温湿度控制器设计论文（精选12篇）
温湿度控制器设计论文 篇1
摘要：随着农业自动化程度的提高,仓库管理技术也将得到进一步改进。仓库的温度湿度测量方法以及相应的智能控制一直是仓库内物品保存的一个重要问题。本系统由温度测量电路,湿度测量电路,显示电路,报警电路,键盘电路,温湿度控制电路与AT89C51单片机配合,可以方便地构造自己所需要的数据采集系统,并在任何时候都可以把仓库现场的信息实时地传到控制室,进而按照所需的温度和湿度要求对仓库内的温湿度情况进行控制,获得了粮仓的实时管理,实现了自动化、智能化。
关键词：仓库,传感器,控制电路,单片机
0 引言
传统的机械式温度检测仪表已经有上百年的历史了,一般均具有指示温度的功能,由于测温原理不同,不同的仪表在记录、报警、控制信息远传等方面有较大的差别。近年来由于微电子的进步以及计算机应用的日益广泛,智能化测量仪表已经取得巨大的进步。常规电子线路,可以容易地将计算机技术与测量技术结合起来。目前,在研制高精度,高性能,多功能的测量仪表时,几乎没有不考虑使用单片机使之成为智能仪表的。故用单片机作为前沿机对现场进行数据采集,实现遥测功能,就会产生较好的效果。
1 设计思路
本设计首先进行温湿度上下限设定。正常工作时,系统不断地进行温湿度检测,一旦温湿度高于上限值或低于下限值,报警电路立即启动。同时根据不同情况启动相应的加温,加湿,降温,除湿电路。
2 系统原理
对应于系统流程,图1为相应的系统原理图,电路由各模块组成,实现相应的检测与控制。
3 系统各部分组成
本系统由温度测量电路,湿度测量电路,显示电路,报警电路,键盘电路,温湿度控制电路等与AT89C51单片机配合。设计内容包括单片机测控系统电路原理设计,及基于C语言的软件编程。
3.1 温度测量电路
温度测量传感器选用的是DS18B20。DS18B20将温度传感器、寄存器、A/D转换器、接口电路集成在一个芯片中,可实现直接数字化输出、测试。且具有控制功能强、抗干扰能力强、微型化、微功耗等特点。且DS18B20采用的是1-Wire总线协议,即采用一根信号线实现信号的双向传输,接口简单、节省I/O口线、便于扩展和维护。
3.2 湿度测量电路
HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。它的常用电路是将HS1101置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集。
其工作循环中的充电时间为Th=0.7(R2+R3)C1;放电时间为T1=0.7R3*C1; 输出脉冲占空比为q=(R2+R3)/(R2+2R3),为了使输出脉冲占空比接近50%,R2应远远小于R3。当外界湿度变化时,HS1101 两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度。
相关程序:
3.3 数码管的动态显示电路
在多位显示时,为了简化硬件电路,通常将所有位的段选线相应地并联在一起,由一个8位I/O口实现控制,形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制,实现各位的分时选能。
3.4 键盘电路
通过开关S1和S2来上调或下调所需设定的上下限数值,之后通过S3来确认所设定的上下限数值。
相关程序:
3.5 温湿度控制电路
当仓库内部的温度低于设定值的下限或仓库内部的湿度小于设定值的下限时,单片机将输出高电平到P1.0端口,起动加热加湿电路,加热或加湿仓库内部;当仓库内部温度大于低温加热设定上限时且湿度值大于加湿设定的上限时,单片机输出低电平到P1.0端口停止加热。当仓库内部湿度值超过粮库设定标准上限时,单片机输出高电平到P1.1端口,使去湿机控制电路工作,开始去湿;当粮库内部湿度值小于湿度设定下限时,单片机输出低电平到P1.1端口,使去湿机控制电路停止工作。当仓库内部温度值超过粮库设定标准上限时,单片机输出高电平到P1.2端口,使制冷控制电路工作,开始制冷;当仓库内部温度值小于温度设定下限时,单片机输出低电平到P1.1端口,使制冷控制电路停止工作。
4 实验现象采集
以下几张为在实验过程中所拍摄的图像。
(1)图2为设定温度下限为22度,上限为26度。
(2)图3为当时所测温度为26度,不报警(数值26前的符号表示“工作正常”)。
(3)图4为当时所测温度为32度,报警(数值32前的符号表示“报警”)。
5 结束语
本系统由温度测量电路,湿度测量电路,显示电路,报警电路,键盘电路,温湿度控制电路与AT89C51单片机配合,可以方便地构造自己所需要的数据采集系统,并在任何时候都可以把仓库现场的信息实时地传到控制室,进而按照所需的温度和湿度要求对仓库内的温湿度情况进行控制,获得了粮仓的实时管理,实现了自动化、智能化。
参考文献
[1]王宝琴,范长胜,郭艳玲.基于单片机的温室温湿度控制系统设计[J].林业机械与木工设备,2008,36(3):39-40.
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[3]廖惜春.基于AT89C52的温湿度智能监控系统[J].现代电子技术,2003(10):7-9.
温湿度控制器设计论文 篇2
霉菌是地球上无数物种中的一类，它们的存
在给人类带来生机，送来福音，青霉素就是从霉菌中提炼出来的一种治病的良药；然而，它也给我们带来危害：一旦霉菌寄生于档案上，纸张霉变，只要生长条件许可，几天之内，霉菌就会布满库房，给档案带来无限的危害。霉菌无所不在，无所不有，平时我们不仅可以从没有发生霉变的档案上采集到霉菌，而且可以在没有发生霉变的库房空气中捕到霉菌。经过培养，发现这些霉菌有很多种类，如毛霉、青霉、黑霉等，有时还会发现黄曲霉、黑曲霉等菌种，这类霉菌最适宜生长在摄氏24—28度，相对湿度为70%以上的环境内，一旦库房内有这种适合霉菌生长的环境，原先寄生在档案上的霉菌就如鱼得水，迅速繁衍，并以几何级数增长，严重危及档案。
面对霉菌的侵害，我们档案管理人员几乎是按照祖辈传下来的一成不变的传统办法来防霉，这个办法就是在库房内和档案箱内安放防霉药剂或者樟脑丸，利用药剂挥发出来的气味来制止霉菌的生长，让霉菌和虫子在药剂的气味中中毒死亡。虽然这种传统做法有一定的防霉作用，但也带来副作用。有人做过试验，给老鼠服用一定剂量的防霉药剂，会引起老鼠死亡。自然，档案管理人员长期呼吸含有防霉剂的空气也无益于健康。此外，在雨季如果档案库房温湿度没有控制好，档案长期处于高温、高湿环境中，将会导致纸质酸化，影响档案寿命。近年来，档案库房内空调机和去湿机的广泛应用，给我们防霉不用药提供了一个新的方式。我们大家都知道，秋季不易长霉，是秋高气爽，湿度不适宜霉菌生长，冬季不长霉，是寒冬腊月气温低。这个原理向我们启示，只要利用机械通风，造就一个不利于霉菌繁殖的空间，霉菌就不会生长。现今我们完全有条件利用空调机和去湿机来造一个绿色的防霉环境，让防霉不用药从理想走向现实。笔者所在的**市档案馆，拥有一座大型的档案库房，里面珍藏着许许多多珍贵的资料，与其它档案馆(室)一样，每年也面临雨季防霉问题的困扰，我们早先在外滩老库房时也曾用过药剂防霉，搬到新库房以后，采用了控制库房温湿度的方法，库房温度常年控制在摄氏24度以下，相对湿度常年控制在50%上下，整栋大楼近二百万卷档案不用一颗防霉药，多年来档案从没有发生过霉变。
如何科学地应用空调机、去湿机来控制库房温湿度，是一门学问，这里不仅有理论的测算，还要有实践的经验。根据笔者所在技术部多年积累的办法，体会到不管怎样的库房，只要稍加改进，科学地管理，就一定能做到防霉不用药。
