仓库温湿度控制器设计

仓库温湿度控制器设计（通用8篇）

仓库温湿度控制器设计 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.

仓库温湿度控制器设计 篇2

电子元器件的仓库温度：5~28℃；

相对湿度：30%~70%。

年

温

度

（℃）

相对湿度

（%）

年

温

度

（℃）

相对湿度

（%）

月

日

月

日

电子元器件的仓库温湿度注意点：

印有湿敏警告标签的元器件都属于湿敏元件(PWA、BGA、IC、LED、NCU、FLASH

等),其存储要求:

1.仓库储存湿敏器件应保证湿敏包装袋密封的完好。

2.湿敏包装袋完好的情况下库存有效期为12个月(从产品包装之日起,包装日期一般会在包装袋上体现),存储条件:温度<300C,湿度<80%RH

。(注意:针对不同湿度等级的器件,以厂商标签上的要求为准)

3.湿敏包装袋打开或漏气的器件应根据湿敏等级(一般在元器件包装上体现)，在有效的时间、特定的环境下使用。

仓库温湿度控制器设计 篇3

温、湿度控制广泛应用于人们的生产和生活中, 对于农产品种子来说, 对环境温度与湿度有着比较严格的要求。人们通常使用温度计、湿度计来测量仓库的温度和湿度, 通过人工加热、加湿、通风和降温等方法来控制仓库的温、湿度, 这种方法不但控制精度低、实时性差, 而且操作人员的劳动强度大。同时温度与相对湿度的大幅度变化可能导致种子大范围腐烂或者影响种子的发芽率, 从而带来极大的经济及财产损失。因此, 保持适宜的仓库温度、湿度对保证农产品种子存储质量十分重要。

目前市场上的各种温度控制设备大多只能根据简单的温度变化规律制定控制算法, 系统扩展性较差。本系统采集了种子仓库所在地一年的温度变化规律, 并使用能适应季节变化、节省能源的模糊控制算法, 结合AT89S51单片机技术研制了一种稳定性高、成本低的温、湿度智能控制系统, 采用上、下位机控制结构, 实现全方位智能化的仓库管理控制系统。

1 系统结构及工作原理

该系统采用PC机作为上位机监控单元, AT89S51单片机作为下位机控制器, 其外围设备包括温度、湿度检测模块, 温、湿度输出控制模块, 键盘输入模块、LCD显示模块及上下位机通信模块、报警模块等。其中外围设备采用RS 485串行通信接口方式和上位机实现远程数据交换, 用以实现向用户发送信息, 用户对设备进行操作处理等功能[1,2]。系统结构如图1所示。

本系统可以通过键盘设定模块或者上位机下装模块进行系统给定值的设置来调整仓库温、湿度控制范围。温度、湿度检测模块将仓库内的温、湿度信息传到单片机, 单片机根据实际情况发出控制信号驱动控制模块进行相应操作, 同时将当前信息存储到单片机相应内存单元中并上传数据到上位机显示及保存。当温度或者湿度超过设定的范围上下限时, 控制器将会启动或者停止相应设备来调整环境湿度和温度, 同时将各种调整信息在LCD上显示并发出报警信号。控制信息同时在上位机显示并报警, 建立控制日志保存。另外还可以设计一些通用接口, 为以后设备功能扩展提供方便。

2 系统硬件设计

2.1 控制器的设计

此系统下位机采用模块化设计, 由AT89S51主控芯片, 温、湿度检测模块, 输出控制模块, 键盘输入模块, LCD显示模块, 上下位机通信模块等几部分组成。温、湿度检测模块使用数字温度传感器DS18B20测量仓库的温度, 使用温、湿度传感器SHT11测量湿度。输出控制模块的控制信号由单片机控制器提供, 通过光电隔离器传送信号到继电器控制各执行电机动作来调节仓库的温、湿度。单片机的P2.0~P2.4接口分别作为驱动空调加热制冷、循环风机、排湿窗风门的I/O接口。在I/O接口输出电平为0时, K1开关断开, 相应执行电机不工作;在I/O接口输出电平为1时, 光电隔离器输出信号使K1开关闭合, 相应执行电机工作。键盘和通信模块采用查询方式实现对控制系统的设置, 从而达到对系统温、湿度值和其限定范围的及时调节。如果出现异常情况, 设备将立即通过RS 485将事件传送给远程主机, 发出报警信号[3,4,5]。

