新风冷源且存在冷、热抵消。采用空调多工况分区控制，能充分利用室外新风冷源并减少冷、热抵消，达到节能运行的目的。在卷烟厂、核电站、电子厂、制药厂等全年运行的工艺性空调系统中，由于空调运行能耗大，采用多工况分区控制具有重要意义。
空调多工况分区控制技术，是按全年气候参数，在焓湿图上作出气象包络线，划分不同工况分区。采用PLC控制器，按不同工况区执行相应控制程序，再按照特定的控制逻辑和控制算法，对各执行部件实施开关控制或连续控制，以实现正确的分区转换、操作顺序、定时启停、累计计时、负荷均衡，在满足控制精度要求的条件下节能运行。
1 多工况分区的控制原理
典型的工艺性空调系统配置有混合、过滤、表冷、加热、加湿、送风机等。按三个工况运行的空调系统，每个运行模式对应一个固定的新风比，在高温高湿时用表冷器进行降温除湿，再用加热器加热至送风点；在低温低湿时用加热器和加湿器进行加热加湿；在过渡季视室外温湿度情况进行降温、升温或加湿。这种控制方式不能充分利用新风冷源，且大部分时间存在冷、热抵消。
为实现节能运行，改为多工况分区控制，新、回风阀门改为可根据不同需要随时进行调节的比例调节阀。同时在原有新风、回风温湿度传感器的基础上，再增加混合风、送风温湿度传感器，以及表冷器后的温度传感器。控制系统的原理图如图1。
在新风、回风、送风、混合段处，均安装温湿度传感器，分别用于检测新风、回风、送风和混合风的温湿度，在表冷器后装检测露点温度的传感器，所有敏感元件均与控制器的输入端连接。整个系统各种控制的实现，都通过PLC可编程控制器来完成。PLC的复数输入端分别与室外新风（温度tW、湿度dW、焓iW值）测量装置、室内回风（温度tN、湿度dN、焓iN）设定装置、混合风（温度tC、湿度dC、焓iC）测量装置、送风（温度tO、湿度dO、焓iO）设定装置、表冷器温度测量装置、过滤器压差报警装置连接；PLC的复数输出端分别与新风阀、回风阀、冷水阀、电加热调功器（或蒸汽阀）、加湿器的控制器以及风机变频器连接。PLC控制器根据新风传感器测出的温度tW和相对湿度ФW，计算出含湿量dW和焓iW，再与预设的多工况区域分界点tN、tO、tWX、dO、dWX、iN比较，确定工况工作区域及其运行方式。
传感器检测室外新风并与温湿度设定值进行比较，通过内置的PID控制技术，判断采用何种控制方式。当新风温湿度适宜时，不需热湿处理，直接调节新、回风阀的开度，使混合风达到室内温湿度的要求；当新风温湿度太高或太低时，关小新风阀，同时启动表冷阀或加热阀，对空气进行冷却或升温。
2 空调多工况的分区及各分区控制说明
（1）工况分区。
空调系统的制冷和加热形式很多，但在原理上基本相同。而加湿除了形式不同之外，在原理上还分等焓加湿和等温加湿两种，等温加湿因控制精度高在工艺性空调中广泛应用。原理不同，其分区也不同，现以加湿为等温加湿进行分区，工况分区太多，控制复杂且没必要，太少又不节能。综合考虑以八工况进行分区。如图2。
3 空调多工况分区控制节能运行分析
空调多工况分区控制，虽增加一些检测元件造成初投资的增加，但能充分利用新风冷源并避免冷、热抵消，能耗可大大降低。某烟厂联合工房空调改造，采用多工况分区控制方式，空调系统的综合能耗与改造前相比降低了37.6%，节能效果相当明显。常规空调控制系统按三种运行模式，其中，夏季运行为制冷除湿+再热，时间约5个月；冬季运行为加热加湿，约4个月；过渡季运行为制冷、加热或加湿，约3个月。多工况分区控制分八种运行模式，分区细且一天之中可能有几种运行模式，实现最大限度的节能运行。在夏季，采用多工况分区控制方式，可推迟或减少冷冻机的开机时间，并且再热也可大为减少，保守估算，夏季可减少20%的制冷和50%的再热；在冬季，与常规空调运行对比，节能幅度不大；在过渡季，由于充分利用室外新风，基本可以不开冷冻机，大部分时间经调节混合风比例后送进房间即可，小部分时间仅微量加热或加湿，过渡季节运行能耗至少降低50%。
4 结语
（1）采用多工况分区控制，能充分利用新风冷源并避免冷热抵消。
（2）分区太多，控制复杂，太少又不节能，等温加湿形式的空调系统以八个区为宜。
（3）多工况分区控制在卷烟厂、核电站、电子厂、制药厂等工艺性空调系统中有明显的节能效果。
参考文献
[1] 赵荣义.空气调节[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.
温湿度控制器篇8
关键词：自动调节 单片机 检测系统
中图分类号：G642 文献标识码： A 文章编号：1672-1578（2014）4-0093-02
1 引言
随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温湿度控制便成为一个十分重要的课题。本文介绍的温湿度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温湿度进行采集，利用温湿度传感器将温室大棚内温湿度的变化，变换成数字量，其值由单片机处理，最后由单片机去控制液晶显示器，显示温室大棚内的实际温湿度，同时通过与预设量比较，对大棚内的温度进行自动调节，如果超过我们预先设定的湿度限制，湿度报警模块将进行报警。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，安装简单方便，性价比高，可维护性好。
系统分为两个部分，一个是由温湿度传感器组成的检测部分，另一个是由单片机和显示模块组成的主控与显示部分。温、湿度传感器将检测到的数据送到单片机，单片机对接收到的数据进行处理并送到显示模块显示，5V稳压电源给各部分供电。
2 系统硬件设计
2.1单片机及接口电路设计
单片机主控模块包括了振荡电路、复位电路，同时接入了各个模块的接口，保证了整个系统的灵活性。单片机是整个系统的控制中枢，它指挥器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。
控制电路的核心器件AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制应用系统提供灵活的解决方案；价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。
2.2温度传感器及接口电路设计
DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20温度传感器工作原理框图如图1所示。
2.3 湿度传感器及接口电路设计
HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法：一是将HS1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。
2.4串口通讯电路
STC89C52单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。串口通讯的硬件电路如下图所示。
3 基于单片机的大棚温、湿度的检测系统的软件设计
3.1 控制系统的软件流程
3.2 温度传感器数据读取的程序编写
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
3.3湿度传感器数据读取的程序编写
4 结语
通过单片机对大棚温、湿度的检测系统的设计，克服了传统的温湿度控制精度低及耗费大量的人力物力的缺点，实现了温湿度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，安装简单方便，性价比高，可维护性好。这种温湿度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，通过网络的支持，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]康华光等.电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社.
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