要做到不用防霉药，必须在雨季来临之前，将库房门窗仔细地密封好，因为哪怕是一条小小的缝隙，也会给库房带来大量的潮气。有条件的档案室，应在库房门口安装风幕，防止开关库房门时内外空气进行交换，阻止室外潮气入侵室内。空调机冷量选用，不管何种型号，一般每平方米100大卡即可，去湿机的除湿量，50平方米左右库房，选每小时1公斤的去湿机，已足够。夏季来临，当室外温度不高时，就要利用这个时机将温度和湿度降得低一点，不要认为室内温度不高就不开降温除湿设备，这时最好将库内温度降到摄氏20度、相对湿度50%以内，最大限度地把冷量、降湿量储存在库房的墙壁、档案、柜体内。
储存一定能量后，一但室外温度长时间超过摄氏35度，相对湿度长时间超过90%，即使空调降温能力下降、去湿机抽湿能力不足时，依靠储存能量的释放，库房的湿度也不会超过国家标准。只要坚持在雨季将档案库房相对湿度控制在50%上下，温度不超过摄氏24度，库房内档案上，即使有霉菌孢子存在，因它们没有繁殖生长的条件，库房、档案也就不会霉变。
要空调机、去湿机能按照我们的意愿运行在规定的范围内，最好安装温湿度自动控制系统。以前，一般管理人员为了安全，不敢将空调机去湿机整个晚上都打开，现在可利用计算机来进行档案库房技术管理。一旦当库内温湿度纯依靠白天开空调机去湿机不能控制时，自动控制系统就会二十四小时根据库房实际需要运行，从而保证了库房达到国家规定的标准，由于有了自动控制，管理人员也不必频繁进出库房，因不经常开关库房门，冷量也损失较少，可节省很多能耗。安装自控系统的投入，可以从节省电能中逐步得到回报。当然，如果没有安装自控系统，也不是不能控制好库房的温湿度了，只要管理人员勤观察，勤开关设备，也能控制好库房。
印刷车间温湿度控制的重要性 篇3
温湿度控制不当将会成为印刷生产的隐患
据专营工业加湿系统60余年的日本雾的池内公司的技术工程师介绍，温湿度对印刷品质的影响不可小觑。首先，湿度会直接影响纸张的变形程度。纸张由植物纤维组成，植物纤维具有多孔性和亲水性，对水十分敏感。纸张含水量变化会引起纸张伸缩（包括局部变形），当环境湿度变化超过±10%时，纸张的含水量就会变化1%，而在多色印刷中当纸张的含水量变化0.1%时，就会造成套印不准。
其次，环境温度还会影响油墨黏度。环境温度升高，油墨黏度降低；环境温度降低，油墨黏度增加。如果温度过低，油墨黏度过大，会发生印刷故障，如纸张表面油墨发生局部剥离，粘在橡皮布或印版上。因此，控制印刷车间的温度和相对湿度可以控制油墨的干燥速度，避免印刷故障的发生。
承印物产生静电的问题在低温且干燥环境中常有发生，静电效应的存在，会造成纸张参差不齐，印品之间产生粘连，走纸时出现两张或者多张，不仅浪费原材料，而且影响印刷的正常进行，降低生产效率，严重时还会引起火灾。
合适的加湿系统能解决温湿度控制问题
通常情况下，印刷车间的温度应为20～22℃，相对湿度应为45%～60%。目前，国内部分优秀的印刷企业不但在印刷车间内采取了合理的温湿度控制，对纸库的温湿度也进行了严格要求（温度为18～20℃，相对湿度为60%～65%），以保证纸张在进入印刷车间以前已经有足够的含水率，消除纸张变形隐患。
单纯安装加湿器来调节湿度，情况的确会有所好转，但是大颗粒雾滴在接触到物体时会被弹开并破裂，从而沾湿物体，导致纸张湿度无法控制。
为此，日本雾的池内公司推出了专利产品—干雾加湿技术AKIJet。干雾是一种颗粒细小的雾，接触到物体时水滴不会破裂并弹开，因此不会沾湿物体。AKIJet剪断水滴使其微粒化，同时水滴还会被从喷口喷出的超音速空气再次微粒化，与从另一喷口喷出的同样被微粒化的水滴在中央撞击，在相互反复剪断的同时，发生3.3万～4.0万赫兹的超声波，将液滴更加微粒化、均等化，产生大量超细、均等的雾来加湿。
针对印刷车间，日本雾的池内公司将整个工业加湿系统分为三大部分，即供水系统、空压系统和加湿控制系统，如图1所示。
供水系统为喷雾组件提供洁净的水，设有逆透膜纯水器、混床纯水器、水过滤器等。由于未经处理的水质硬度过高，长久使用会堵塞喷头，日本雾的池内公司采用了小型低压RO膜进行净水，并且从前处理过滤到后处理过滤均为内藏式省空间设计，利用狭小的空间就能生产大量纯水。
空压系统为喷雾组件提供清洁的空气，设有无油空压机、空气过滤器、油过滤器等。在使用中，印刷车间少不了有机溶剂以及其他挥发气体的存在，所以在空压系统中日本雾的池内公司除了添加空气过滤器之外，又加上了油过滤装置，在装置内部超细纤维作用下，完全可以去除压缩空气中0.03μm以上的水滴、有机挥发气体及其他杂质，从而彻底净化空气。
加湿控制系统由喷雾组件、湿度控制组件、湿度传感器构成，是以“高性能数字型控制器”作为数字化控制的核心，并且可同时控制4套不同的系统湿度，测定精度为±3%，它的存在确保了现场成套设备的实际湿度和设定湿度高度一致。
值得一提的是，日本雾的池内公司的喷雾组件AKIMist（如图2所示），采用先进的聚四氟乙烯树脂喷口，更防堵塞。超小型储水罐不易繁殖细菌，采用垫圈一体化的螺帽，使得喷口部维护更加方便。此外，其喷雾能力不可小觑，最大喷雾量可达14.4L/h，平均粒子径仅为7.5nm。1台加湿器最多可安装4个喷嘴，最大喷射距离达4m，而且喷雾本体和喷嘴之间，水平方向和垂直方向可任意变化，喷雾方向自由可控，可任意选择所需喷雾的区域。
在印刷企业强调精细化、标准化、智能化管理的今天，加湿控温问题一直比较棘手。幸运的是，作为一家专注研究工业加湿解决方案的企业，日本雾的池内公司能够为印刷行业提供专业的加湿系统，未来让我们期待其能够推出更多更好的加湿解决方案。
温湿度控制器的设计 篇4
关键词：温湿度,单片机,传感器,报警
环境的监测与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。由于应用的场合不同监测对象的不同, 其系统设计也是千差万别。在众多指标中的温度和湿度对环境有重要影响, 因此必须定期抽样检查温度和湿度, 以便采取相应的措施。如在民用建筑里, 检测并控制其温度和湿度对其中的设备或货物非常重要, 它直接影响其设备或所储存物资的工作可靠性、使用寿命等。如果采用人工进行, 使用一些器材进行检测的话, 效率低, 浪费人力、物力和财力, 结果有时也还不够准确。本文探讨用单片机实现集温湿度采集、显示和报警的温湿度控制器。
1 DHT11传感器
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件, 并与一个高性能8位单片机相连接。
DHT11数字温湿度传感器连接方法极为简单。第一引脚接电源正, 第二引脚为数据端, 直接连接单片机, 第四引脚接地, 第三引脚为孔脚, 不需要用到。为了传感器的稳定性, 可在数据端和电源正之间连接一只5K的电阻。DHT11传感器原件的电路如图1所示。
2系统硬件组成
系统使用STC89C52单片机的最小系统作为核心控制电路, 控制DHT11传感器采集当前的温湿度值并做处理, 然后将处理的数据传送到1602液晶屏上显示出来, 同时根据设置温湿度的上下阀值, 若超越阀值就驱动报警电路完成报警, 进而实现对温湿度的准确控制。电路设计如图2所示。
3系统软件设计
本系统是在Keil C环境下开发的。系统的主程序首先要对整个系统进行初始化, 然后将采集到的温湿度进行处理, 流程图如图3所示。
4结语
温湿度的控制, 无论是从生产还是生活来说, 与人类都是息息相关的。本文探讨了以单片机为核心部件的控制系统, 采用模块化的设计, 通过软件编程, 实现对温湿度的准确控制。
参考文献
[1]陈明荧.8051单片机课程设计实训教材[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[2]徐新艳.单片机原理、应用与实践[M].北京:高等教育出版社, 2005.
