電力設(shè)備溫濕度設(shè)計(jì)范文

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論文關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；溫濕度；單片機(jī)；傳感器；數(shù)字PID算法子程序

論文摘要：利用89C系列為核心開(kāi)發(fā)的溫濕度控制儀，性能穩(wěn)定可靠，不僅可用于電力部門，對(duì)溫濕度要求較高的庫(kù)房糧倉(cāng)等場(chǎng)所也十分適用。此設(shè)計(jì)為用電單位和一些環(huán)境比較潮濕的工作場(chǎng)所設(shè)計(jì)的提供環(huán)境溫濕度的檢測(cè)和控制系統(tǒng)。利用單片機(jī)采用數(shù)字PID控制系統(tǒng)，由檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行環(huán)節(jié)三部分組成。

中圖分類號(hào)：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）18-0036-02

溫、濕度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計(jì)、濕度計(jì)來(lái)采集溫度和濕度，通過(guò)人工操作加熱、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來(lái)控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體二極管做溫濕度傳感器，但由于其交換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對(duì)溫濕度的要求較高，特別是在大型的電力系統(tǒng)中，由于溫度過(guò)高或過(guò)低引起的元器件失效或由于環(huán)境濕度過(guò)高而引起的漏電事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行造成非常大的影響，甚至危及到電力系統(tǒng)局部及操作人員的安全。為了避免這些故障，需要在配電柜柜體內(nèi)安裝控溫、除濕設(shè)備。由于采用了新型單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行控制，所以特別適用于對(duì)溫濕度控制要求較高的繼電保護(hù)柜、儀表箱、計(jì)量柜等設(shè)備。通過(guò)加熱去濕使其干燥獲得一個(gè)獨(dú)立的溫濕度可以自動(dòng)控制的恒溫恒濕空間。

一、系統(tǒng)硬件平臺(tái)

本系統(tǒng)以89C系列單片機(jī)為核心，將采集到的信號(hào)送給溫度傳感器、通過(guò)HS系列濕度傳感器對(duì)所接收到的溫度、濕度等信號(hào)進(jìn)行采集，送到89C系列單片機(jī)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行顯示、控制，這樣就將采樣到的非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)加以實(shí)現(xiàn)，從而解決了對(duì)溫濕度的電氣控制方案。本系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)配電柜內(nèi)的溫度低于系統(tǒng)中所設(shè)定值的最低值或設(shè)備內(nèi)部的環(huán)境濕度大于系統(tǒng)所設(shè)定的最高值候，單片機(jī)將輸出低電平，這是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱系統(tǒng)使電加熱元件開(kāi)始升溫工作，對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行溫度升高，干燥環(huán)境；當(dāng)配電柜內(nèi)的環(huán)境溫度高于系統(tǒng)所設(shè)的最高值或測(cè)試到空間濕度小于系統(tǒng)的最小值候，系統(tǒng)電路將輸出高電平，對(duì)加熱電路控制，停止加熱；當(dāng)工作環(huán)境溫度值超過(guò)通過(guò)循環(huán)風(fēng)來(lái)降低工作溫度的上限設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)處理器會(huì)輸出低電平，促使風(fēng)扇工作的控制電路開(kāi)始工作，排風(fēng)散熱降溫；當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度值小于排風(fēng)降溫設(shè)定得最低值時(shí)，微處理器將輸出高電平，停止風(fēng)扇工作。對(duì)環(huán)境的溫、濕度可以得到有效的控制。以89C系列為核心的溫濕度控制系統(tǒng)主要由如下幾部分組成：輸入電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，警示及加熱控制電路和排風(fēng)控制電路，還有一些外設(shè)電路構(gòu)成。該控制系統(tǒng)以微處理器為控制器中心，采用數(shù)字PID算法，經(jīng)過(guò)詳細(xì)核算、調(diào)試確定出參數(shù)KP、KI及KD的數(shù)值，達(dá)到滿意的控制效果從而構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的控制系統(tǒng)。提高環(huán)境溫、濕度的控制精度，達(dá)到用電單位所提出的精度要求。

