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論文關鍵詞：電力設備；溫濕度；單片機；傳感器；數字PID算法子程序

論文摘要：利用89C系列為核心開發的溫濕度控制儀，性能穩定可靠，不僅可用于電力部門，對溫濕度要求較高的庫房糧倉等場所也十分適用。此設計為用電單位和一些環境比較潮濕的工作場所設計的提供環境溫濕度的檢測和控制系統。利用單片機采用數字PID控制系統，由檢測系統、控制系統和執行環節三部分組成。

中圖分類號：TP216文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）18-0036-02

溫、濕度控制廣泛應用于人們的生產和生活中，人們使用溫度計、濕度計來采集溫度和濕度，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導體二極管做溫濕度傳感器，但由于其交換性差，效果也不理想。在某些行業中對溫濕度的要求較高，特別是在大型的電力系統中，由于溫度過高或過低引起的元器件失效或由于環境濕度過高而引起的漏電事故時有發生，對電力系統的可靠運行造成非常大的影響，甚至危及到電力系統局部及操作人員的安全。為了避免這些故障，需要在配電柜柜體內安裝控溫、除濕設備。由于采用了新型單片機對溫濕度進行控制，所以特別適用于對溫濕度控制要求較高的繼電保護柜、儀表箱、計量柜等設備。通過加熱去濕使其干燥獲得一個獨立的溫濕度可以自動控制的恒溫恒濕空間。

一、系統硬件平臺

本系統以89C系列單片機為核心，將采集到的信號送給溫度傳感器、通過HS系列濕度傳感器對所接收到的溫度、濕度等信號進行采集，送到89C系列單片機系統中對數據進行分析處理，通過單片機系統的外設對獲取的信號進行顯示、控制，這樣就將采樣到的非電信號轉化為電信號加以實現，從而解決了對溫濕度的電氣控制方案。本系統的工作原理是當配電柜內的溫度低于系統中所設定值的最低值或設備內部的環境濕度大于系統所設定的最高值候，單片機將輸出低電平，這是系統會自動啟動加熱系統使電加熱元件開始升溫工作，對設備內部進行溫度升高，干燥環境；當配電柜內的環境溫度高于系統所設的最高值或測試到空間濕度小于系統的最小值候，系統電路將輸出高電平，對加熱電路控制，停止加熱；當工作環境溫度值超過通過循環風來降低工作溫度的上限設定值時，系統處理器會輸出低電平，促使風扇工作的控制電路開始工作，排風散熱降溫；當設備內部溫度值小于排風降溫設定得最低值時，微處理器將輸出高電平，停止風扇工作。對環境的溫、濕度可以得到有效的控制。以89C系列為核心的溫濕度控制系統主要由如下幾部分組成：輸入電路，數據轉換電路，警示及加熱控制電路和排風控制電路，還有一些外設電路構成。該控制系統以微處理器為控制器中心，采用數字PID算法，經過詳細核算、調試確定出參數KP、KI及KD的數值，達到滿意的控制效果從而構成一個循環的控制系統。提高環境溫、濕度的控制精度，達到用電單位所提出的精度要求。

二、各模塊組成

信號采集模塊由溫度檢測電路和濕度檢測電路組成。溫度檢測電路，在此系統中，由一個高性能的雙運算放大器、r1、r2、r3組成比例運算，且輸入信號從運算放大器的反相輸入端輸入；則它是一個反向比例運算放大電路。采集到的信號Ui經輸入端電阻r1送到反相輸入端；而同相輸入端通過電阻r2接“地”。經過AD590的輸入信號經雙運算放大器進行IV轉換后可得到電壓輸出，輸出的電壓Uout為100mV℃，最后由模數轉換電路的通道CH0送給微處理器。測溫傳感器采用AD系列，它是集成溫度傳感器，其電源電壓為4～30V，測溫范圍-55℃～+150℃。整個測溫范圍內精度可達±0.5℃，且線性度好，直接輸出為電流（1?滋AK）由于采用了線性度良好的AD590進行溫度測量，故測出的溫度值不需要進行線性校正。濕度檢測電路由濕敏傳感器、多諧振蕩器和單穩態觸發器等組成，采用CV變換完成濕度檢測。濕敏傳感器采用電容式濕敏元件HS1101，這種元件有響應快、線性度和可靠性高、長時間工作穩定性好、長時間飽和下快速脫濕等特點。因而采用一般處理即可達到精度為±5％RH的要求。

外部電路由89C51擴展接口芯片8155來實現的6位LED顯示和24鍵的鍵盤顯示器接口電路。接口芯片8155也可用8255來代替。AT89C51外擴1片8155，8155的RAM地址為7E00H~7EFFH，IO地址為7F00H~7F05H。8155PA口為輸出口，控制鍵盤列線的掃描，PA口同時又是6位共陰極LED顯示器的位掃描口。PB口作為顯示器的段碼（字型碼）口，8155H的PC口作為鍵盤的行線狀態的輸入口。

后向通道中光耦合雙向晶閘管驅動器是一種單片機輸出與雙向晶閘管之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一種一砷化鎵發光二極管，該二極管雜5～15mA正向電流作用下發出足夠遷都的紅外光，觸發輸出部分，輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管，在紅外線的作用下可雙向導通。在使用晶閘管的控制電路中，常常要求晶閘管在電源電壓為零或剛過零時觸發晶閘管，來減少晶閘管在導通時對電源的影響。這種觸發方式稱為過零觸發。過零觸發需要過零檢測電路，有些光電耦合器內部含有過零檢測電路，如MOC3061雙向晶閘管觸發電路。去濕干燥機采用我國新型的發熱材料PTC半導體陶瓷加熱，其加熱部件下面配有微型風扇，使熱氣流均勻快速流暢，它可以根據端子箱的大小尺寸配定。其功率可在300～800W之間調節，與其配套的排風機可帶走端子箱內的濕氣。這套去濕干燥機，結構合理、高效、節能，其熱效率超過9000，并且安全可靠無明火，不會引燃物體，其使用壽命比傳統電熱干燥元件高十幾倍。

三、軟件系統

系統軟件采用匯編語言編寫，包括主程序、鍵盤顯示子程序、數字PID算法子程序等模塊。系統主程序流程圖如圖2所示：

四、結論

本文以89C51單片機為核心對溫濕度的智能化實時控制提出了設計方案。經試驗調試，系統性能穩定，十分適用于電力部門和對溫濕度要求較高的場所等。溫濕度的檢測與控制和我們的生活密切相關，在各個領域（諸如工業控制、農業技術、醫療衛生以及各種科學研究等）的工作中都需要對這個參數進行控制，以滿足相關工作的正常運行。