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温湿度控制器设计论文 篇5
1.1操作场所避光的可见异物检测室。
1.2可见异物检查装置[2]
1.2.1检测仪器YB-2型澄明度检测仪。
1.2.2检测仪器背景不反光的黑色背景和不反光的白色背景(供检查有色异物)。
1.2.3光照度检测前应依据所检测药品，调节光照度并应用检测仪所带“照度计”对光照度进行测定。检测无色注射液，光照度为1000~1500LX;检测透明塑料容器或有色溶液注射液，光照度为~ 3000 LX;检测混悬型注射液，光照度为4000LX。
1.3检查人员条件[2]
(1)视力远距离和近距离视力测验，均为0.9或0.9以上(不包括矫正后视力)。(2)色盲测验应无色盲。
1.4检查前准备
(1)按“药品质量检查验收程序”规定的抽样比例及方法抽取样品，移入可见异物检测室。(2)检查可见异物检测仪内部台面及其周围，确认无与检测样品无关的其他物品，以免混淆。(3)开启可见异物检测仪电源开关，检查光源是否正常稳定，光照度是否符合要求。(4)取待检查的样品，擦净容器外壁，保持外壁清洁，集中放置。
1.5检查方法、时限及判断标准
1.5.1水(醇)溶剂型注射液将供试品如数抽取，擦净安瓿(瓶)外壁污痕(或保持外壁清洁)，集中放置。检查时按表1拿取支数连续操作，置供试品开展遮光板边缘处，在明视距离(指供试品至人眼的清晰观测距离，通常为20cm)，分别在黑色和白色背景下，手持供试品颈部使药液轻轻旋转和翻转容器使药液中存在的可见异物悬浮(注意不使药液产生气泡)，用目检视。50ml或50ml以上的注射液按直、横、倒三步法旋转检视。不同规格注射剂每次拿取支数和检查时限规定见表1。表1不同规格注射剂每次拿取支数和检查时限规定
1.5.2油溶剂型注射液油溶剂型注射液按水(醇)溶剂型注射液的方法检查，检查时限延长1倍。如有结晶析出，可在50℃~60℃左右的水浴中加热，振摇，放冷至20℃~30℃检查，若结晶不溶者判为不合格。
1.5.3混悬型注射液按水(醇)溶剂型注射液的检查方法及时限检查，仅检查色块等异物。
1.6澄明度检查特殊品种的判断澄明度检查的养护记录
温湿度控制器设计论文 篇6
关键词 单片机 温湿度控制系统 研究
中图分类号：TP27 文献标识码：A
工业控制自动化系统的不断发展，使得很多设备实现了无人值守或者不间断的运行，这些设备正常运行的基础就是管理人员要确保设备各个参数的正确。温度与湿度是常用的被控参数，利用单片机对温度和湿度进行智能的监测和控制，将有利于設备的正常运行。本文就温室温度湿度控制系统进行分析，对温湿度控制系统中单片机系统的应用做出了详细的阐述。
1单片机概述
单片机实际上就是一个高度集成的电路芯片，其中包括中央处理器、随机存储器、只读存储器和多种中断系统、定时系统等，这些部件通过超大规模集成电路系统集成到硅片上的计算机系统就是单片机。单片机实现自动控制的技术简称为单片机技术。单片机技术随着科技的发展而得到了越来越广泛的应用，比如工程自动化控制、温室等。单片机使得温室设计走向了集约化和规模化的道路，使其成为了最有活力的产业之一。
单片机的体积较小、能耗非常低、可控制性强、扩展灵活和使用方便的特点，使其广泛地被运用到仪器、仪表、汽车等行业。单片机在近几年的发展尤为快速，在以往功能的基础上又增添了很多新功能，成为了工业控制领域不能缺少的微控制器。
正是由于单片机的众多特点，温室中温度湿度的控制才更加便捷，管理人员只要通过电脑就能够监测和控制温室中的温度、湿度各种参数，还可以同时对多个温室进行监测和控制，在一定程度上节约了人力和物力，提高了工作效率。
2基于单片机的温湿度控制系统的工作原理
温室温湿度控制系统开始工作之后，管理人员要在系统内输入最初设定的温度与湿度的数值，单片机系统将管理人员的设置保持到芯片中。单片机进入到主程序之后，开始检测温度传感器和湿度传感器的温度、湿度状态，将测量数据通过显示屏显示出来。当温度（或者湿度）测量数值小于芯片中的设定值时，单片机根据处理的结果通过控制的输出接口是加温（或者加湿）设备开始工作；当测量的数值大于芯片中的设定值时，单片机通过控制输出接口是加温（或者加湿）设备停止工作。
3基于单片机的温湿度控制系统研究
3.1温湿度控制系统的功能
利用温湿度控制器对温室的温湿度进行控制，要实现该设备的独立工作，将测量得到的温湿度参数通过液晶显示屏实时地显示出来，当测量的温湿度参数不在设定范围内时，系统进行语音报警，提示管理人员温室温湿度的异常情况。
3.2温湿度控制系统设计原理
3.2.1温湿度控制系统要安全可靠
温湿度控制系统在特定的条件、时间完成规定的功能就称其为系统安全可靠。如果温湿度系统安全和可靠程度不达标，系统出现故障的几率就会加大，经济方面和信誉方面的损失也会加大，还可能威胁到人身安全或者造成其他更加严重的后果。
要做到单片机温湿度控制系统的安全可靠就需要注意以下几个方面：元器件选用方面、电路板设计方面、供电电源和输入输出通道抗干扰措施方面、软硬件的滤波方面和系统自我诊断功能方面。
3.2.2温湿度控制系统要有高性价比
性能与价格之间的比例就是性价比，在温湿度控制系统设计时要考虑到这个方面。要在满足产品性能需要的基础上找到价位最为合适的。在系统设计过程中保证系统的高性能是一个方面，同时也要注意到系统的成本问题，尽量降低成本。
3.3温湿度控制系统的设计方案
采集温湿度参数、处理和显示参数、存储数据、播报语音和控制温湿度是温湿度系统需要实现的几个功能。系统既能够独立对数据进行处理和对外围电路进行控制，也要能够实现人机交流，这就要求重要处理器要选用处理能力强、可靠性高、结构简单的CPU。系统主要包括的模块有温度采集、湿度采集、时钟、存在和语言报警。
4温湿度控制系统的硬件、软件介绍
温湿度控制系统的硬件主要的是两个部分，一个是温湿度传感器部分，另一个是温湿度控制器部分。具体的硬件包括传感器、系统电位电路、时钟与复位电路、存储芯片、语音报警线路、其他外围电路等。在温湿度控制系统的设计过程中，要先考虑硬件各个模块的功能，根据功能选择最适合的芯片，最后进行电路的搭接，在电路的实现过程中PCB板设计及焊接的过程中要对出现的问题多加注意，避免之后在系统调试和工作中出现问题。
温湿度控制系统的软件设计主要要注意的是：软件的机构、数据、硬件结构程序及软件的过程设计。温湿度控制系统中的软件主要包括：系统开发工具、主函数、显示界面程序、温湿度数据采集程序、I2C总线和SPI总线程序、语言报警程序等。
5总结
本文对温湿度控制系统的工作原理、组成结构及设计原则、性能进行了详细地阐述，基于单片机的温湿度控制系统具有结构简单，响应快、抗干扰强的特点，能够实现温室中温度和湿度的监测和控制，具有非常好的实用性。
参考文献
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温湿度控制器设计论文 篇7
与传统的PLC点对点的控制方法相比,总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括:
(1)安装、调试、设计、维护的费用大幅度地降低,维护和改造的停工时间降低60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得明确;标准接插件快速、简单快捷的安装,使人力、物力大量降低;强大的故障诊断能力,使系统的调试和维护工作量大幅降低。这是因为系统综合成本及一次性安装费用降低40%。由于导线、连接附件的大幅度降低,使原来的大多数,甚至几千根控制电缆浓缩到一根总线电缆,同时也使接线端子、电缆桥架等附件降到最低。
(2)许多总线在通信介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定,从而确保总线通信快速、完全可靠地进行。因为系统性能大幅度的提高,使控制系统的档次跨越了一个台阶,可靠的数据传输,快速的数据响应,强大的抗干扰能力。
(3)总线系统拥有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通信故障、电源故障,以及装置和连接件的断路、短路故障,从而可以迅速地发现系统的各种故障位置和状态。
(4)采用数字信号通信,有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号,避免了信号的衰减和变形。
(5)总线节点具有IP67的防护等级,具有防尘、抗振动、防水等特点。可以直接安装于工业设备上,大量降低了接线箱,使系统可靠性提高。
(6)本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所,降低系统发生危险的可能性。
2 系统设计
由传统的温湿度控制系统构成的计算机温湿度测控系统,需要使用电源、信号、地线等多根导线,并要求系统为其提供电源和模拟量输入接口,同时对信号传输距离、电磁干扰也要求较为严格,尤其是在测量点数较多时,上述问题显得尤为突出,这不仅使系统成本增加,也使系统可靠性大为降低。而如果沿着电缆线也能传送电源的话,那么就可替代外部电源来为系统供电。一种巧妙的、从数据线上“窃电”的方法,使得多个器件可挂接在同一根电缆线上,并双向传送数据,同时为器件提供电源,这就是单总线微网技术。这种方法不仅节省了额外的连线和远端电源,有效地降低了成本,更有意义的是单总线上挂接的器件具有全球唯一的序列号和自定时控制器,因此简化了温湿度测控系统设计。
目前DALLAS公司提供了多种一线总线温度控制系统,如DS1820、DS18B20、DS18S20等,采用上述器件并利用单总线微网技术,可轻松构成全数字化的万点测温系统。但对于湿度的测量,DALLAS公司并未提供相应的传感器,这就给利用单总线微网技术测量温湿度带来不便,针对这种情况,我们采用Honeywell公司相对湿度控制系统HIH-2610,配合DALLAS公司一线总线器件DS2428设计出一种完全符合一线总线规范的温湿度控制系统,可直接挂接在一线总线上,构成一线总线温湿度测控系统。
3 系统结构
挂在一线总线上的器件必须满足以下几方面的要求:
(1)低功耗
一线总线的电源通常由一个连接于2～5.5V电源端的4.7kΩ上拉电阻提供,其提供的电源能量是非常有限的,故要求一线总线器件必须满足低功耗的特性。
(2)具有唯一的身份码
一线总线是通过身份码来识别挂在同一总线上的不同器件的,因此要求每个一线总线器件均具有全球唯一的64位ROM识别码。
(3)必须满足一线总线器件的时序要求
根据上述对一线总线器件的要求设计出的一线总线温湿度控制系统如图1所示。这里选用了具有功耗低特性的HIH-2610湿度控制系统,以满足一线总线对低功耗的要求,选用了一线总线器件DS2428以满足身份码及时序要求,下面对上述器件予以详细介绍。
4 HIH-2610集成湿度控制系统
