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一種智能溫濕度控制器的設(shè)計方法及應(yīng)用
點擊次數(shù):1870 更新時間:2015-06-01

介紹了一種智能溫濕度控制器的設(shè)計方法及應(yīng)用,zui多實現(xiàn)三路溫濕度的測量與控制;結(jié)合RS485總線技術(shù)及上位機軟件,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息遠(yuǎn)傳,滿足低壓配電智能化及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求。
1 引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大、電壓等級越來越高,供電可靠性也要求更加嚴(yán)格。供配電設(shè)備環(huán)境的溫度、濕度是影響設(shè)備運行的重要因素。溫度過高會加速儀器設(shè)備元器件老化,縮短其使用壽命,甚至直接導(dǎo)致設(shè)備損壞;低溫、潮濕,設(shè)備表面產(chǎn)生凝露則有可能發(fā)生爬電、閃絡(luò)等事故?;谝陨峡紤],在中高壓開關(guān)柜、箱變、端子箱等供配電設(shè)備中進(jìn)行溫度、濕度控制是十分必要的。本文將介紹一種WHD型智能溫濕度控制器的設(shè)計方法,zui多實現(xiàn)三路溫度、濕度的測量與控制;結(jié)合RS485總線技術(shù)及上位機軟件,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息遠(yuǎn)傳,滿足低壓配電智能化及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計的總體思路

硬件系統(tǒng)以單片機為核心,按功能可劃分為:電源供電、溫濕度測量、控制輸出、人機對話以及通訊五個部分,如圖1所示。電源供電電路將AC220V或其他類型輔助電源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)工作所需的直流電源。單片機將傳感器測得的溫濕度值進(jìn)行比較、處理,確定輸出控制部分繼電器的工作狀態(tài),并顯示和發(fā)送溫濕度數(shù)值及輸出控制部分的工作狀態(tài)信息。人機對話部分具有按鍵信息錄入功能,用戶可根據(jù)實際情況,通過按鍵編程設(shè)置系統(tǒng)的工作參數(shù)。

2.2 硬件的具體電路及原理核心器件

單片機選用STC公司的STC89C58RD+型單片機,它是一款兼容51內(nèi)核的增強型8位機,片上資源豐富,抗干擾能力突出。STC89C58RD+(D版本)支持6時鐘/機器周期,內(nèi)含32K字節(jié)用戶程序空間,片上集成1280字節(jié)RAM,16K字節(jié)EEPROM空間;支持ISP/IAP功能,無須編程器;片上還集成了看門狗電路及MAX810復(fù)位電路。溫濕度的測量選用SENSIRION公司開發(fā)的數(shù)字式溫濕度一體傳感器芯片SHT11。該傳感器可同時測溫度、濕度,并提供全程標(biāo)定的數(shù)據(jù)輸出,所以使用該傳感器既可以降低硬件成本,又方便了整機測試。其技術(shù)參數(shù)如下表所示:溫度參數(shù):參數(shù)條件典型單位分辨率0.01℃精度0~60±1℃量程范圍-40~120℃濕度參數(shù):參數(shù)條件典型單位分辨率0.03%RH精度20%~80%±3%RH量程范圍0~100%RH該傳感器與CPU之間的通訊采用二線制方式,即DATA(數(shù)據(jù))線和CLK(同步時鐘脈沖)線。測量三路溫度、濕度時,CPU與傳感器的連接電路如圖2所示。CPU通用I/O口中的P1.0和P1.1,P1.2和P1.3,P1.4和P1.5分別與三路溫濕度傳感器SHT11連接,其中P1.0、P1.2、P1.4分別作為各路通訊的DATA(數(shù)據(jù))線,P1.1、P1.3、P1.5分別作為各路通訊的CLK(同步時鐘)線,DATA線需外加10KΩ的上拉電阻將信號提高至高電平(詳情請參考SHT11數(shù)據(jù)手冊)。實際使用時,傳感器與控制器之間(即圖中虛線部分)以屏蔽線連接,經(jīng)驗證,CPU與傳感器之間的zui大通訊距離為10米。如果使用74HC245或其他芯片提高I/O口的驅(qū)動能力,可增加通訊距離,但會降低系統(tǒng)的抗干擾性能,因此不予采納。系統(tǒng)采用LED數(shù)碼管顯示溫度、濕度值,界面簡潔明了。三路傳感器測得的溫度、濕度值以循環(huán)方式依次顯示,顯示部分共有7位數(shù)碼管,其中4位用于顯示溫度值(顯示范圍:-40.0~100.0),并在編程狀態(tài)下顯示菜單及參數(shù),2位用于顯示濕度值(顯示范圍:0~99),1位用于顯示當(dāng)前顯示或操作對應(yīng)的傳感器的編號(1~3)。數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式,其驅(qū)動電路由集成電路74HC595及74HC164構(gòu)成。74HC595是一款帶有輸出門鎖功能的8位串行輸入、并行輸出(或串行輸出)的移位寄存器,用于數(shù)碼管的段驅(qū)動;74HC164的串行輸入、并行輸出功能用于掃描顯示每一位數(shù)碼管,如圖3所示。系統(tǒng)采用繼電器或可控硅作為控制輸出,電源部分采用開關(guān)電源方案,通訊部分采用RS485接口,具體電路設(shè)計請參考相關(guān)書籍,此處不予贅述。