2.2 温度检测模块

此系统的温度检测模块根据仓库面积的大小可增加多处检测点, 而数字温度传感器DS18B20[3]就具有支持多点组网的功能, 可将多个DS18B20并连在惟一的三线上, 实现多点温度检测, 其测温范围为-55~+125℃, 固有测温分辨率为0.5℃, 工作电源为DC 3~5 V, 测量结果以9~12位数字量的方式串行传送。其检测电路如图2所示。

2.3 湿度检测模块

湿度测量模块为了节省控制器I/O接口并方便以后的芯片功能扩展, 采用SHT11温、湿度传感器[6]。此传感器是高度集成, 将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上, 提供二线数字串行接口SCK和DATA, 接口简单, 支持CRC传输校验, 传输可靠性高, 测量精确度高, 由于同时集成温、湿度传感器, 可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能。SHT11可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为“相对湿度”, 需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性, 因此为了补偿湿度传感器的非线性, 可按下式修正湿度值:

式中:RHlinear为经过线性补偿后的湿度值;SORH为相对湿度测量值;C1, C2, C3为线性补偿系数, 取值如表1所列。

而实际温度和测试参考温度25℃有所不同, 所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下:

式中:RHtrue为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值;T为测试湿度值时的温度 (单位:℃) ;t1和t2为温度补偿系数, 取值如表2所示。

具体湿度检测模块电路如图3所示。

2.4 输出驱动控制模块及报警模块

输出驱动控制模块通过控制芯片产生电信号, 控制相应的设备运转或者停止, 实现仓库温度和湿度的自动调节。当检测到的温度和湿度值大于或小于设定值时, 报警模块同时会发生报警信号通知用户注意当前状况, 必要时需采取相应人工措施[7,8,9]。

3 系统软件设计

由于温、湿度变化规律性不强, 被检测对象的温、湿度具有非线性、热惯性、时变性等特点, 较难建立精确的数学模型。而模糊控制算法不需要建立精确的数学模型, 可依据人工实际操作经验, 将其抽象为一系列的控制算法后通过计算机完成控制过程, 具有控制动态响应好、超调小、稳定性强等特点[10]。

控制器可以自动检测昼夜、季节、室内环境温、湿度值的变化, 利用模糊算法实现自动控制过程。仓库存储土豆种子的温度控制在-1~+3℃之间, 相对湿度保持在45%~70%较为适宜。

温、湿度控制程序中, 温、湿度各有2个输入数据和1个输出数据。e为温、湿度偏差;Δe为温、湿度变化率;u为输出控制变量, 其值分别为:

其中:PL表示负大;PM表示负中;PS表示负小;NS表示正小;NM表示正中;NL表示正大。然后根据专家知识和操作人员的经验, 建立模糊控制表。其模糊关系可以用多个条件语句表示, 例如:IF e=NL andΔe=NL then u=SM;根据模糊推理进行运算, 即可推出控制结果。

在主程序中, 主要负责仓库中温、湿度的实时显示, 读取并处理传感器测量的温、湿度值, 当实际值与事先设定的温、湿度上下限值不同时, 发出控制信号, 驱动输出控制单元启动或停止执行控制电机, 同时发出报警信号, 通知用户当前发生的状况并作相应控制日志记录。主程序流程图和温、湿度采集处理流程图分别如图4, 图5所示。

4 结语

采用模糊控制算法非常适合大型仓库中多点温度和湿度的检测与控制, 具有可靠性高、成本低廉、能耗低、反应灵敏、以及可扩展性好等特点。该设备具备一定的通用性, 经过简单的改进, 就能服务于国防工业、农业等生产上的各个方面。

参考文献

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[10]曾光奇, 胡均安, 王东, 等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社, 2006.

