一種智能溫濕度控制器的設計
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隨著電力系統規模越來越大、電壓等級越來越高，供電可靠性也要求更加嚴格。供配電設備環境的溫度、濕度是影響設備運行的重要因素。溫度過高會加速儀器設備元器件老化，縮短其使用壽命，甚至直接導致設備損壞；低溫、潮濕，設備表面產生凝露則有可能發生爬電、閃絡等事故。
基于以上考慮，在中高壓開關柜、箱變、端子箱等供配電設備中進行溫度、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計方法，最多實現三路溫度、濕度的測量與控制；結合RS485總線技術及上位機軟件，可實現數據及狀態信息遠傳，滿足低壓配電智能化及網絡化發展的需求。
1 硬件電路設計
1.1 硬件設計的總體思路
硬件系統以單片機為核心，按功能可劃分為：電源供電、溫濕度測量、控制輸出、人機對話以及通訊五個部分，如圖1所示。
電源供電電路將AC220V或其他類型輔助電源轉化為系統工作所需的直流電源。單片機將傳感器測得的溫濕度值進行比較、處理，確定輸出控制部分繼電器的工作狀態，并顯示和發送溫濕度數值及輸出控制部分的工作狀態信息。人機對話部分具有按鍵信息錄入功能，用戶可根據實際情況，通過按鍵編程設置系統的工作參數。
1.2 硬件的具體電路及原理
核心器件單片機選用STC公司的STC89C58RD+型單片機，它是一款兼容51內核的增強型8位機，片上資源豐富，抗干擾能力突出。STC89C58RD+（D版本）支持6時鐘/機器周期，內含32K字節用戶程序空間，片上集成1280字節RAM，16K字節EEPROM空間；支持ISP/IAP功能，無須專用編程器；片上還集成了看門狗電路及MAX810專用復位電路。
溫濕度的測量選用SENSIRION公司開發的數字式溫濕度一體傳感器芯片SHT11。該傳感器可同時測溫度、濕度，并提供全程標定的數據輸出，所以使用該傳感器既可以降低硬件成本，又方便了整機測試。其技術參數如下表所示：
溫度參數：
參數 | 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：
參數 | 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（數據）線和CLK（同步時鐘脈沖）線。測量三路溫度、濕度時，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（數據）線，P1.1、P1.3、P1.5分別作為各路通訊的CLK（同步時鐘）線，DATA線需外加10KΩ的上拉電阻將信號提高至高電平（詳情請參考SHT11數據手冊）。實際使用時，傳感器與控制器之間（即圖中虛線部分）以屏蔽線連接，經驗證，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口的驅動能力，可增加通訊距離，但會降低系統的抗干擾性能，因此不予采納。
系統采用LED數碼管顯示溫度、濕度值，界面簡潔明了。三路傳感器測得的溫度、濕度值以循環方式依次顯示，顯示部分共有7位數碼管，其中4位用于顯示溫度值（顯示范圍：-40.0～100.0），并在編程狀態下顯示菜單及參數，2位用于顯示濕度值（顯示范圍：0～99），1位用于顯示當前顯示或操作對應的傳感器的編號（1～3）。數碼管顯示采用動態掃描方式，其驅動電路由集成電路74HC595及74HC164構成。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，用于數碼管的段驅動；74HC164的串行輸入、并行輸出功能用于掃描顯示每一位數碼管，如圖3所示。
系統采用繼電器或可控硅作為控制輸出，電源部分采用開關電源方案，通訊部分采用RS485接口，具體電路設計請參考相關書籍，此處不予贅述。
2 軟件設計方法
系統軟件設計包括以下四個部分：主程序、測量控制模塊、顯示模塊及通訊模塊。
主程序完成上電或復位初始化，復位看門狗，查詢按鍵信息等功能，程序設計流程如圖4所示。
程序初始化包括配置CPU的SFR，設置I/O口初始狀態，從EEPROM讀取工作參數，設置看門狗定時器的復位時間等。需要注意的是，一般只在主程序中喂狗，看門狗的復位時間時要設置的比測量程序中可能出現的最長等待時間還要長。以下給出主程序的部分C語言源代碼。
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