電力設(shè)備溫濕度控制系統(tǒng)研究

（1上海大學(xué) 機電工程與自動化學(xué)院，上海 200000；2國網(wǎng)上海青浦供電公司，上海 201700）

現(xiàn)階段，對溫度和濕度的控制在我們的日常生活當(dāng)中獲得了越來越普遍的運用，人們借助濕度計、溫度計等工具來對溫度、濕度參數(shù)進(jìn)行檢測，再配合加熱、加濕、通風(fēng)、降溫等裝置共同完成對溫濕度參數(shù)的調(diào)控。如此一來，除了控制準(zhǔn)確性、及時性較差之外，操作者所需要耗費的精力和時間也較多。就算部分用戶借助半導(dǎo)體二極管作為溫濕度傳感器，然而因為它的交換性不強，也無法獲得良好的效果。除此之外，在相當(dāng)一部分領(lǐng)域中對溫濕度的需求較為精準(zhǔn)，尤其是大型電力系統(tǒng)，因為溫度不適宜而造成的部件失效或者因濕度過大導(dǎo)致的漏電現(xiàn)象均經(jīng)常出現(xiàn)，這對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生了極為不利的影響，更嚴(yán)重的還會威脅電力系統(tǒng)內(nèi)部操作者的人身安全。鑒于此，要想更有效地防范類似情況的發(fā)生，配電柜柜體里溫濕度調(diào)控裝置的配備必不可少。因為選取了新型單片機來對溫濕度作出調(diào)控，對那些需求較高的繼電保護(hù)柜、儀表箱等設(shè)備尤為適用，借助加熱去濕令其保持干燥能夠獲得一個獨立的恒溫恒濕空間。

1 電力設(shè)備溫濕度控制系統(tǒng)的整體方案剖析

溫濕度控制作為重要的反饋控制，是通過設(shè)備內(nèi)部的傳感器檢測到外部環(huán)境變化，從而得出參數(shù)值，實現(xiàn)控制實時溫濕度的效果。同時，還能夠準(zhǔn)確的獲得現(xiàn)場參數(shù)值以及與目標(biāo)設(shè)定值之間的對比，這樣的操作有利于把各項數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后數(shù)據(jù)在輸出口進(jìn)行有效的傳輸。而對于溫濕度控制設(shè)備而言，系統(tǒng)通過控制電力系統(tǒng)中的變電柜去實現(xiàn)對于端子箱內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而使得整個系統(tǒng)的溫濕度可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)處理。而如果系統(tǒng)內(nèi)多處配備類似的溫濕度控制檢測裝置以及與之相對應(yīng)的執(zhí)行器件為加熱器、風(fēng)機等。則此控制系統(tǒng)可以完全滿足自動控制系統(tǒng)當(dāng)中系統(tǒng)應(yīng)有控制目標(biāo)、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器等內(nèi)容的特性，所以說，這一系統(tǒng)本身即為一個自動控制系統(tǒng)。

電子式濕度傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的溫濕度傳感控制器之一。該種產(chǎn)品出廠之前，生產(chǎn)商家需對溫濕度傳感器用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器進(jìn)行標(biāo)定檢測操作，令此傳感器的精確性得到一定的提升。例如，基于CMOSens技術(shù)的全新智能溫濕度傳感器——SHT11，其具備極強的抗干擾性、過硬的質(zhì)量、迅捷的響應(yīng)速度以及非常高的性價比等優(yōu)勢。其內(nèi)部分為溫度、濕度傳感部分，A/D轉(zhuǎn)換器部分，把溫濕度傳感器、AD轉(zhuǎn)換、信號放大、二線串行接口等融匯于同一個芯片當(dāng)中，同時把傳感器科技與CMOS芯片科技二者有效融合。如此一來，便能同時擁有快速響應(yīng)、免調(diào)試、免標(biāo)定、智能互換、數(shù)字化輸出、抗干擾強、性價比高等一系列優(yōu)勢。電子式溫濕度控制器針對開關(guān)柜、端子箱等特殊應(yīng)用領(lǐng)域：柜體里通常沒有酸堿物、塵土，氣體不流動。不應(yīng)當(dāng)總是打開接觸，或者把濕度較大的物體放入里面。該控制系統(tǒng)的核心為PIC16F877A微控制器，借助智能化溫濕度傳感器SHT11來勘測現(xiàn)場溫濕度情況，然后把參數(shù)值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸送至單片機里面，緊接著由單片機完成相對濕度的非線性補償與溫度補償，和預(yù)設(shè)的控制目標(biāo)進(jìn)行偏差運算，最終按照溫濕度上下限經(jīng)由I/O口輸出實時控制信號，并啟動加熱器加熱或者風(fēng)機降溫，進(jìn)一步完成對環(huán)境溫濕度的調(diào)控。

