摘要:此设计为用电单位和一些环境比较潮湿的工作场所设计的提供环境温湿度的检测和控制系统。利用单片机采用数字PID控制系统，由检测系统、控制系统和执行环节三部分组成。利用89C系列为核心开发的温湿度控制仪，性能稳定可靠，不仅可用于电力部门，对温湿度要求较高的库房粮仓等场所也十分适用。
关键词:电力设备;温湿度;单片机;传感器;数字PID算法子程序
温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计、湿度计来采集温度和湿度，通过人工操作加热、加湿、通风和降温设备来控制温湿度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管做温湿度传感器，但由于其交换性差，效果也不理想。在某些行业中对温湿度的要求较高，特别是在大型的电力系统中，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的漏电事故时有发生，对电力系统的可靠运行造成非常大的影响，甚至危及到电力系统局部及操作人员的安全。为了避免这些故障，需要在配电柜柜体内安装控温、除湿设备。由于采用了新型单片机对温湿度进行控制，所以特别适用于对温湿度控制要求较高的继电保护柜、仪表箱、计量柜等设备。通过加热去湿使其干燥获得一个独立的温湿度可以自动控制的恒温恒湿空间。
一、系统硬件平台
本系统以89C系列单片机为核心，将采集到的信号送给温度传感器、通过HS系列湿度传感器对所接收到的温度、湿度等信号进行采集，送到89C系列单片机系统中对数据进行分析处理，通过单片机系统的外设对获取的信号进行显示、控制，这样就将采样到的非电信号转化为电信号加以实现，从而解决了对温湿度的电气控制方案。本系统的工作原理是当配电柜内的温度低于系统中所设定值的最低值或设备内部的环境湿度大于系统所设定的最高值候，单片机将输出低电平，这是系统会自动启动加热系统使电加热元件开始升温工作，对设备内部进行温度升高，干燥环境;当配电柜内的环境温度高于系统所设的最高值或测试到空间湿度小于系统的最小值候，系统电路将输出高电平，对加热电路控制，停止加热;当工作环境温度值超过通过循环风来降低工作温度的上限设定值时，系统处理器会输出低电平，促使风扇工作的控制电路开始工作，排风散热降温;当设备内部温度值小于排风降温设定得最低值时，微处理器将输出高电平，停止风扇工作。对环境的温、湿度可以得到有效的控制。以89C系列为核心的温湿度控制系统主要由如下几部分组成:输入电路，数据转换电路，警示及加热控制电路和排风控制电路，还有一些外设电路构成。该控制系统以微处理器为控制器中心，采用数字PID算法，经过详细核算、调试确定出参数KP、KI及KD的数值，达到满意的控制效果从而构成一个循环的控制系统。提高环境温、湿度的控制精度，达到用电单位所提出的精度要求。
二、各模块组成
信号采集模块由温度检测电路和湿度检测电路组成。温度检测电路，在此系统中，由一个高性能的双运算放大器、r1、r2、r3组成比例运算，且输入信号从运算放大器的反相输入端输入;则它是一个反向比例运算放大电路。采集到的信号Ui经输入端电阻r1送到反相输入端;而同相输入端通过电阻r2接“地”。经过AD590的输入信号经双运算放大器进行I/V转换后可得到电压输出，输出的电压Uout为100mV/℃，最后由模数转换电路的通道CH0送给微处理器。测温传感器采用AD系列，它是集成温度传感器，其电源电压为4～30V，测温范围-55℃～+150℃。整个测温范围内精度可达±0.5℃，且线性度好，直接输出为电流(1?滋A/K)由于采用了线性度良好的AD590进行温度测量，故测出的温度值不需要进行线性校正。湿度检测电路由湿敏传感器、多谐振荡器和单稳态触发器等组成，采用C/V变换完成湿度检测。湿敏传感器采用电容式湿敏元件HS1101，这种元件有响应快、线性度和可靠性高、长时间工作稳定性好、长时间饱和下快速脱湿等特点。因而采用一般处理即可达到精度为±5%RH的要求。
外部电路由89C51扩展接口芯片8155来实现的6位LED显示和24键的键盘/显示器接口电路。接口芯片8155也可用8255来代替。AT89C51外扩1片8155，8155的RAM地址为7E00H~7EFFH，I/O地址为7F00H~7F05H。8155PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，PA口同时又是6位共阴极LED显示器的位扫描口。PB口作为显示器的段码(字型码)口，8155H的PC口作为键盘的行线状态的输入口。
后向通道中光耦合双向晶闸管驱动器是一种单片机输出与双向晶闸管之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分是一种一砷化镓发光二极管，该二极管杂5～15mA正向电流作用下发出足够迁都的红外光，触发输出部分，输出部分是一硅光敏双向晶闸管，在红外线的作用下可双向导通。在使用晶闸管的控制电路中，常常要求晶闸管在电源电压为零或刚过零时触发晶闸管，来减少晶闸管在导通时对电源的影响。这种触发方式称为过零触发。过零触发需要过零检测电路，有些光电耦合器内部含有过零检测电路，如MOC3061双向晶闸管触发电路。去湿干燥机采用我国新型的发热材料PTC半导体陶瓷加热，其加热部件下面配有微型风扇，使热气流均匀快速流畅，它可以根据端子箱的大小尺寸配定。其功率可在300～800W之间调节，与其配套的排风机可带走端子箱内的湿气。这套去湿干燥机，结构合理、高效、节能，其热效率超过9000，并且安全可靠无明火，不会引燃物体，其使用寿命比传统电热干燥元件高十几倍。
三、软件系统
系统软件采用汇编语言编写，包括主程序、键盘/显示子程序、数字PID算法子程序等模块。系统主程序流程图如图2所示:
四、结论
温湿度的检测与控制和我们的生活密切相关，在各个领域(诸如工业控制、农业技术、医疗卫生以及各种科学研究等)的工作中都需要对这个参数进行控制，以满足相关工作的正常运行。本文以89C51单片机为核心对温湿度的智能化实时控制提出了设计方案。经试验调试，系统性能稳定，十分适用于电力部门和对温湿度要求较高的场所等。
参考文献
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