3 軟件設(shè)計方法

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括以下四個部分:主程序、測量控制模塊、顯示模塊及通訊模塊。主程序完成上電或復(fù)位初始化,復(fù)位看門狗,查詢按鍵信息等功能,程序設(shè)計流程如圖4所示。程序初始化包括配置CPU的SFR,設(shè)置I/O口初始狀態(tài),從EEPROM讀取工作參數(shù),設(shè)置看門狗定時器的復(fù)位時間等。需要注意的是,一般只在主程序中喂狗,看門狗的復(fù)位時間時要設(shè)置的比測量程序中可能出現(xiàn)的zui長等待時間還要長。以下給出主程序的部分C語言源代碼。void  Main (){ WDT_CONTR = 0x00;//關(guān)閉看門狗 InitialEeprom();//讀EEPROM InitialIO();//初始化I/O狀態(tài) InitialSFR();//設(shè)置SFRInitialSHT11();//初始化傳感器 InitialComm ();//初始化通訊口 WDT_CONTR = 0x35;//喂狗1.25秒 while(1)      {       WDT_CONTR = 0x35;       KeyScan();//按鍵查詢       KeyProcess();//按鍵信息處理      }}通訊收發(fā)處理、顯示和溫濕度測量控制均以中斷方式實現(xiàn),優(yōu)先級順序為:串口通訊中斷(zui高)→顯示中斷→測量控制中斷(zui低)。 系統(tǒng)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU規(guī)約,便于上位機管理軟件設(shè)計,與其他網(wǎng)絡(luò)儀表組網(wǎng)使用,實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的完整監(jiān)測。

4 產(chǎn)品應(yīng)用

在電力供配電環(huán)境中進(jìn)行溫濕度控制,一般采取如圖5所示的方案。通過溫濕度傳感器采集開關(guān)柜或箱式變電站中的溫度、濕度信息,經(jīng)控制器處理后輸出繼電器觸點信號(斷開或?qū)ǎ?,再將觸點信號連接到溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備(一般使用加熱器或風(fēng)扇)的電源回路中,用于控制其工作或停止,以實現(xiàn)對溫濕度的智能化控制。WHD型智能溫濕度控制器通用技術(shù)指標(biāo)如下:技術(shù)參數(shù)指標(biāo)控制對象1~3路溫濕度功能升溫設(shè)置范圍:-10℃~10℃降溫設(shè)置范圍:30℃~45℃除濕設(shè)置范圍:75%~90%輸出觸點數(shù)量每組溫濕度對應(yīng)2路觸點容量250V/通訊接口RS485協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU波特率1200、2400、4800、9600、19200輔助電源AC/DC220V,允許85~270V此類溫濕度控制器可控制一路、二路或三路溫濕度,每一路溫濕度傳感器對應(yīng)一組(二個)繼電器輸出觸點,其中一個觸點用于控制加熱器,實現(xiàn)升溫或除濕控制,另一觸點用于控制風(fēng)扇,實現(xiàn)排風(fēng)控制。當(dāng)傳感器或加熱器發(fā)生故障時,控制器會發(fā)出報警信號。控制器中還可設(shè)置溫濕度控制的回滯量,即調(diào)節(jié)設(shè)備的啟動條件與停止條件之差。如圖6所示,以加熱升溫為例,當(dāng)環(huán)境溫度降低到預(yù)先設(shè)置“加熱啟動溫度"以下時,控制器輸出觸點導(dǎo)通信號,加熱器工作,環(huán)境溫度逐漸上升;當(dāng)環(huán)境溫度上升至“加熱停止溫度"以上時,控制器輸出觸點斷開信號,加熱器停止加熱。根據(jù)經(jīng)驗,回滯量一般設(shè)置在4~10(℃或RH%)范圍內(nèi)較合適。鋁合金加熱器是電力供配電系統(tǒng)中zui常用的溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備,下面是由經(jīng)驗總結(jié)的環(huán)境空間大小與加熱器功率選擇的關(guān)系,供讀者參考。環(huán)境空間大小(m3)加熱器功率(W)≤0.550~750.5~1100~1501~1.5200左右1.5~2250左右2以上300或更大WHD型智能溫濕度控制器可將測量的溫濕度值及控制系統(tǒng)中的各種狀態(tài)信息通過RS485通訊接口向上位機遠(yuǎn)傳,由上位機管理軟件實現(xiàn)遙測、遙控,滿足了智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求。

5 結(jié)束語本文介紹了一種智能溫濕度控制器的設(shè)計方法及應(yīng)用,可實現(xiàn)zui大三路溫濕度的采集、控制,并具有編程參數(shù)設(shè)置和RS485(MODBUS-RTU)通訊功能。經(jīng)實踐驗證,參照此方法設(shè)計的WHD系列產(chǎn)品在實際應(yīng)用中易于用戶使用,控溫及控濕*。同時,該產(chǎn)品的抗電磁干擾性能突出,例如,5kHz和100kHz頻段抗脈沖群干擾可達(dá)到三級,適合在電磁環(huán)境相對惡劣的電氣設(shè)備中使用。

 

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