HIH-2610是美国Honeywell公司生产的相对湿度控制系统,该传感器采用热固聚酯电容式传感头,同时在内部集成了信号处理功能电路,因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值,再将电容值转换成线性电压输出的任务,同时该传感器还具有精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点,其性能指标如表1所示,输出电压与相对湿度的关系曲线如图2所示。
由特性指标及输出电压与相对湿度关系曲线可得出如下结论:
(1)HIH-2610在供电电压为5V时,其消耗电流仅为200μA,故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求。
(2)HIH-260输出电压为:
即输出电压Vout不仅正比于湿度测量值,且与电源电压值Vsupply有关,若Vsupply固定为5V,则其值仅由相对温度值决定,但由于一线总线上的供电电压值为变量,故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压Vsupply的值。
(3)HIH-2610测量的湿度值还与环境温度有关,故应进行温度补偿,补偿公式为:
式中:T为环境摄氏温度值。
因此,为得到准确的湿度测量值,还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。
5 总线器件DS2428简介
为实现上述参数的计算机测量,要求所选用的器件不仅能完成温度、湿度和电压值的测量,还应满足一线总线对器件身份码及时序的要求,因此只有选用一线总线器件才能同时满足上述要求。若选用DS2450一线总线A/D转换器,并配合一线总线数字温度控制系统DS1820,虽可完成温湿度测量功能,但会增加传感器的软硬件复杂程度,故这里选用DAL-LAS公司的智能电池监视器件DS2428,该器件主要特性如下:
(1)一线总线接口只有一根信号线与CPU连接。
(2)无需备份电源,可用数据线供电。
(3)片内10位精度的电压ADC,(0～10V输入10位,0～5V输入9位)。
(4)片内10位精度的电流ADC(带符号)。
(5)片内12位精度的温度控制系统。
(6)温度测量范围-55～125℃,测量精度为±0.5℃。
(7)片内40Byte的E2PROM,可用于保存电池参数、充电时间。
(8)片内实时时钟。
(9)64Bit ID ROM。
由上述特性可知DS2428硬件资源有2个ADC和一个温度控制系统,电压ADC对0～10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0～5V输入信号实现9位变换,用来读取加在电源引脚上的电压。电流ADC用来测量大电池电流流经外部0.05W电阻时产生的电压,具有带符号的10位精度,全量程电压为±250mV。DS2428还有一个类似于DS18B20的12位温度控制系统,其测温精度为±0.5℃,除此之外该器件还具有实时时钟功能并提供了40字节非易失性存储器。由上述介绍可知,DS2428较多的硬件资源恰好可满足本设计中温湿度测量的需要。
本系统利用DS2428内部的温度控制系统实现环境温度的测量,此温度一方面用于温度值输出,另一方面用于湿度测量时温度值的补偿。然后利用DS2428内部的电压ADC,通过多路开关切换分别得到湿度测量值和湿度测量时一线总线的电压值。这样,通过DS2428可获得温湿度测量值及温度补偿值。
6 供电电路
由图1可见,使用DS2428可方便地把一个电压输出的湿度控制系统转换成智能化的具备多点测量功能的一线总线温湿度控制系统。此外由于需从一线总线上获取电源提供给DS2428和HIH2610,故还应设计相应的电源电路。电源电路由VD1、VD2及电容C1构成,其中肖特基二极管BAT54S和电容C1构成半波整流电路,在总线空闲时为DS2428供电,C1为0.1μF的容量足以满足HIH2610所需的200μA工作电流,这实际上也是一线总线器件内部所采用的寄生供电方式,只是在本系统中用分立器件方式实现。肖特基二极管VD2接在一线总线与地线之间,目的是将负向信号偏移限制在-40V以内以实现电路的保护功能。
7 结语
根据一线总线规范设计出一种一线总线温湿度控制系统,一线总线主机可根据读取的湿度值、温度值及电压值经计算后得到实际的湿度值,同时可利用存储在DS2428 E2PROM中的传感器标定参数对传感器输出值进行修正,以降低传感器标识误差。因此本传感器具有较高的智能化程度和测量精度。同时由于每个传感器均挂在一条总线上,从而大大降低了布线及安装费用,使采用单总线微网技术构成的多点温湿度测量系统成为可能,因而具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]赵洪涛.Honeywell相对湿度传感器的信号调.传感器世界[J],1999,(10).
[2]李敏,孟臣.基于一线总线的温湿度传感器设计.传感器世界[J],2003,(04).
[3]高芳.温度、湿度实时监测与报警系统的设计与实现[D].河北大学,2005.
[4]沈建群.充气电缆气压监控系统的设计[D].上海交通大学,2007.
温湿度独立控制空调系统的设计 篇8
目前, 传统的空调系统是温湿度耦合处理过程, 所以为了满足湿度的要求就需要使温度过度降低, 这样势必造成能源浪费。近年来, 温湿度独立控制空调系统有了快速发展。其原理是分别处理全热负荷的显热负荷与潜热负荷, 根据两种负荷的不同特性, 采用不同温度的介质处理。这样处理显热负荷的冷源只要低于室内空气温度 (25℃) 即可, 考虑10℃温差, 冷源温度在15℃左右, 因此可以减少温湿度耦合处理造成的高品质冷源的过度消耗, 以达到节能的目的[1]。
2 工程实例
2.1 工程概况
本项目位于中国河北省石家庄市, 建设大街与东风路交汇口附近, 地理位置优越。小区总建筑面积11万m2, 共5栋楼, 其中有4栋大户型高端精装住宅 (4.3万m2) , 配置恒温恒湿空调系统。另外的1栋商业楼 (4#楼) , 地下商业配套中心的空调系统由开发商另外考虑。住宅楼1#、2#、3#、5#、及别墅配置先进高端的恒温恒湿空调系统, 全年使用。主要功能是房间四季恒温18～26℃, 四季恒湿40～70%, 四季提供室内新风。其中3#楼建筑面积11062m2, 空调面积7003m2, 地下一层, 地上十层。以下计算数据均以3#楼为例。
2.2 负荷计算
温湿度独立控制空调系统的负荷需分别计算新风负荷、显热负荷和湿负荷。3#楼夏季总冷负荷1212kw, 其中新风负荷475kw, 显热负荷346kw, 湿负荷26060g/h。
2.3 总湿负荷的确定
室内总湿负荷包括:人员散湿量、植物散湿量、敞开水体表面散湿量、新风渗透散湿量、饭菜散湿量。因此, 总散湿量的计算公式为[2]:
式中, W为总散湿量, g/h;W1为人员散湿量, g/h;W2为植物散湿量, g/h;W3为敞开水体表面散湿量, g/h;W4为新风渗透散湿量, g/h;W5为饭菜散湿量, g/h。
根据该建筑的功能和地理位置, 总散湿量可以仅考虑人员散湿量和植物散湿量。所以总散湿量的计算公式简化为:
2.3.1 人员散湿量的确定
人体散湿量的计算公式为[3]:
式中g为不同室温和劳动性质时成年男子散湿量, g/h;n为室内全部人数;茁为人员群集系数。g与茁的取值参见文献[3]。
3#楼共10层, 每层8户, 每户按4个人计算, 则W1=61×320×0.96=18740g/h。
2.3.2 室内植物散湿量的确定
为了对室内的微环境有所改善, 许多建筑物室内会摆放一些绿色花草植物。表1给出了一些植物蒸发率。可看出散湿量可相当于2～3个人员的散湿量, 本工程取n=3, 则W2=gn=61×3×40=7320g/h。
由上述计算可知, W=W1+W2=18740+7320=26060g/h。
2.4 新风量与送风含湿量的确定
2.4.1 新风量选取原则
(1) 满足人员卫生要求。根据文献的要求确定满足人员卫生要求的最小新风量。 (2) 满足消除室内全部湿负荷的要求。送入的干燥新风与排风之间的含湿量差, 就是新风消除的湿量。 (3) 满足维持室内正压的要求。
上述值的最大值即为系统的新风量。本工程新风量=31239m3/h。
2.4.2 送风含湿量的确定
温湿度独立控制空调系统新风送风含湿量与室内湿负荷的关系式为:
式中ds为送风含湿量, g/kg;dn为设计含湿量, g/kg;w为总湿负荷, g/h;G为新风量, m3/h;籽为空气密度, kg/m3。
本工程室内设计温度取25℃, 相对湿度取50%, 查i-d图知=9.9g/kg。则
3 新风系统末端装置
新风系统采用置换通风, 地板下设风管的方式。新风系统的末端装置主要有:风分配器、送风管道、送风地盒。新风管道采用的是南京优能空调系统有限公司生产的优能高舒牌U-PVC埋地型送风管道。新风经新风机组处理后从新风机组进入风分配器, 再由风分配器通过埋地型送风管道进入送风地盒, 最后由送风地盒将新风送入室内。
4 设计难点与解决措施
4.1 防结露
防结露是温湿度独立控制空调系统中的难题。避免结露就要求冷却地板的表面温度保持在室内空气的露点温度之上。可以通过两个途径达到:一是提高地板进水温度, 使其比室内空气露点温度高约1℃。由室内设计参数确定露点温度约14.2℃, 因此地板供、回水温度为16℃/20℃, 并且在室内安装空气露点传感器。二是降低室内空气露点温度。先运行新风系统, 当室内的相对湿度接近设计值后再开启地板辐射系统。此外, 还要保证室内处于正压, 防止室外空气进入室内。
4.2 新风量的再调节
本项目置换通风一个单元设一台新风机组, 该系统形式最大的不足是一旦置换通风系统经过初调节设定好以后, 在后续的使用过程中各用户不能随意调节, 否则将导致整个单元垂直方向和水平方向户内各房间风量的失衡。为了避免这一不足, 可以采用每户设一台新风机组的形式, 这样各用户就可以根据自己的使用要求对新风量进行调节, 而不会产生风量的垂直失调。
4.3 典型房间的处理
顶层房间由于屋顶的存在与非顶层房间相比冷负荷会有所增加, 边角房间由于外围护结构面积比较大, 与非边角房间相比冷负荷也会有所增加, 称这样的房间为典型房间。如果末端显热设备采用的是干式风机盘管或者毛细管辐射末端, 可以通过选用较大供冷量的干式风机盘管和增加毛细管的敷设面积来解决。但是地盘管敷设末端的供冷量是有限的, 即使再减小盘管的间距也有可能无法完全承担室内的显热负荷, 这种情况下对于典型房间可用以下的办法来解决: (1) 在典型房间增设干式风机盘管; (2) 在典型房间敷设毛细管辐射; (3) 对于顶层房间来说还可以在屋顶敷设地盘管。
5 结束语
采用地板辐射供冷加置换通风的方式是本工程的一个大胆尝试, 在对该工程的后续使用进行测试之后发现即使典型房间供冷量也能满足要求, 而且也没有产生结露现象, 充分表明该系统的可行性, 设计的正确性。
参考文献
[1]劳逸民.浅析采用冷冻除湿方式的温湿度独立控制系统冷源节能的可行性[J].建筑科学, 2011:47-49.
