一種智能溫濕度控制器的設(shè)計(jì)
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隨著電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大、電壓等級(jí)越來(lái)越高，供電可靠性也要求更加嚴(yán)格。供配電設(shè)備環(huán)境的溫度、濕度是影響設(shè)備運(yùn)行的重要因素。溫度過(guò)高會(huì)加速儀器設(shè)備元器件老化，縮短其使用壽命，甚至直接導(dǎo)致設(shè)備損壞；低溫、潮濕，設(shè)備表面產(chǎn)生凝露則有可能發(fā)生爬電、閃絡(luò)等事故。
基于以上考慮，在中高壓開關(guān)柜、箱變、端子箱等供配電設(shè)備中進(jìn)行溫度、濕度控制是十分必要的。本文將介紹一種WHD型智能溫濕度控制器的設(shè)計(jì)方法，最多實(shí)現(xiàn)三路溫度、濕度的測(cè)量與控制；結(jié)合RS485總線技術(shù)及上位機(jī)軟件，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息遠(yuǎn)傳，滿足低壓配電智能化及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求。
1 硬件電路設(shè)計(jì)
1.1 硬件設(shè)計(jì)的總體思路
硬件系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，按功能可劃分為：電源供電、溫濕度測(cè)量、控制輸出、人機(jī)對(duì)話以及通訊五個(gè)部分，如圖1所示。
電源供電電路將AC220V或其他類型輔助電源轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)工作所需的直流電源。單片機(jī)將傳感器測(cè)得的溫濕度值進(jìn)行比較、處理，確定輸出控制部分繼電器的工作狀態(tài)，并顯示和發(fā)送溫濕度數(shù)值及輸出控制部分的工作狀態(tài)信息。人機(jī)對(duì)話部分具有按鍵信息錄入功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)按鍵編程設(shè)置系統(tǒng)的工作參數(shù)。
1.2 硬件的具體電路及原理
核心器件單片機(jī)選用STC公司的STC89C58RD+型單片機(jī)，它是一款兼容51內(nèi)核的增強(qiáng)型8位機(jī)，片上資源豐富，抗干擾能力突出。STC89C58RD+（D版本）支持6時(shí)鐘/機(jī)器周期，內(nèi)含32K字節(jié)用戶程序空間，片上集成1280字節(jié)RAM，16K字節(jié)EEPROM空間；支持ISP/IAP功能，無(wú)須專用編程器；片上還集成了看門狗電路及MAX810專用復(fù)位電路。
溫濕度的測(cè)量選用SENSIRION公司開發(fā)的數(shù)字式溫濕度一體傳感器芯片SHT11。該傳感器可同時(shí)測(cè)溫度、濕度，并提供全程標(biāo)定的數(shù)據(jù)輸出，所以使用該傳感器既可以降低硬件成本，又方便了整機(jī)測(cè)試。其技術(shù)參數(shù)如下表所示：
溫度參數(shù)：
參數(shù) | 條件 | 典型 | 單位 |
分辨率 | 0.01 | ℃ | |
精度 | 0～60 | ±1 | ℃ |
量程范圍 | -40～120 | ℃ |
濕度參數(shù)：
參數(shù) | 條件 | 典型 | 單位 |
分辨率 | 0.03 | ％RH | |
精度 | 20％～80％ | ±3 | ％RH |
量程范圍 | 0～100 | ％RH |
該傳感器與CPU之間的通訊采用二線制方式，即DATA（數(shù)據(jù)）線和CLK（同步時(shí)鐘脈沖）線。測(cè)量三路溫度、濕度時(shí)，CPU與傳感器的連接電路如圖2所示。CPU通用I/O口中的P1.0和P1.1，P1.2和P1.3，P1.4和P1.5分別與三路溫濕度傳感器SHT11連接，其中P1.0、P1.2、P1.4分別作為各路通訊的DATA（數(shù)據(jù)）線，P1.1、P1.3、P1.5分別作為各路通訊的CLK（同步時(shí)鐘）線，DATA線需外加10KΩ的上拉電阻將信號(hào)提高至高電平（詳情請(qǐng)參考SHT11數(shù)據(jù)手冊(cè)）。實(shí)際使用時(shí)，傳感器與控制器之間（即圖中虛線部分）以屏蔽線連接，經(jīng)驗(yàn)證，CPU與傳感器之間的最大通訊距離為10米。如果使用74HC245或其他芯片提高I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，可增加通訊距離，但會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能，因此不予采納。
系統(tǒng)采用LED數(shù)碼管顯示溫度、濕度值，界面簡(jiǎn)潔明了。三路傳感器測(cè)得的溫度、濕度值以循環(huán)方式依次顯示，顯示部分共有7位數(shù)碼管，其中4位用于顯示溫度值（顯示范圍：-40.0～100.0），并在編程狀態(tài)下顯示菜單及參數(shù)，2位用于顯示濕度值（顯示范圍：0～99），1位用于顯示當(dāng)前顯示或操作對(duì)應(yīng)的傳感器的編號(hào)（1～3）。數(shù)碼管顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，其驅(qū)動(dòng)電路由集成電路74HC595及74HC164構(gòu)成。74HC595是一款帶有輸出門鎖功能的8位串行輸入、并行輸出（或串行輸出）的移位寄存器，用于數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)；74HC164的串行輸入、并行輸出功能用于掃描顯示每一位數(shù)碼管，如圖3所示。
系統(tǒng)采用繼電器或可控硅作為控制輸出，電源部分采用開關(guān)電源方案，通訊部分采用RS485接口，具體電路設(shè)計(jì)請(qǐng)參考相關(guān)書籍，此處不予贅述。
2 軟件設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括以下四個(gè)部分：主程序、測(cè)量控制模塊、顯示模塊及通訊模塊。
主程序完成上電或復(fù)位初始化，復(fù)位看門狗，查詢按鍵信息等功能，程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。
程序初始化包括配置CPU的SFR，設(shè)置I/O口初始狀態(tài)，從EEPROM讀取工作參數(shù)，設(shè)置看門狗定時(shí)器的復(fù)位時(shí)間等。需要注意的是，一般只在主程序中喂狗，看門狗的復(fù)位時(shí)間時(shí)要設(shè)置的比測(cè)量程序中可能出現(xiàn)的最長(zhǎng)等待時(shí)間還要長(zhǎng)。以下給出主程序的部分C語(yǔ)言源代碼。
評(píng)論