新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

尹飛凰

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，河南 鄭州450046）

1 新型溫濕度自動控制系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)框架。現(xiàn)在新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計。在設(shè)計時，考慮到成本和準(zhǔn)確度等問題，所以減少了監(jiān)控點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)控制端口上使用RS-422通訊結(jié)構(gòu)，以便于后期追加監(jiān)控點(diǎn)。在監(jiān)控點(diǎn)的安置上，設(shè)計時考慮到在密閉倉庫中，如果各個監(jiān)控點(diǎn)的溫濕度偏差不大于2%，那么就達(dá)到監(jiān)控需要的標(biāo)準(zhǔn)。所以在1500m2、高8m的倉庫中放置一個溫濕度傳感器，這樣就可以在一定程度上符合一定的信息要求。降溫除濕設(shè)備要看倉庫的大小，規(guī)則上是與倉庫內(nèi)的傳感器多少和倉庫面積大小相結(jié)合。通常，一個1500m2、高5m的倉庫使用一臺50kW的空調(diào)組做降溫除濕工作（能夠在30分鐘內(nèi)達(dá)到30%的降溫除濕效果），就可以把溫濕度把控在一定的范疇之內(nèi)。新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的控制核心是前臺控制器，其結(jié)構(gòu)屬于一個控制時間、溫濕度的閉合系統(tǒng)。

（2）傳感器。全新的溫濕度自動控制系統(tǒng)的傳感器是某公司共同研發(fā)的DS1820半導(dǎo)體溫濕度傳感器，這種傳感器的總線結(jié)構(gòu)是I2C結(jié)構(gòu)，以數(shù)字信號來傳輸數(shù)據(jù)信息，在-50～120℃的環(huán)境下，其溫度偏差在0.25℃左右，能夠達(dá)到倉庫降溫除濕的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)不需要追加驅(qū)動，數(shù)據(jù)傳輸距離為100m，和現(xiàn)在流行的PT電阻和熱敏電阻比較，有著成本低、便捷等優(yōu)點(diǎn)，濕度的監(jiān)測通過高分子濕敏膜，信號經(jīng)擴(kuò)大輸出功率為0～10mA電流。

（3）前臺控制器。前臺控制器屬于全新溫濕度自動控制系統(tǒng)的把控中心，所以對其穩(wěn)定性、實(shí)用性等方面具有非常大的影響。通常，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由各次級系統(tǒng)所控制的，在一連串的系統(tǒng)中，隨著系統(tǒng)的增加，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定。即：P（A）=P（A1，A2，A3）=P（A1）P（A2）P（A3）。所以現(xiàn)在的國外控制器對器材的選擇多為DSP和I2C，這樣能夠有效減少系統(tǒng)贅余。但是DSP器材的成本高，所以對于本系統(tǒng)來說是不適合的。但是如果使用低成本的I2C器件，就能夠省出許多的MPU口線，節(jié)省了擴(kuò)展I/O口的電路，縮小PCB板的體型大小，提高容錯率。所以，在設(shè)計本系統(tǒng)時，采用了許多的SPI接口芯片。

（4）后臺計算機(jī)。計算機(jī)是儲備信息數(shù)據(jù)，實(shí)時展示系統(tǒng)狀態(tài)的后臺設(shè)備，其還要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)工作，能夠全天候運(yùn)行。所以在設(shè)計時選擇了研華586工控機(jī)，處理器為P166，內(nèi)存32M，4GB硬盤和D-LINK網(wǎng)卡。

（5）驅(qū)動。由于倉庫運(yùn)用的50kW的空調(diào)組，其對倉庫進(jìn)行一定降溫處理，因此空調(diào)的驅(qū)動無法有效的應(yīng)用控制器進(jìn)行運(yùn)作，在這個過程之中，可以借助可控硅體，過程中有接觸器和保護(hù)器，能夠有效把控空調(diào)組。