[2]刘栓强, 刘晓华, 江亿.温湿度独立控制空调系统中独立新风系统的研究 (1) :湿负荷计算[J].暖通空调, 2010:80-84.
干燥箱温湿度自动控制系统设计 篇9
农产品干燥过程中,因干燥温湿度控制不均匀导致干燥品质下降而影响干燥进程。保证物料恒温、恒湿地完成干燥过程,对深入研究物料脱水机理及优化改进干燥设备有着十分重要的意义。近年来,随着农业机械化的发展,国内外很多高校和科研院所开始在干燥设备与技术方面展开研究,包括太阳能干燥、微波干燥、红外干燥、气体射流冲击干燥,以及热风干燥等干燥方式在农产品干燥中应用更加广泛[1,2,3,4,5,6]。
在实际生产和试验过程中,普通干燥箱常常会遇到温湿度不均匀的状况,难以保证被干燥物料加热过程中温湿度的均匀性。为此,对干燥箱干燥过程中的温湿度进行精确控制显得至关重要。单片机与PLC技术在现代工业生产控制过程中已经得到了很好的应用[7,8]。
本文基于单片机控制及PLC的PID控制设计了两种温湿度自动控制系统,其操作简单、控制可靠且易于调节,能够使干燥箱满足精细化干燥的要求。
1 基于单片机的温湿度自动控制系统
基于单片机的温湿度自动控制系统在农业温室大棚温湿度控制[9]和农产品仓储温湿度控制[10]等农业生产领域已经有所应用。针对不同的控制对象,实现控制过程不同,硬件及软件部分的设计思路和控制方案等均有着很大的区别。
1. 1 硬件部分设计
1. 1. 1 主要电路元件及电路设计
基于单片机的温湿度自动控制系统主要由1602液晶显示、温湿度检测、继电器控制、蜂鸣器报警、温湿度,以及其上下限设定键、发光二极管、系统复位、外部晶振( 22. 1184MHz) 、系统供电及外部设备主电路等电路部分组成。其系统原理图,如图1 所示。
控制系统以抗干扰能力强、性能稳定的89C54RD- 50I型单片机为核心。1602 液晶显示器用来满足显示温湿度当前值、设定值及上下限设定值的要求。干燥箱中的温湿度通过DHT11 温湿度传感器来实时测量,其内部含有A /D转换电路,使用单总线即可与控制器进行通信。控制器与DHT11 温湿度传感器建立连接关系后,即可读出干燥箱当前温湿度值。选用有源蜂鸣器( B1) 和发光二极管( D1 - D6) 来完成干燥箱温湿度自动控制系统的报警工作环节。KA1、KA2、KA3 为5VDC继电器,KA4、KA5、KA6 为24VDC继电器,实现用小电流来控制大电流。
为提高系统的抗干扰能力,单片机I /O口均添加了上拉电阻。在继电器控制以及蜂鸣器报警电路中,单片机I /O口输出低电平信号时,信号经限流电阻到达三极管( S8550) 基极,三极管导通,从而驱动蜂鸣器( P3. 7) 及5VDC继电器开始动作( P2. 0 ~ P2. 2) 。温湿度设定键电路中使用了8 个独立按钮( K1 ~ K8) 来满足系统的控制要求。为方便及时了解干燥箱干燥过程中温湿度情况,系统设有4 个红色的LED灯和2个绿色LED灯,红色指示灯在温湿度超越温湿度上下限范围时变亮,干燥箱正常工作状态下绿色指示灯始终亮。
当单片机输出口( P3. 0 ~ P3. 5) 发出高电平信号时,电流经限流电阻来驱动发光二极管变亮。单片机振荡频率由选用的的晶振决定,晶振起振频率在单片机可接受范围内越高,则系统的运行速度越快。通过AC220V供电,经开关电源得到DC24V,然后经稳压IC( L7805 稳压集成电路) 及滤波电容来得到稳定的5VDC电压,以满足单片机温湿度自动控制系统的供电需求。系统主电路如图2 所示。
该干燥箱温湿度自动控制系统的温度、湿度的控制精度分别为 ± 1℃ 和 ± 1% RH。
1. 1. 2 温湿度自动控制过程
通过温湿度及温湿度上下限设定键来设定干燥物料所需的温湿度及其上下限。单片机周期循环地将温湿度实测值与设定值进行比较,比较结果用来决定输出口的状态。温湿度控制过程存在有以下情况:
1) 当实测温度低于设定温度下限时,KA1 开始动作,KA1 的常开触点闭合,KA4 线圈得电,KA4 的常开触点闭合,加热元件开始加热。当温度达到设定温度后停止加热。
2) 当实测温度高于设定温度上限时,KA2 开始动作,KA2 的常开触点闭合,KA5 线圈得电,KA5 的常开触点闭合,鼓风装置开始工作。当温度降到设定温度后停止鼓风。
3) 当实测湿度低于设定湿度下限时,KA3 开始动作,KA3 的常开触点闭合,KA6 线圈得电,KA6 的常开触点闭合,加湿装置开始工作直到湿度达到设定湿度。
4) 当实测湿度高于设定湿度上限时,KA2 开始动作,鼓风装置开始鼓风。为防止湿热空气流失导致干燥箱中的物料温度下降过快,加热元件间歇进行加热。
1. 2 软件部分设计
本系统单片机程序使用Keil u Vision2 开发环境开发。程序采用C语言编写。在开发环境中,程序设计完成后得到HEX文件,然后可通过下载软件STC_ISP_V480 将该HEX文件下载到单片机。
基于单片机干燥箱温湿度自动控制系统的程序主要有初始化程序、自定义1602 液晶显示系列函数、键盘扫描处理程序、握手协议和单总线读字节程序、温湿度比较与处理程序等组成。其中,温湿度设定键每接通一次,对应值就会作出相应的改变; 温湿度比较及处理程序将实测温湿度与设定值进行比较,并根据比较结果做出相应的输出处理。单片机main函数利用以上各程序来完成系统的各项控制过程。
温度比较及相应控制语句:
其中,t为设定温度; s为设定湿度; tc为设定温度误差; sc为设定湿度误差。
利用单面喷锡万能板将单片机及各元件焊接并调试,其实物图如图3 所示。
1.24 VDC继电器2.5 VDC继电器3.稳压IC 4.液晶显示屏5.温湿度设定键6.蜂鸣器7.发光二极管8.温湿度传感器
在从环境温度升温至设定温度的过程中,干燥箱内往往会产生“热惯性”现象,即干燥箱内的实际温度大于设定温度上限的现象。为减轻干燥箱的“热惯性”现象对干燥过程产生的不利影响,系统可利用偏差信号作为反馈信号来控制加热元件的加热过程,可以实现干燥箱温度在初期迅速升高,而接近设定温度时能够较平滑的过渡。当干燥箱温度实测值与设定值相差较大时,系统采用连续加热方式; 当实测温度接近设定温度时,采用间歇加热方式。
2 基于PLC的温湿度自动控制系统
邹杨等人[11]将基于PLC设计的温湿度自动控制系统在农田环境温湿度与光照检测过程中展开应用。吴晓强等人[12]利用PLC实现了茶叶加工生产过程中的温湿度控制,大大提高了茶叶加工车间的生产效率。以下是本文基于PLC设计的干燥箱温湿度自动控制系统。
2. 1 硬件部分设计
2. 1. 1 主要电路元件及电路设计
基于PLC的干燥箱温湿度自动控制系统主要由PLC、触摸屏、温湿度一体化传感器、24VDC开关电源及直流继电器等元器件组成,其I /O接线图如图4 所示。选用可采集模拟信号的西门子S7 - 200 系列224XPCN型PLC、MCGS系统触摸屏。
2. 1. 2 温湿度自动控制过程
物料干燥之前,通过触摸屏设置干燥箱温湿度及其上下限,触摸屏与PLC之间实时通信、数据更新、即时显示温湿度数值及曲线,温湿度一体化传感器用来测定干燥箱中的温湿度。温湿度达到设定的上限值时,蜂鸣器报警,与此同时PLC控制直流继电器接通、交流接触器工作,实现对干燥箱中的加热元件、加湿装置及鼓风装置的控制。
电源经断路器Q1 和熔断器FU1 给干燥箱温湿度自动控制系统供电,红色电源指示灯变亮; 启动按钮SB1 按下后,接触器KM1 产生自锁,绿色指示灯变亮,温湿度自动控制系统开始工作。图5 是基于PLC控制的干燥箱温湿度自动控制系统电气原理图。温湿度控制过程存在以下情况:
1) 当干燥箱温度高于、低于设定温度时,与之相对应的温度报警灯变亮,蜂鸣器报警。与此同时,PLC分别发出鼓风或加热指令,鼓风装置或加热元件开始工作,使干燥温度逐渐达到干燥要求。
2) 干燥时干燥箱中的湿度低于设定湿度下限时,与之相对应的湿度报警灯变亮,蜂鸣器开始报警; PLC发出加湿指令,加湿装置开始工作,使干燥过程中湿度逐渐达到要求。