仓库温湿度控制器设计 篇4

系统要求温度检测范围为-30～+50℃、测量精度为0.5℃, 湿度检测范围为10%～100%RH, 检测精度为1%RH, 显示方式为四位检测, 报警方式为三极管驱动的蜂鸣音报警。系统总体框图如图1所示。

1 信号采集系统设计

信号采集系统由集成温度传感器AD590、顶端接触型湿度传感器HS1100及多路开关CD4051组成。AD590应用电路如图2所示, 频率输出的555振荡电路如图3所示, 8路模拟量信号采集电路硬件接口电路如图4所示。

2 信号分析系统设计

信号分析系统由双积分A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成。MC14433与8031单片机P1口直接相连的硬件接口电路如图5所示, 程序存储器的扩展如图6所示, 数据存储器的扩展如图7所示。

3 信号处理系统设计

信号处理系统由串行口LED显示器和报警系统组成。键盘及显示与主机的硬件接口电路如图8所示, 三极管驱动的峰鸣音报警电路如图9所示。

4 软件设计

温度控制主程序的设计应考虑以下问题: (1) 键盘扫描、键码识别和温度显示; (2) 温湿度采样, 数字滤波; (3) 越限报警和处理; (4) 温度转换。主要包括主程序、T0中断程序、温度采样子程序、键盘扫描程序、报警子程序五部分。报警子程序流程如图10所示。

摘要：本文是基于单片机的仓库温湿度监控系统, 该系统克服了传统装置的不足之处, 由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的, 是一种造价低廉、使用方便简单, 且测量准确的温湿度测量装置。

关键词：单片机,温度传感器,湿度传感器

参考文献

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仓库温湿度控制器设计 篇5

在仓库的货物的管理中,需要对温度、湿度等环境参数进行监控,以保证仓库的安全。随着库区的面积逐渐扩大,需要传输能力强和通信距离远的监控系统来有效地对仓库货物进行监管。

CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线技术具有先进的多主网络结构、通讯距离远、价位低、可靠性高、系统容量大、安装方便、维护费用低、性价比高等优点。特别对库区较大、仓库分布较分散的大型仓库的监控非常适用。

2 系统硬件设计

本系统采用分布式监控网络,主要分为上位机和下位机两部分,而上位机硬件包括CAN通讯适配器和上位监控管理机组成;下位机则由CAN节点和现场传感器组和温度湿度参数控制器组成,如图1所示。

其工作原理是下位机节点通过一定时间间隔把含有地址、温度、湿度等数据量的报文向CAN总线发送,总线通过自身仲裁确定先把优先级最高的数据放到总线上,然后自动仲裁依次发送优先级相对较低的报文到CAN总线。由于CAN总线的信息存取利用了广播式的存取工作方式,报文可以在任何时候由任何节点发送到空闲的总线上,每个CAN总线节点都接收到了总线上出现的报文信息,通过每个节点的报文滤波和地址设置,上位机CAN节点能实现上传报文的接收。上位机接收到报文信息后通过组态王软件实现仓库温度等参数实时监视和记录。同时上位机通过仓库人机界面可随时发送控制信息到CAN总线上,地址匹配的CAN总线节点能收到信息。通过这种方式即可实现仓库的温度等参数的反馈控制。

2.1 上位机系统的硬件设计

CAN通讯适配器承担上位计算机和CAN节点之间的数据转发任务,实现上位机与下位机的通讯。利用EPP并行口实现PC机与SJA1000的通信,关键在于实现SJA1000的读写时序,实现的方法有两种:软件产生读写时序电路和硬件产生读写时序电路。该系统用硬件产生读写时序电路,通过逻辑门的时间延迟来产生SJA1000握手等信号。设计电路如图2所示。

2.2 下位机系统的硬件设计

下位机包括CAN节点、现场传感器组和温度湿度参数控制器。CAN节点主要是完成CAN总线信号和CAN网络通讯的配置。现场传感器组和参数控制器部分主要是和CAN节点完成实时监测仓库内各个测试点的温度、湿度情况,还要负责接收上位管理机的命令,根据上位管理机的要求传输数据和反馈控制。下位机结构组成如图3所示。

2.2.1 CAN节点

CAN节点器件主要包括:微处理器AT89S52单片机、CAN控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250。

(1) CAN控制器SJA1000

SJA1000的工作模式通过其内部的时钟分频寄存器CDR中的CAN模式位来选择。硬件复位时默认模式是BasicCAN工作模式。SJA1000相对于微控制器相当于是一存储映象I/O设备,他的地址域由控制段和信息缓冲区段组成,在向下加载初始化期间,控制器可被编程以设定通信参数,CAN总线上的通信可通过此段由微控制器控制。

SJA1000内部寄存器有的是只能写的,有的是既可读又可写的。系统正常工作之前,微控制器要对某些寄存器进行初始化,以保证系统的各部分之间能进行正确的数据交换。CAN控制器的内容都是通过微控制器写入的,其读写时序如图4所示。

