仓库温度与湿度自动控制新版系统标准设计.docx

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，而且在关键地方插入部分空操作指令NOP或将有效单字节指令重写；5)采取软件陷阱技术处理犯错程序，采取数字滤波技术处理采样数据；6)通信程序中加数据校验位。

3 系统软件设计
    软件采取模块化设计。系统软件关键包含主程序和按键处理、中止、实施机构控制、显示和通信等子程序。主程序完成器件初始化，并判定有没有按键按下、有没有中止请求，然后依据判定结果调用对应子程序。图5为主程序步骤图。

4 试验测试结果和分析
    该系统样机在某书库进行了试运行，调试后在室内进行了模拟测试，检验了系统控制精度。通常书库室内空气温度应控制在25～26℃之间、相对湿度应控制在50％～65％。表1给出了一天不一样时刻预设温湿度和实测温湿度部分数据比较情况。

    从以上结果能够看出其温度最大绝对误差为O．5℃。湿度最大相对误差为±3％RH。

5 结束语
    以AT89S51单片机作为系统控制器温、湿度自动测控系统可自动检测并显示仓库温、湿度，并依据用户要求设定系统温、湿度阈值进行控制，它克服了电子式温湿度控制系统电路较复杂，控制精度低等特点，系统因为含有和上位机通信功效，方便进行对仓库温湿度集中管理。经测试，该装置工作稳定可靠，有很强实用性，可广泛应用在粮库、机房、档案馆、特殊材料加工场等场所。