3) 干燥时,干燥箱中的湿度高于设定湿度上限时,相应湿度报警灯亮、蜂鸣器报警; PLC同时发出鼓风和加热指令,鼓风装置将高湿度的热空气带走,同时加热元件间歇加热,以尽可能接近于干燥过程中的设定温度。
2. 2 软件部分设计
2. 2. 1 触摸屏人机界面设计
按照MCGSE组态环境来进行触摸屏界面的设计环节,其主界面主要包括: 温湿度实测值、温湿度设定输入框、温湿度及其上下限设定输入框、温湿度实时变化曲线图、自动控制开关及温湿度上下限指示灯。当自动控制开关接通时,温湿度自动控制系统可根据传感器采集信息、设定参数利用PID算法自动调节干燥箱中温湿度; 当自动控制开关断开时,主界面则只能显示温湿度值及其变化曲线。设计的触摸屏界面如图6 所示。
2. 2. 2 PLC程序设计
温湿度自动控制系统是在STEP7 Micro WIN开发环境下进行PLC程序的编写环节,使用PID控制指令来调整干燥箱中的温湿度。PLC利用温湿度实测值、温湿度设定值及PID参数,周期性执行PID运算及相关程序,来实现对干燥箱中温湿度的PID控制和其他功能。基于PLC的温度湿度自动控制系统的PID控制回路参数表如表1 所示。
Mn=Kc(SPn-PVn)+Kc Ts/Ti(SPn-PVn)+Mx+Kc Td/Ts(PVn-1-PVn)。
通过编写PLC控制程序,利用设计的程序指令也可以减轻干燥箱初始升温过程中存在的“热惯性”现象。
3 结论
1) 基于单片机的干燥箱温湿度自动控制系统以单片机为核心,硬件结构简单,扩展方便,经济性好。试验表明: 该控制系统具有灵敏度高、工作性能稳定、自动化程度高及热惯性小等特点,完全达到设计要求,具有很高的实用价值。
2) 基于PLC的干燥箱温湿度自动控制系统,利用PLC的PID控制来消除干燥箱中温湿度的稳态误差且具有温湿度调节的超前性,触摸屏温湿度曲线可以直观了解到干燥箱内的温湿度变化,能够满足干燥箱的温湿度均匀性要求。
3) 设计的两种干燥箱温湿度自动控制系统为减轻干燥箱在温度控制过程中存在的“热惯性”现象提供了技术参考。
参考文献
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[8]谢劲松,梁宏斌.五轴数控铣床软PLC控制系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2014(3):82-85.
[9]石红娟,薛海滨.基于单片机的温室大棚温湿度控制系统的研究[J].陕西农业科学,2014,60(5):26-27.
[10]王兴旺,耿涛.上海农产品仓储温湿度控制系统设计与实现[J].农机化研究,2013,35(1):125-128.
[11]邹杨,储健.农田环境下温度、湿度及光照度的检测[J].农业科技与装备,2008(3):46-48.
温湿度控制器设计论文 篇10
关键词：控制策略,温室,温度,湿度,多模式
0 引言
温室环境是一个多变量、非线性、时变滞后的系统,各个变量之间具有一定的耦合关系,很难建立精确的数学模型[1,2,3]。同时,多数温室调控设备较少,现有的调控设备不可能对所有环境因子进行完全调控,环境温度和湿度仍是核心指标[4,5],也是生产管理者最关心的参数。目前,有大量针对模型控制[6,7,8]的研究,而其实现必须依靠计算机和控制设备的结合,对于大部分生产管理者而言,成本低廉、使用方便、易于理解的温室调控系统仍有较大的应用需求。为此,设计了一套温室专用多回路调控系统,并着重设计了设备控制策略和基于优先级控制的保护策略,既可对设备独立控制,又能实现不同类型设备间基于温湿度多参数联合控制的辅助运行、设备联动以及在恶劣气象条件下的强制保护及自动校准功能。系统成本低、操作方便、便于扩展,适合普通用户使用。
1 系统硬件结构
系统以低成本宏晶系列8位单片机STC12C5A60
S2作为控制核心,采用双路输出DC-DC开关电源,分别为主系统和16路继电器干结点控制输出部分单独供电,防止控制部分干扰引入;扩展按键以及240128点阵液晶作为人机界面,实现控制参数设置、数据及设备状态的实时在线显示;输入端扩展标准电压电流模拟信号、脉冲信号、状态输入信号等3种类型采集接口分别用于温湿度及其他传感器、雨量、风速以及外部状态输入信号的测量,同时实现数据在线查询和USB导出功能。系统硬件结构,如图1所示。
2 系统结构设计
2.1 设备类型划分
温室中主要的调控设备包括天窗、侧窗、遮阳网、风机、湿帘泵和照明等,根据其使用中的控制方式将以上设备分为两类:双向型(正反转型)和开关型。利用电机转动控制的天窗、侧窗等称为双向型设备,其“开” “关”控制需分别使用单独的通道实现;而风机、湿帘等的控制可用单独的通道实现,称为开关型。在实际系统设计中对于两类设备在硬件和软件上均需区别处理。
2.2 设备状态划分
为了适应温室环境因子变化滞后性的特点同时保护双向设备驱动电机,为双向设备运行全程划分了若干阶段,使双向设备(如天窗)可以逐级运行,保证环境相对平稳变化,避免由于全开全闭导致的环境因子剧烈波动。双向设备全程配置了关停(止)、开停(止)、开等待、关等待、打开、关闭共6个主要状态;同时为适应在特殊模式下使用还加入设备强制状态,包括强制开、强制开停、强制关、强制关停4个特殊状态。双向设备主要状态划分示意图,如图2所示。
2.3 时间节点划分
在温室环境控制中,白天和夜间(特别是冬季)对温室内环境的温湿度要求和控制重点有所差异;同时,地理位置的不同也会使得白天和夜间起始时间不尽相同。因此,在系统设计中,加入了日夜起始时刻设置,用户可以根据实际情况设定日夜交替点。
2.4 特殊状态定义
2.4.1 降雨大风模式(保护模式)
在系统正常使用中,恶劣的天气会对温室的结构框架造成损坏。因此,加入降雨模式选择,作为应用软件控制逻辑最高优先级选项,保证在出现突发恶劣天气时,启动应急程序保护温室结构不受到破坏。
在温室控制过程中,经常遇到降雨和刮风的天气,将对温室内作物造成破坏,且大风导致的负压还会对温室覆盖材料造成破坏。所以,在恶劣的气象条件下,要对作物和温室覆盖材料加以保护。为此,在系统设计中加入了特殊天气模式选择。该模式在系统的逻辑判断中有最高的优先级,其工作原理:在该模式下,系统将根据连接的降雨状态由风速传感器首先判断当前是否处于恶劣天气条件下,如果不是,则系统按照正常模式运行;如果是则忽略设定的控制逻辑,将指定的当前非处于关闭状态的正反转设备无条件关闭,并且忽略运行的步间等待。当气象条件恢复正常后,系统会插入一定的延时判断来确认特殊模式的失效,防止了天气变化较剧烈时的系统“抖动”,该模式失效后系统进入正常的逻辑控制模式。
2.4.2 设备自动校准
双向设备的运行以时间为基准,在使用过程中外界因素如用户手动操作可能会导致设备实际位置与控制系统识别记忆的位置有所偏差,设备自动校准的作用就是保证两者的一致性。自动校准过程可描述为:默认所有双向设备当前处于全部打开(开度100%)状态,以最高优先级根据设定的设备全程运行时间参数,将设备从开度100%无步间等待地关闭至全关(0%)状态,然后退出校准状态,启动正常运行。
以下3种情况之一将启动设备的自动校准过程,包括:
1)系统上电或系统断电后重新启动;
2)白天夜间模式更替时间节点;
3)对双向设备的全程运行时间参数、打开步数进行修改。
此外,系统运行过程中如果发现系统记录位置和设备实际位置偏差较大时,可通过一键式操作实现手动强制校准。
3 多模式控制逻辑设计
3.1 系统主任务结构
在系统设计中调控设备被划分为两种类型,在系统应用软件中,可根据白天和夜间温室环境控制的不同特点实现温室环境白天和夜间两种控制模式。通过对不同的模式下不同类型的温室调控设备(包括正反转型和开关型)运行方式的设计和设备间关联运行逻辑的设计,更加精确和高效地实现对环境参数的自动控制,提高设备的使用效率、降低能耗。
根据温室环境闭环控制的特点,将系统主循环任务划分为3部分:逻辑判断、设备运行定时和设备状态更新。系统主循环任务结构图,如图3所示。
1)逻辑判断:
主程序根据当前时段和对不同类型设备当前设定的控制条件进行逻辑判断,如果满足启动条件,则在主程序中启动对应设备同时置位设备启动标志位。
2)设备运行定时:
主循环中,定时检测是否有设备启动标记置位,如果有则启动设备运行定时参数,并开始倒计时,当设备运行阶段时间溢出时,置位设备运行定时器溢出标记,等待状态更新。
3)设备状态更新:
程序主循环中定期检测是否有设备运行时间溢出标记,如有溢出则更新设备当前运行状态(根据实现定义的运行阶段划分)。设备的最新状态将作为主程序逻辑判断的最新依据进行新的逻辑判断和设备控制,从而实现闭环结构。
3.2 多模式控制逻辑
根据上述对时间和设备类型的划分,系统的独立控制逻辑可细分为双向设备日模式、双向设备夜模式、开关设备日模式、开关设备夜模式。同时,通过独立控制逻辑的结合使用,可实现设备间联动和常用的调控过程。
3.2.1 双向设备日模式
以下选择双向设备天窗为例说明在白天和夜间模式下不同控制逻辑的实现方法。双向设备日模式参数设置:
降雨模式:是/否
控制条件:温度/时间/时间&温度
开始时间(HH:MM):10:30
结束时间(HH:MM):14:30
启动温度/℃:35.0
温度回差/℃:5.0
打开步数(1～4):4
步间等待/s:300
与开关设备同步关闭(1～4):4
在正常情况下,在每天的10:30-14:30时段内,当测量温度高于设定温度上限35℃时,则系统打开天窗。打开的过程分为4个阶段,每个阶段打开全程的25%,在每个阶段结束后,延时等待一定时间。如果在此期间温度调节至回差范围内,则保持当前位置,否则继续打开;相反,如果测量温度低于回差范围下,则执行设备关闭操作。打开和关闭均采取“边打开(关闭)边判断”的方式,参数“与开关设备同步关闭”将在强制通风部分论述。双向设备日模式控制流程图,如图4所示。
3.2.2 双向设备夜模式
相对白天模式,双向设备天窗夜间独立运行的作用是通过通风换气降低温室内湿度。双向设备夜模式参数设置:
开始时间(HH:MM):20:30
结束时间(HH:MM):22:30
开时长(HH:MM):00:10
关时长(HH:MM):00:10
最大开度/%:60
最低温度/℃:20.0
除启动方式由时间决定外,为保护作物,设定了最大开度和最低温度两个限制条件,且具有高优先级。天窗将在设定时段自动打开,且保证最大开度不大于60%,根据设定的开关时长循环动作,如果检测到室外温度过低或温差过大,将强制停止通风过程,全部关闭天窗,防止温室内热量流失。
双向设备运行的相关参数符合以下关系
Tmax=S×Pmax/100 (1)
To=Tc=Tr+Th (2)
其中,Pmax为设备指定开度百分比,S为双向设备全程运行时间,Tmax为设备打开为指定开度所需时间,To为设备全开时间,Tc为设备全关时间,Tr为设备运行时间,Th为设备运行停止后保持时间。
3.2.3 特殊模式
1)强制通风。
强制通风是在温室一端设置侧窗,在另一端设置风机,利用风机由室内向室外排风,使室内形成负压,强迫空气通过侧窗进入温室,穿越温室由风机排出室外。
在开关型设备白天参数设置中 “强制打开双向设备”选项,具有最高优先级,同时与上文提到的双向设备参数“与开关设备同步关”组合设置,实现在开关设备(如风机)打开的同时无条件关闭指定的双向设备(如侧窗),实现强制通风。系统将对双向设备的当前状态和相关运行参数进行自动调整,而当风机停止运行时,侧窗将退出强制状态,强制逻辑失效,此时侧窗进入正常控制逻辑状态。
如利用风机和窗户实现强制通风,设置方式如下:在双向设备设置界面除了双向设备1的设置界面中“与开关设备同步关闭”选项不需要设置外(保持为0),其余2,3,4双向设备设置界面中需将“与开关设备同步关闭”选项对应的编号设置为“4”(强制通风使用的风机);同时,在开关设备4的设置界面中,需要相应的将“强制打开双向设备”选项设置为配合其实现强制通风设备编号“1”。
2)辅助通风加温除湿(冬季)。
该模式只在夜间模式有效,当室外温度较低而双向设备(窗户)处于通风除湿情况下,当开关设备连接加热设备时,通过设置夜间模式开关设备参数选项“协同设备(1-4)”,则该输出将与指双向设备“协同”动作(被动),其优先级高于自身控制逻辑。其可理解为在进行开窗通风的同时强制打开室内加温设备,通风结束天窗关闭后,强制加温停止,按照自身控制逻辑运行。
该过程用于辅助除湿和加温,防止冬季可能出现室内外温差太大导致的通风过程室内温度下降过快的问题。
3)多级降温。
温室的降温过程涉及多个设备,除了通过天窗或侧窗进行自然通风外,风机和湿帘泵也是降温的重要手段。特别是在夏季中午温度较高且升温很快,单纯的依靠风机不能达到迅速降温的目的,同时也会导致温室内部空气干燥,影响作物生长,在此情况下经常要在打开风机的同时打开湿帘泵,来达到迅速降温的目的。
系统中通过对风机和水泵启动条件的简单设置就能达到自动两级降温。假设控制输出1连接的设备为风机,控制设备2连接的设备为湿帘泵。
风机输出控制参数:
控制条件:温度
打开温度/℃:32
温度回差/℃:-5
湿帘泵控制参数:
控制条件:温度
打开温度/℃:32
温度回差/℃:-5
打开湿度/%RH: 60
湿度回差/%RH: 10
控制输出2的温度参数可以设置为大于或等于控制输出1的打开温度值。当环境温度超过32℃时,风机打开,此时如果环境相对湿度小于60%,温度较高湿度不是很高的情况下,控制输出2条件满足,则湿帘将打开,这样用两个设备实现了风机和湿帘的联合降温加湿处理。如果控制输出2的温度上限设置高于控制输出1的限值(如35℃),则将降温划分为了两级控制:当单独风机降温能够满足需求时湿帘泵不启动;如果风机降温不能及时将环境温度调控到适宜状态,环境温度继续升高超过35℃,则启动湿帘泵形成联合降温,提高了降温的效率。注意,此处引入了湿度控制条件主要目的是防止启动水泵后室内湿度过大,导致作物病虫害的发生。
4 结论
通过上述分析设计,为简易温室提供了一种以温室内温度和湿度为核心调控因子,针对调控设备的多模式控制方法,通过对设备类型划分以及控制参数的设计,以相对简单的方式实现了对温度、湿度的合理调控,包括单因子控制、优先级控制以及设备联动运行。同时,充分考虑了地域时间差异因素、设备自身属性以及气象信息等因素,加入了间隔运行、低温优先、恶劣天气保护等措施,保证了系统运行期间的安全性,并在一定程度上降低了系统能耗,提高了效率。目前,系统已经出口以色列,并且在实际生产中得到应用。
参考文献
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温湿度控制器设计论文 篇11
【关键词】无线传输 温湿度远程监控 系统设计
我国是农业大国，粮食的生产是促进我国经济正常发展的根本所在，其不仅属于经济问题的范畴，同时也属于政治问题。在国家中为了保证粮食存放的安全性，其库存数量要能够满足国家全年使用数量的75%，在我国由于人口众多，因此粮食的库存量相当庞大。在粮食的储存过程中为了减少其产生霉变，就需要对于进行监测。在对粮仓的监测过程中温度和湿度是重要的内容，因此设计出远程检测系统有着十分重要的意义。随着计算机技术应用范围的逐渐扩大，在粮仓的远程监测中使用无线传输技术有着十分重要的现实意义。使用传感器对粮仓中温度值和湿度值进行监测，之后使用驱动电机实现仓库的自动通风。在远程监控系统中使用ZigBee技术进行无线传输能够实现信号的快速传输，有效地解决了监控系统中存在的布线复杂和扩展能力较差的问题，实现粮仓温湿度的实时监控。
一、系统结构设计
（一）系统整体结构
在粮仓温湿度远程检测系统的设计中主要包括：温度和湿度传感器，ZigBee终端节点和协调器、远程服务器和主机等各部分，其中传感器和监测点中的ZigBee终端进行有效连接，之后和协调器之间进行通信连接，在这一过程中，协调器和上机位之间进行连接，上机位为服务器提供相应的服务，例如能够对数据的采集和传输进行有效控制，并未终端中的数据查询提供数据显示，在系统的末端为远程主机。
（二）系统硬件设计
