仓库温度与湿度自动控制新版系统标准设计

仓库温度和湿度自动控制系统设计 起源电子设计工程 作者肖志红 仓库是用于存放物品场所，通风和温度、湿度监测是仓库关键条件，它直接影响到贮备物资使用寿命和工作可靠性。现实生活中，温、湿度测量和控制在纺织工业、林业、化工和气象观察等领域中也一样有着广泛应用。传统温、湿度测量方法采取测试器材，经过人工进行检测，这种人工测试方法费时费力，所以有必需研制仓库自动温、湿度控制系统，方便实时检测仓库温、湿度，并依据所测数据控制加湿器、空调器等设备运行，确保仓库有适宜温、湿度环境。 这里提出仓库温湿度自动控制系统是为某民用仓库设计，可实时检测仓库温湿度，依据检测结果对温、湿度加以控制，同时还含有在线修订温、湿度控制上下限，温、湿度显示和报警功效，并可向主控室传送数据。 1 系统硬件组成 系统采取AT89S51为主控制器，由键盘电路，温、湿度检测电路，看门狗电路，温、湿度控制电路，显示电路，通信电路等组成，系统硬件框图图1所表示。AT89S51内含有4 KBE2PROM，无需外扩存放器。 系统经过温、湿度传感器检测环境温度值和湿度值，将环境温度和湿度转换成数字量，并将结果传送给单片机，经过数码管显示。单片机利用键盘设置环境温度和湿度最大值和最小值，并将检测目前值和预设最大值和最小值作比较，依据比较结果单片机做出对应判定，以控制输出继电器工作状态，实施对应控制操作，从而实现对环境温、湿度检测和控制，还可和上位机PC机通信，实现温度、湿度打印、分析等功效，系统采取串行通信，单片机TXD和RXD经过MAX485和上位机相连。本系统可设定温度范围为O～80 ℃，可设定湿度范围为0％～99％RH。 1．1 看门狗复位电路 看门狗复位电路采取微处理器监控器DSl232。DSl232采取8引脚DIP封装，含有性能可靠、使用简单、价格低廉特点，在单片机产品中能够提升硬件抗十扰能力。DSl232含有以下功效微处理器掉电或电源电压瞬变降低时可自动复位微处理器；在微处理器失控状态下能够停止和重新开启微处理器；正确5％或10％电源供电监视。DSl232内部集成有看门狗定时器，当DSl232周期输入ST端在设置周期时间内没有有效信号到来时，DSl232RST端将产生复位信号。这一功效对于预防因为干扰等原因造成微处理器死机是有效。看门狗定时器定时时间由DSl232TD引脚确定。本系统中TD接地，定时器时间为150 ms。P1．0接DS1232，为其提供周期输入信号。RST输出信号反向后接单 片机外部中止INT0。 1．2 温、湿度检测电路 温、湿度检测电路由温度传感器、湿度传感器、LM324型运算放大器、ADC0809型A／D转换器等组成。温度和湿度传感器将温度及湿度值变成电信号，经过放大器使得信号在A／D转换器量程范围内放大，在单片机控制下，A／D转换器完成信号A／D转换，然后将转换后数字信号送入单片机进行数据分析和处理。 温度传感器选择AD590。AD590是电流输出型集成温度传感器，含有较强抗干扰能力，适合远距离测量，其工作电压范围较宽4～30 V，测温范围为-55～150℃，输出电阻较大，长导线上压降通常不影响测量精度，所以不需要专门温度赔偿电路。流过AD590电流等于所处环境热力学温度系数。 湿度测量采取IH3605，IH3605是一个电容式湿度传感器，其内部集成有信号调理电路，含有精度高、线性度好、交换性强及输出电压范围大等优点。其测量湿度范围为0～100％RH，固有精度为2％RH，工作温度范同为-40～85℃，工作电压为4～5．8 V，它输出电压是供电电压、湿度、温度函数。电源电压升高，输出电压将成百分比升高。在实际应用中，可经过以下步骤计算出实际相对湿度值。 1计算在25℃条件下相对湿度值 式中，u0为传感器输出电压值，Vcc为传感器供电电压值，RHo为25℃时相对湿度值。本系统中传感器供电电压值为5 V，所以相对湿度值RH在O～100％之间改变时，传感器输出电压值在0～3．9 V之间改变。 2温度赔偿，计算目前温度T下实际相对湿度值RHo。 温湿度测量电路图2所表示，温度测量电路是将温度信号变成O～5 V电压信号送入模数转换器。图2中R1为精密电阻，温度每改变1℃，R1两端电压改变1 mV。 IH3605输出电压较高且线性度很好，能够将IH3605输出信号直接接到A／D转换器上，完成模拟量到数字量转换，但为了提升精度，本系统还对IH3605输出电压进行放大，使湿度范围为0％～99％RH改变对应了A／D转换器ADC0809模拟量输入范围为0～5 V。 选择8路8位逐位比较式A／D转换器ADC0809，实现模拟量向数字量转换。ADC0809采取单一电源5 V供电，模拟量输入范围为0～5 V，转换时间是128μs左右，无须零点和满刻度调整。图3为ADC0809和AT89S51接口电路。 1．3 键盘和显示电路 键盘电路作用关键是确定系统工作状态及设定参数，可在线设置需要温、湿度值和报警上下限值。共有以下按键左移键、右移键、加1键、减1键、设定／运行键等。键盘电路接单片机P2．0～P2．4，键盘电路中有阻容电路组成消抖电路用于消除按键抖动带来干扰。 系统共有4个共阳极数码管，轮番显示温度及湿度值、设备运行状态、设定值等。数码管由带锁存功效芯片CD4511驱动。系统还有4路状态指示灯，用于显示系统工作状态及温、湿度超限报警。 1．4 温、湿度控制电路 温、湿度值输入单片机后为深入提升测量精度，对信号再进行数字滤波，此信号经过数字滤波、标度转换后，首先经过LED将温度显示出来；其次，将该温度值和设定温度值进行比较，依据其偏差值大小按PID控制算法得到输出控制量，从而调整环境温度改变。系统经过键盘输入温、湿度许可改变上、下限值，在正常情况下，应保持温、湿度介于上、下限值之间，当温湿度超限时，报警灯亮，同时实施机构动作，直到温度和湿度达成标准范围内为止。实施机构包含加热器、制冷机、加湿器等，用继电器进行控制。图4为温、湿度控制电路，继电器J1控制加热器，J2控制制冷机，J3控制加湿器，J4控制除湿器，继电器由晶体管9013驱动，驱动电流为150 mA左右。VD1～VD4为续流二极管，VL1～VL4为各实施机构动作指示灯。当单片机检测到温度值或湿度值超出预设范围时，单片机P1口输出控制信号经过三极管驱动继电器，开启继电器工作，实现对温度或湿度控制。 2 系统抗干扰方法 系统电磁性负载较多，它们对系统干扰较大。系统采取了以下抗干扰方法1对单片机使用电源监控及看门狗电路，采取微处理器监控芯片DSl232实现；2继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生反电动势干扰，在继电器触点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响；3做好电源滤波，电路板上每个IC电源和地之间要并接一个0．01μF电容；4为了使“乱飞”程序在程序区快速纳入正轨，尽可能多采取单字节指令，