2 系統(tǒng)的軟件

（1）第一種控制模式。在倉庫內(nèi)濕度大于七成時，就要使倉庫做好通風(fēng)。這個方法是利用通風(fēng)來做到空氣的流動，達(dá)到倉庫內(nèi)的降溫除濕的需要。這個方法的優(yōu)勢是高效、低耗，但是也有許多的限制。首先，室外的濕度要低于倉庫內(nèi)的濕度，其差距要高于5%，這樣才能夠做到對倉庫除濕工作。其次，倉庫內(nèi)外溫差要小于2℃，這是為了防止水汽因氣溫低造成凝華現(xiàn)象，導(dǎo)致存儲品的品質(zhì)受損。相反的是，假如室內(nèi)溫度超過室外溫度的話，室外空氣進(jìn)入室內(nèi)后就比較容易出現(xiàn)水汽凝結(jié)的情況。最后，室外溫度在28℃以上時，通風(fēng)很有可能會造成室內(nèi)溫度上升，打破30℃的室溫限制。

（2）第二種控制模式。在室溫大于30℃或者濕度大于70%時，不符合第一種控制模式時，只能夠用壓縮機(jī)做降溫除濕工作。這種控制模式要求準(zhǔn)確度在某范圍內(nèi)，所以采用了較為簡便的控制方法，即脈寬調(diào)整。脈寬調(diào)整是把監(jiān)測的數(shù)值和限制值相比較，兩者的空間越大，脈沖的寬度就越長，而脈沖寬度就是設(shè)備的運(yùn)行時長。但是壓縮機(jī)的啟動頻率不能過高，其間隔為半小時，這就有沖突產(chǎn)生了，若控制表示線波動，溫濕度屢屢過界，造成壓縮機(jī)使用頻繁，就會損傷設(shè)備。若讓壓縮機(jī)長時間運(yùn)作，使得室內(nèi)溫濕度長時間處于極低水平，減少壓縮機(jī)的開啟，又無法節(jié)約能耗。所以，為了維護(hù)好設(shè)備和降低消耗，系統(tǒng)使用了自適應(yīng)算法，這種算法可以自動監(jiān)測倉庫內(nèi)溫濕度的上升程度，從中計算出壓縮機(jī)的運(yùn)作時長，有效減少壓縮機(jī)的開啟，平復(fù)溫濕度波動，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（3）前臺控制器結(jié)構(gòu)。前臺控制器大體上負(fù)責(zé)溫濕度信息收集，計算處理結(jié)果和使用相關(guān)設(shè)備，與PC機(jī)進(jìn)行信息交流等。

（4）PC端程序。PC端程序使用VB程序，能夠顯示目前的監(jiān)控點(diǎn)信息，實(shí)時顯示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)。例如，鼓風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行，通風(fēng)口是否打開等。這個程序在WINDOWS95平臺上運(yùn)行，處理結(jié)果使用報表顯示。

3 系統(tǒng)成果及小結(jié)

（1）系統(tǒng)成果。此系統(tǒng)研發(fā)成功后，已經(jīng)正常使用了多年，能夠有效的控制住藥品倉庫的溫濕度變化，全天候自動化監(jiān)控，完善了藥品存儲條件，降低藥品受損的幾率，提高了藥材的存儲量。其溫濕度可以把控在一定的范圍內(nèi)，通常都是溫度低于40℃，濕度低于80%。

（2）小結(jié)。新型溫濕度自動控制系統(tǒng)結(jié)合多種功能于一身，做到了倉庫溫濕度的遠(yuǎn)程控制和預(yù)警，使得溫濕度控制更加科學(xué)化，進(jìn)而為存儲品創(chuàng)造了更加良好的存儲環(huán)境。該技術(shù)得到過軍隊科技進(jìn)步獎，在軍中倉庫得到廣泛使用。該系統(tǒng)的用途不僅限于倉庫管理，還能夠用于人工氣候溫房和人工氣候箱中，都能夠有明顯的效果。實(shí)際運(yùn)用證明了新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的實(shí)用性，擁有成本低，消耗低，使用簡便的優(yōu)勢，能夠廣泛推廣使用。

［1］王大海.新型溫濕度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.電子工程師，2002，（3）:33-36.

［2］董桂芹.紡織廠溫濕度控制的系統(tǒng)方案設(shè)計及實(shí)現(xiàn)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2012.

［3］王文新.拱式蔬菜大棚自動控制系統(tǒng)的設(shè)計［D］.青島：中國海洋大學(xué)，2013.