2 控制系統(tǒng)硬件工作原理及其電路原理

（1）系統(tǒng)硬件平臺。該控制系統(tǒng)的核心構(gòu)成是89C系列單片機，它把搜集獲得的信號輸送至溫度傳感器、借助HS系列濕度傳感器對所接收到的溫濕度信號完成搜集，傳輸至89C系列單片機系統(tǒng)里對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析操作，借助單片機系統(tǒng)的外設(shè)對搜集到的信號進(jìn)行顯示和控制，如此一來，便把采集的非電信號轉(zhuǎn)變成電信號，最終有效解決溫濕度的電氣控制方案。它的基本作業(yè)原理為：在配電柜內(nèi)部溫度低于系統(tǒng)設(shè)定值的最低值或者設(shè)備內(nèi)部環(huán)境濕度超過系統(tǒng)設(shè)定最高值的時候，單片機就會輸出低電平，此時系統(tǒng)會自行啟用加熱系統(tǒng)令電加熱部件升溫作業(yè)，同時對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行升溫，使環(huán)境干燥；在配電柜內(nèi)部溫度超出系統(tǒng)設(shè)定最高值或者環(huán)境濕度低于系統(tǒng)設(shè)定最低值的時候，系統(tǒng)電路便會輸出高電平，對加熱電路進(jìn)行管控并不再進(jìn)行加熱操作；在作業(yè)環(huán)境溫度高于借助循環(huán)風(fēng)降低作業(yè)溫度的上限值的時候，系統(tǒng)會輸出低電平，排風(fēng)散熱降溫，令控制風(fēng)扇作業(yè)的電路運行；另外，在裝置內(nèi)部溫度低于排風(fēng)降溫設(shè)定的最小值的時候，系統(tǒng)處理器便輸出高電平，同時使風(fēng)扇不再繼續(xù)作業(yè)，對溫濕度進(jìn)行高效的把控。以89C系列為核心的溫濕度控制系統(tǒng)基本上是由輸入及輸出電路、排風(fēng)控制電路、加熱控制電路、數(shù)據(jù)檢測及處理電路以及部分外設(shè)電路共同組成。這一控制系統(tǒng)借助數(shù)字PID算法，通過縝密的核算與調(diào)整最終確定各相關(guān)參數(shù)的值，最終構(gòu)成一個循環(huán)的控制系統(tǒng)并獲得最理想的控制效果，提升環(huán)境溫濕度的控制準(zhǔn)確性，滿足各用電企業(yè)自身的實際需求。