在系统中包括终端节点、协调器和服务器三个部分。其中，终端节点包括：射频模块、供电系统和调试装置以及温湿度传感器。终端节点主要对监测到的粮仓内的温度和湿度进行有效提取，并按照一定的传输原则将数据通过传输协议传输到协调器中。协调器是由射频模块、供电系统和调试装置组成，协调器主要是对串口发送的命令进行准确接收，之后在网络中采用广播的形式发送数据，最后又服务器接收到温度和湿度的相关数据。
（三）系统软件设计
在ZigBee系统软件的设计以Z-Stack为基础，在其结构框架中主要包括：物理层、协议网络层、控制层以及设备对象和应用层组成，在不同的层面中主要通过之间的接口进行通信连接。Z-Stack是以操作系统为基础构建而成的，主要使用消息轮训机制。在系统中要对硬件系统进行初始化，之后再对 各个层面进行初始化，此时整体系统就会处于低耗状态。在进行系统的使用过程中，整个系统就会共同产生反应，转变模式，对发出的指令进行执行。
1.接口函数设计。在系统中通过异步接受装置和数字转换器进行使用是将数据采集过程中使用的数据按照需要进行选择使用，为了保证数据使用的方便性，要将异步接受装置和数字转换器进行封装设置。
2.事件处理函数设计。首先是利用协调器对采集到的数据进行处理，协调器对服务器串口中发送的数据进行接收，之后再将数据传送到终端节点内，最后发送到服务器内进行使用。其次是对终端节点数据采集任务的事件进行处理。在这一阶段中，终端节点主要是对粮仓中的温度和湿度产生的数据进行收集。
二、后台管理系统设计
在粮仓温度远程监测系统中，后台管理位于服务器的一端。在系统的使用过程中要在服务器端完成相应的系统操作，首先是向协调器发送指令和接受协调器传输的数据；其次要想网络用户提供相应的网络服务，为仓库管理人员提供数据查询的有力条件，使其能够准确控制数据采集的频率。在服务中使用java对后台管理系统进行设计。在系统的使用过程中使用访问控制的方式，提高系统使用的安全性，在前台页面中主要包括以下几个方面：
（一）登陆，在进行系统的访问过程中要使用已注册的用户名和正确的密码，只有在进入到系统后才能够进行操作。
（二）用户管理，在使用时，管理员必须要具有高级权限，在此页面中能够进行内容的添加、修改，从而保证系统使用的合法性。
（三）串口设置，在该页面中主要包括服务器中的所有串口，在使用时要保证串口波特率的合适性。
（四）采集控制，其主要是对粮仓中产生的温度湿度数据进行采集。
（五）数据查询，管理员可以利用其进行固定时间段的数据查询，在页面和后台程序实现交互后能够获得相应的数据。
在进行后台接口的设计过程中，要参照整体设计和使用功能规划，在后台管理过程中主要使用数据库和串口设计方式，同时根据数据结果绘制出相应的图形，使得监控数据一目了然。
三、结束语
在粮仓温湿度远程监控系统中使用ZigBee技术实现了对于粮仓中的温湿度数据的准确采集，解决了系统设置中存在的诸多问题，综合互联网技术，建立起了相应的后台管理系统，为仓库管理过程中进行数据的采集和数据查询提供了便利。有力的打破了对管理工作地点的限制。使用该项技术能够保证数据的正确传输，减少温度和湿度误差，保证数据传输的实时性，同时实现了低能耗，在今后的使用中，ZigBee远程监测系统将得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]李劲松，杨明，刘晓平.基于CC2430和ZigBee2006协议栈的通信模块设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（5）.
温湿度控制器设计论文 篇12
1 工程概况
该工程位于陕西西安, 工程的建设内容包括了三个部分, 这里主要针对3号科技信息中心温湿度独立控制空调系统的设计进行简单分析。信息中心的建筑面积21261㎡ (含地下车库) , 共十八层, 一层层高6.0m, 二层层高4.8m, 三、四层层高4.5m, 十八层层高5.4m, 其余层层高均为4.2m, 建筑总高度87.3m。
2 空调冷热源及参数
在对空调系统进行设计前, 需要明确空调的冷热源及其相关参数, 以确保设计方案的合理性和可行性。对于3号科技信息中心而言, 空调系统的冷热源设置于4号辅助生产楼一层的动力站内。由于采用了温湿度独立控制的空调系统, 需要对温度和湿度进行分别控制, 因此要将冷源和热源分开。室内显热负荷的冷源由设置于动力站内的两台螺杆式冷水机组提供, 其中一台冷水机组采用地埋管地源热泵机组, 每台机组制冷量为930k W, 夏季供回水温度均为16/19℃, 室内潜热负荷冷源由设置于大楼四和十九层的三台热泵式溶液调湿新风机组提供;热源由厂区0.6MPa的蒸汽通过两台组合式汽-水-水换热器换热和地埋管地源热泵机组提供, 单台换热器换热量为650k W, 地源热泵机组制热量为785k W。冬季供回水温度为40/35℃, 新风加热和加湿负荷由热泵式溶液调湿新风机组提供。
3 空调方式的设计和机组选择
在3号科技信息中心, 采用热泵式溶液调湿新风机组加室内干盘管的空调方式, 该空调系统高效、节能、健康、降耗、舒适, 可以有效满足建筑的使用需求。热泵式溶液调湿新风机组共设置三台, 分设于四层和十九层, 通过新风送风竖井和每层新风水平风管送至各房间, 夏季高温潮湿的新风在全热回收单元中以溶液为媒介和室内排风进行全热交换, 新风被逐步降温除湿, 然后进入除湿单元进一步降温、除湿至送风状态点。调湿单元中, 调湿溶液吸收水蒸气后, 浓度变稀, 为重新具有吸水能力, 稀溶液进入再生单元浓缩, 热泵循环浓缩再生溶液, 能源利用效率提高。冬季工况, 只需切换四通阀改变制冷剂循环方向, 便可实现空气的加热加湿功能。
在设计过程中, 需要注意的是, 由于一层门厅和二层休息厅区域人员流动性大且门开启较频繁, 故该区域空调系统采用湿盘管加新风的空调方式。同时为了在冬季仍能获得最佳的供热效果, 二层通高的门厅区域设地面辐射供热系统。
4 通风系统设计
通风系统是空调系统的重要组成部分, 直接影响着整个空调系统的设计质量, 需要设计人员的重视。在该工程中, 地下室水泵房和汽车库分别设置机械排风系统, 公共卫生间内设排气扇, 屋面设置风机机械排风。通过设置于四层和十九层机房内的新风机组内的送排风机, 对各个房间进行通风换气及能量的热回收, 并利用新风竖井, 将新风引入, 同时通过吊顶、走廊排风竖井将空气排出。
在对通风系统进行设计时, 需要关注不同区域的通风量、通风换气次数等, 以确保通风设备选择的合理性和可靠性。3号科技信息中心不同区域的通风量、换气次数及通风系统设备选择如下:
5 管道材料和保温材料的选择
(1) 风管采用镀锌铁皮制作, 厚度按国家规范规定执行。 (2) 地板辐射埋地盘管采用聚丙烯 (PP-R) 管, 管径为D20x2.3。 (3) 冷热水管道采用钢管制作, DN≤50采用焊接钢管, 50≤DN≤250采用无缝钢管, DN>250采用电焊接螺旋钢管, 空调冷凝水管材采用镀锌钢管。 (4) 所有空调系统风管及冷水管均采取保温措施, 保温材料为银白色橡塑保温材料 (难燃B1级) , DN≤50厚度为25mm, 50≤DN≤150厚度为28mm, DN≥200厚度为32mm空调风管绝热层的最小热阻为0.74㎡.k/w, 敷设在室外的明装管道, 外覆镀锌铁皮保护层。
6 结语
总而言之, 在现代化建筑中, 空调系统的作用是不言而喻的, 做好空调系统的设计工作, 保证空调系统作用的充分发挥, 直接影响着建筑的使用功能, 影响着其舒适度。本文结合相应的实例, 对温湿度独立控制空调系统的设计进行了分析和讨论, 希望可以为相似工程的设计施工提供一定的帮助, 促进建筑行业的健康发展。
摘要：本文针对温湿度独立控制空调系统的特点进行了简单分析, 并结合西安某信息中心的实际情况, 对其温湿度独立控制空调系统的设计进行了讨论, 希望可以为相关工程的设计提供一定的参考。
关键词：信息中心,温湿度独立控制空调系统,设计
参考文献
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