从读/写时序图来看,微控制器对SJA1000进行操作,由于SJA1000内可存储数据的地址信息。现场数据采集与控制层负责从现场采集数据以CAN协议的格式发送到总线上,根据需要对现场设备进行实时控制和监视。系统上电后微处理器先对自身和SJA1000进行初始化,以SJA1000传送到CAN总线上或直接现场显示、控制;对从CAN总线上来的信息则采用中断方式,系统每接收到一帧信息,便产生一次中断,引发微处理机进入中断,在中断服务程序中读取该帧信息并传送到现场。

(2) CAN收发器PCA82C250

PCA82C250为CAN收发器,是CAN控制器和物理总线间的接口,提供对总线的驱动发送能力,CAN控制器的差动发送能力和CAN控制器的差动接收能力。他有很强的抗瞬间干扰和保护总线的能力,具有3种不同的工作模式即高速、斜率控制和待机。总线上的某节点掉电不会影响总线,在40 m内实现高速应用可达1 Mb/s,最多可挂110个节点。管脚8(RS)允许PCA82C250选择3种不同的工作模式,如表1所示。

通过上面的结构框图绘制出了如图5所示的CAN节点具体的电路。

2.2.2 温度检测部分

系统采用由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,该传感器属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。DS18B20主要有两种工作方式:寄生电源工作方式和外接电源工作方式。本系统采用外接电源方式(如图6)。

2.2.3 湿度检测部分

湿度检测采用HS1101型湿度传感器,HS1101是HUMIREL公司生产的变容式相对湿度传感器,采用独特的工艺设计。

HS1101测量湿度采用将HS1101置于555振荡电路中,将电容值的变化转换成电压频率信号,可以直接被微处理器采集。

设计的电路如图7所示。

555芯片外接电阻R20,R19与HS1101,构成对HS1101的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路实现对HS1101的放电回路,并将引脚2,6端相连引入到片内比较器,构成一个多谐波振荡器,其中,R20相对于R19必须非常的小,但决不能低于一个最小值。R18是防止短路的保护电阻。

HS1101 作为一个变化的电容器,连接2和6引脚。引脚作为R20的短路引脚。HS1101的等效电容通过R19和R20充电达到上限电压(近似于0.67 VCC,时间记为T1),这时555的引脚3由高电平变为低电平,然后通过R19开始放电,由于R20被7引脚短路接地,所以只放电到触发界线(近似于0.33 VCC,时间记为T2),这时555芯片的引脚3变为高电平。通过不同的两个电阻R19,R20进行传感器的不停充放电,产生方波输出。可以得出:

$\begin{array}{l}{\rm T}{}_1=C(R{}_4+R{}_2)\times \ln 2\\ {\rm T}{}_2=CR{}_2\times \ln 2\end{array}$

这样可得555输出方波频率为:

$f{}_{555}=\frac{1}{{\rm T}{}_1+{\rm T}{}_2}=\frac{1}{C(R{}_4+2R{}_2)\ln 2}$

由此可以看出,空气相对湿度与555芯片输出频率存在一定线性关系。表2给出了典型频率湿度关系(参考点:25 ℃,相对湿度:55%,输出频率:6.660 kHz)。可以通过微处理器采集555芯片的频率,然后查表即可得出相对湿度值。为了更好提高测量精度,将采用下位机负责采集频率,将频率值送入上位机进行分段处理。

2.2.4 温湿度控制部分

在监控系统中,除了实时检测温度湿度等参数外,还需要对这些参数进行控制。在温度等测量参数超过用户设定值范围时,启动相关控制设备,否则关闭控制设备。系统采用继电器控制通风,除湿等设备的启动,具体电路设计如图8所示,其中J1用于控制通风设备,J2,J3用于控制湿度。

3 系统软件设计

监控系统软件设计分为上位机系统的软件设计和下位机系统的软件设计。

上位机系统的软件包括监控管理部分软件和CAN适配器软件。现场监控管理部分主要利用组态王软件完成仓库的现场测量点模拟,对仓库的现场数据进行采集,并对采集数据进行分析,自动计算仓内的最高、最低和平均温度值,还可计算出每层的最高、最低和平均温度值,完成超限实时报警,同时实现对现场设备进行操作控制。例如启动通风、除湿、喷洒及安全保护装置,报警、切断电源等。并自动生成各种报表和图表,建立和存储仓库的仓储历史档案和打印功能。而远程监控管理部分主要完成仓库状态远程查询,报表打印和远程控制等功能。