（2）硬件電路原理設(shè)計分析：①環(huán)境溫濕度檢測處理電路。本控制系統(tǒng)當(dāng)中所選取的溫濕度傳感控制器為“SHT11”，它能夠同時檢測溫度、濕度以及露點，此環(huán)節(jié)無須外部組件，便能夠直接輸出結(jié)果。與此同時，經(jīng)由標(biāo)定的相對溫濕度以及露點的數(shù)字化信號能夠在很大程度上彌補以往常用的溫濕度傳感器的缺陷。等到檢測工作完成并且達(dá)成通訊的情況下，溫濕度傳感器SHT11便會即刻停止作業(yè)，自動開啟休眠模式。與此同時，輸出獲取到的溫濕度數(shù)據(jù)，而所有數(shù)據(jù)均需要借助一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換操作，才可以展示出真正的溫度值和濕度值。②控制輸出電路。當(dāng)單片機檢測到傳感器所測量的溫濕度數(shù)值不在預(yù)先設(shè)定的數(shù)值范圍時，便會開啟控制輸出電路，并且借助光耦隔離來增強控制系統(tǒng)的抗干擾能力。當(dāng)單片機REO端的輸出是零的情況下，光電耦合器導(dǎo)通作業(yè)，繼電器被吸合開始運行，加熱器也隨之開始運作。在加熱回路當(dāng)中串接6個大電流二極管，每三個為一組，兩組方向不同，提供交流通路，在交流流過每組二極管是在其上面出現(xiàn)2V上下的降壓，此電壓供給斷線報警回路的雙向光耦作業(yè)；當(dāng)加熱回路出現(xiàn)斷線的狀況時，二極管上未有電流通過，便不會出現(xiàn)壓降，雙向光耦不導(dǎo)通，進(jìn)而觸發(fā)單片機報警。③鍵盤與顯示電路。為更好地達(dá)到預(yù)定的效果，本控制系統(tǒng)中添加了強制加熱功能一項，并且在所選用的控制器當(dāng)中設(shè)置了預(yù)定值調(diào)整鍵、強制加熱鍵、上下調(diào)鍵等按鍵，此時借助電阻接通到電源，設(shè)定鍵與強制加熱鍵接帶有電平中斷I/O口，觸發(fā)相應(yīng)操作。而上調(diào)、下調(diào)鍵則為普通I/O口，無須使用電平中斷。顯示電路選取MAX7219芯片驅(qū)動8位共陰極LED數(shù)碼管開展作業(yè)。此驅(qū)動芯片及微處理器之間的連接至少需要三根導(dǎo)線，當(dāng)中每個的數(shù)字顯示均需有地址，然后再由微處理器寫入并控制執(zhí)行。允許使用人員在顯示電路設(shè)計的時候采取不同模式的設(shè)置，比方說：數(shù)字亮度控制、數(shù)碼管顯示器檢測以及LED掃描位數(shù)等多種模式。

3 軟件系統(tǒng)

該控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的基本理念為：借助TMRO定時器產(chǎn)生系統(tǒng)時間基準(zhǔn)，控制系統(tǒng)按照多個時間基準(zhǔn)傳遞相應(yīng)的訊息，主程序依照不同的訊息選擇執(zhí)行各功能的子程序。以MPLABIDE V8.50為依托的軟件開發(fā)環(huán)境，選取C語言為基本的開發(fā)語言，并且同匯編語言二者有機結(jié)合在一起。軟件設(shè)計版塊則由主程序控制模塊、對應(yīng)程序初始化模塊以及對應(yīng)功能模塊三大部分構(gòu)成。其中，初始化程序主要涵蓋了單片機特殊性功能寄存器（各中斷、I/O口方向等）、MAX7219、SHT11等；功能子程序主要包含：中斷處理程序、溫濕度檢測程序、顯示輸出程序、按鍵處理程序、加熱降溫輸出控制程序以及語音程序等。

4 結(jié)語

綜上所述，溫濕度的檢測和控制在人們的日常生活和工作當(dāng)中變得越來越重要，在諸多領(lǐng)域及行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用更是越來越普遍。本文以用電單位為例，對電力設(shè)備溫濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究，并主要針對以89C單片機為核心的溫濕度控制系統(tǒng)提出了自身的整體設(shè)計方案，進(jìn)一步對該控制系統(tǒng)的硬件平臺、電路原理設(shè)計以及軟件系統(tǒng)等進(jìn)行了詳細(xì)的探析，論證了該溫濕度控制系統(tǒng)在電力企業(yè)以及對溫濕度需求較為精確的各場當(dāng)中使用的可行性。