二、各模塊組成

信號(hào)采集模塊由溫度檢測(cè)電路和濕度檢測(cè)電路組成。溫度檢測(cè)電路，在此系統(tǒng)中，由一個(gè)高性能的雙運(yùn)算放大器、r1、r2、r3組成比例運(yùn)算，且輸入信號(hào)從運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入；則它是一個(gè)反向比例運(yùn)算放大電路。采集到的信號(hào)Ui經(jīng)輸入端電阻r1送到反相輸入端；而同相輸入端通過(guò)電阻r2接“地”。經(jīng)過(guò)AD590的輸入信號(hào)經(jīng)雙運(yùn)算放大器進(jìn)行IV轉(zhuǎn)換后可得到電壓輸出，輸出的電壓Uout為100mV℃，最后由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的通道CH0送給微處理器。測(cè)溫傳感器采用AD系列，它是集成溫度傳感器，其電源電壓為4～30V，測(cè)溫范圍-55℃～+150℃。整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)精度可達(dá)±0.5℃，且線性度好，直接輸出為電流（1?滋AK）由于采用了線性度良好的AD590進(jìn)行溫度測(cè)量，故測(cè)出的溫度值不需要進(jìn)行線性校正。濕度檢測(cè)電路由濕敏傳感器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等組成，采用CV變換完成濕度檢測(cè)。濕敏傳感器采用電容式濕敏元件HS1101，這種元件有響應(yīng)快、線性度和可靠性高、長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性好、長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕等特點(diǎn)。因而采用一般處理即可達(dá)到精度為±5％RH的要求。

外部電路由89C51擴(kuò)展接口芯片8155來(lái)實(shí)現(xiàn)的6位LED顯示和24鍵的鍵盤顯示器接口電路。接口芯片8155也可用8255來(lái)代替。AT89C51外擴(kuò)1片8155，8155的RAM地址為7E00H~7EFFH，IO地址為7F00H~7F05H。8155PA口為輸出口，控制鍵盤列線的掃描，PA口同時(shí)又是6位共陰極LED顯示器的位掃描口。PB口作為顯示器的段碼（字型碼）口，8155H的PC口作為鍵盤的行線狀態(tài)的輸入口。

后向通道中光耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向晶閘管之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一種一砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管雜5～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠遷都的紅外光，觸發(fā)輸出部分，輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管，在紅外線的作用下可雙向?qū)āＴ谑褂镁чl管的控制電路中，常常要求晶閘管在電源電壓為零或剛過(guò)零時(shí)觸發(fā)晶閘管，來(lái)減少晶閘管在導(dǎo)通時(shí)對(duì)電源的影響。這種觸發(fā)方式稱為過(guò)零觸發(fā)。過(guò)零觸發(fā)需要過(guò)零檢測(cè)電路，有些光電耦合器內(nèi)部含有過(guò)零檢測(cè)電路，如MOC3061雙向晶閘管觸發(fā)電路。去濕干燥機(jī)采用我國(guó)新型的發(fā)熱材料PTC半導(dǎo)體陶瓷加熱，其加熱部件下面配有微型風(fēng)扇，使熱氣流均勻快速流暢，它可以根據(jù)端子箱的大小尺寸配定。其功率可在300～800W之間調(diào)節(jié)，與其配套的排風(fēng)機(jī)可帶走端子箱內(nèi)的濕氣。這套去濕干燥機(jī)，結(jié)構(gòu)合理、高效、節(jié)能，其熱效率超過(guò)9000，并且安全可靠無(wú)明火，不會(huì)引燃物體，其使用壽命比傳統(tǒng)電熱干燥元件高十幾倍。

三、軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，包括主程序、鍵盤顯示子程序、數(shù)字PID算法子程序等模塊。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示：

四、結(jié)論

本文以89C51單片機(jī)為核心對(duì)溫濕度的智能化實(shí)時(shí)控制提出了設(shè)計(jì)方案。經(jīng)試驗(yàn)調(diào)試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，十分適用于電力部門和對(duì)溫濕度要求較高的場(chǎng)所等。溫濕度的檢測(cè)與控制和我們的生活密切相關(guān)，在各個(gè)領(lǐng)域（諸如工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生以及各種科學(xué)研究等）的工作中都需要對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，以滿足相關(guān)工作的正常運(yùn)行。