对于CAN适配器的软件设计采用Windows环境下的VB语言进行开发,由于Windows的保护,VB无法直接读写并行端口,需要另外的程序模块来实现并行端口的直接读写,使用WINIO模块来解决VB对并口的读写。同时,由于WINIO模块不支持系统中断,还需要利用VB编写线程来查询SJA1000的中断状态。

下位机系统的软件包括CAN节点的软件和温湿度检测控制软件。软件设计采用模块化设计方式。软件中主要程序有SJA1000的初始化,报文的发送程序,报文的接收程序,CAN总线错误处理程序,以及和传感器配合实现现场参数的采集。

4 结 语

该设计在仓库的总体结构设计中,成功引入CAN总线作为通讯网络,其中下位机利用AT89S52单片机和SJA1000完成CAN节点设计,上位机完成了对CAN通讯适配器的设计,采用上位机高级语言VB和EPP协议实现SJA1000的控制,大大地提高了系统内部的速率和实时性,具有处理速度快,成本较低的优点。

摘要：为了提高仓库监控系统的可靠性和传输距离,设计了基于CAN总线的仓库监控系统。系统采用分布式网络结构,主要分为上位机和下位机两部分。上位机主要完成了EPP并口协议的CAN通讯适配器的设计以及仓库人机界面的软件设计;下位机主要完成了CAN节点和温、湿度等参数的传感器选型和对温、湿度等参数控制器的设计。设计的系统满足对大库区的环境参数实时检测的要求。

关键词：CAN总线,温度,湿度,监控系统

参考文献

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[2]史久根,张培仁,陈真勇.CAN现场总线系统设计技术[M].北京:国防工业出版社,2004.

温室温湿度控制系统设计 篇6

针对温室温湿度控制的需求, 近年来温湿度自动监控系统的研究取得了很大的进展。这与计算机控制技术、硬件技术的发展有着密切的关系。在现代计算机技术及其硬件快速发展的今天, 温室温湿度控制系统的组成主要由中央控制装置、终端控制设备、传感器以及现场线路组成。中央控制装置负责对传感器传回的数据进行分析对比, 通过与预设数据的比较做出调整、修正命令。命令发出后传至终端控制设备, 终端控制设备接受控制信号后, 由电器机械部门执行相应的动作, 实现温室的温湿度调节与控制。了解自动温湿度控制系统的组成, 对科学的进行温室温湿度控制系统设计有着重要的意义, 其对温室综合投资经济性有着重要的意义。

2 温室自动温湿度控制系统的设计分析

2.1 深入分析温室自动温湿度控制系统需求, 提高投资的经济性

在进行温室自动温湿度控制系统的设计前, 设计人员应根据温室建设需求进行自动温湿度控制系统的需求分析。了解温室温湿度控制范围以及投资建设的基础情况。以此为基础进行系统需求的论证, 进行相应设备的基本选型。在这一系统设计实现中, 这一过程尤为重要。需求的论证与分析是保障温室自动温湿度控制系统投资经济性的关键。这一过程中, 应根据温室面积、结构特性等进行基础分析, 并对所选择的设备型号、温湿度调节范围、调节能力等进行计算。实现自动温湿度控制系统对温室温湿度的调控。

2.2 温室自动温湿度控制系统的设计

2.2.1 根据温室实际情况进行传感器的设计

温室温湿度传感器的科学设置是保障自动温湿度控制系统控制效果的关键。在温室自动温湿度控制系统的设计中, 首先要根据温室地形条件, 对可能出现温度偏差的地域进行分析。例如:温室周边三面有房或墙等建筑, 这就造成了唯一一面无建筑物的墙面周边温度较低。因此, 在进行温度传感器的设置时应考虑这一因素, 在这部分区域增加传感器探头, 以确保温室内的温度能够准确探测。而受温度影响, 如果温室面积较大时, 其湿度也受到影响。这就需要在进行传感器设计过程中, 充分考虑温室的实际情况, 科学的进行传感器探头设置, 确保自动温湿度控制效果的达成。

2.2.2 温室自动温湿度控制系统中现场线路的设计

由于温室内湿度较大, 其对现场设备与线路都有着一定的影响。因此, 在进行现场线路设计时, 应考虑线路的走向与环境需求。通过科学的现场线路设计, 确保传感器传输信号以及中央控制器控制信号的有效传达。在进行线路设计中, 应注重线路走向的科学性, 避免线路繁杂造成的后期检修困难。

2.2.3 中央控制装置的设计分析

在线路设计前, 设计人员应根据温室场地条件选择中央控制装置的安装地点, 以避免温湿度过大对中央控制器的影响作为基础进行设计。目前, 常用个人计算机与单片机相结合的方式作为中央控制端。通过单片机与计算机的连接实现便捷的操作与调整。同时通过单片机的全天候运行实现自动控制。在实现单片机与计算机连接的过程中, 可以通过软件设计中的功能进行实现。

2.2.4 温室自动温湿度控制系统软件的设计

2.2.4. 1 温室自动温湿度控制系统总体框架

上图所示是目前常用的温室自动温湿度控制系统总体框架, 其通过显示模块对温湿度信息进行显示, 同时也为手动设定等显示工作提供基础。根据温湿度模块是在检测数据与设定数据存在偏差时进行调整控制的模块, 其包括加温、加湿及排风等系统。报警模块是针对监测数据存在偏差后, 温湿度控制仍不能得到预定温湿度时所进行的报警系统。手动控制系统主要是用于临时调整设定参数。重要处理器多采用单片机, 其主要用于数据的处理与命令的发出。通过各系统的综合作用, 实现温室温湿度控制的最终效果。

2.2.4. 2 系统电路设计

电路设计是温室温湿度控制系统设计的汇总点, 其对系统性能与功能的实现有着重要的影响。通过中央控制器电路设计、传感器电路设计、通信电路设计与显示电路设计等电路设计实现系统的综合功能。中央控制器电路设计中, 其接受键盘和温湿度传感器的数字信号, 并对其进行处理。再通过控制电压的方式实现点击的驱动, 以此实现通风风扇、加温加湿器的控制。传感器电路设计中, 按照对温室区域的划分进行多路选择会管的输入与处理。一般采用总线技术将地址线、数据线和控制线合为信号线, 以此实现结构简单、成本低、易于扩展和维护的目的。显示电路的设计中, 应针对目前多采用LED显示器的现状, 进行多LED组合显示的方式进行设计。如:第一显示器显示工作状态、第二三显示器显示温湿度的信息、第四显示器显示设定值或分组状态等。最后, 通过键盘电路设计实现对单片机得控制。

在这一点路设计中, 还要考虑利用计算机及系统对单片机的设计与调整。电路设计中还应加入与计算机间接机构的设计, 实现多操作控制的目的。

3 关于多温室温湿度控制系统的设计分析

随着我国农业规模化的不断发展, 规模化温室已经成为现代新农村建设的重点。在这样的环境下, 如何进行多温室温湿度控制成为了设计人员面临的首要问题。本文上述中一直强调的计算机综合控制系统既是实现这一问题的关键。通过中央控制电脑对各温室分控单片机的连接能够实现多温室温湿度控制的需求, 实现规模化温室的温湿度自动控制, 促进我国农业经济的发展。

结论:本文就温室自动温湿度控制系统设计中的注意事项以及要点等进行了分析和论述, 以此为我国农业现代化发展提供更多的信息资料。同时, 针对现代农业规模化发展趋势, 本文提出了多温室温湿度自动控制系统的设计方向, 为我国农业现代化发展中自动控制系统设计与研究奠定了基础

摘要：现代农业技术发展中, 温室栽培已经成为促进农村经济发展、丰富城市菜篮子工程的重要方式。温室栽培中, 花卉及特殊要求植物对温湿度控制要求较高, 传统的温室大棚不能满足这类植物生长的需要。现代自动化温湿度监控系统在这类温室的应用为种植户带来了新的控制方式。通过对温室温湿度的良好控制, 为植物的生长提供良好的环境, 为保障种植物的经济效益奠定了坚实的技术基础。本文针对温室温湿度控制系统的设计进行了简要论述。

关键词：温度,湿度,控制

参考文献

[1]周明宇.温湿度自动控制系统设计的探讨[J].仪表自动化资讯沿, 2009, 6.

[2]王丽丽.现场总线技术在温室温湿度控制中应用[J].自动控制资讯, 2008, 8.

[3]张宇哲.现代农业温室自动化探析[J].北方仪表自动化研究所, 2009, 3.

仓库温湿度控制器设计 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.