精密電子設備的溫濕度控制系統

1.引言

溫濕度控制廣泛應用于人們的生產和生活中，人們使用溫度計、濕度計來采集溫度和濕度，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫設備來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。精密電子設備、服務器等網絡核心設備，對溫濕度的要求特別高，由于溫度過高或過濕引起的元器件失效或死機癱瘓，對電子設備的可靠運行帶來影響，給企事業的生產運行帶來不可估量的損失。為了避免這些故障，需要在機房內安裝控溫、除濕設備，本方案采用了新型單片機對溫濕度進行控制，特別適用于對溫濕度控制要求較高的電子設備運行場所。

2.系統設計

2.1 工作原理

整個系統的核心采用由Atmel公司推出的低價位的20個引腳的低壓、高性能8位微控制器AT89C2051，它含有2k字節可重編程閃速程序存儲器，2.7-6v的操作范圍，128字節RAM，兩個16位定時/計數器，一個五向量兩級中斷，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器，六個中斷源，直接LED驅動輸出。15根I/O引腳線，其中P1口是一個8位雙向I/O口，引腳P1.2-P1.7提供內部上拉電阻，P1.0與P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內精密模擬比較器的同相輸入和反相輸入。當P1口引腳寫入1時，其可用作輸入端，而P3口中的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內部上拉電阻的七個雙向I/O引腳。P3.6用于固定輸入片內比較器的輸出信號，且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3.0-P3.5的其他功能與MCS-51系列單片機相同。由于AT89C2051引腳少、體積小、造價低，且通過在單塊芯片上組合通用的CPU和閃速存儲器，使它成為一種強勁的微型機算機，如圖1所示。

溫濕度控制系統是由溫度檢測電路、濕度檢測電路、CPU監控電路、顯示電路、A/D轉換電路、排風與加熱控制電路和單片微處理器等組成，其原理電路圖如圖1。

圖1 工作原理

工作原理如下：當設備內部的溫度低于設定值的下限或設備內部的濕度大于設定值的上限時，微處理器將使P1.3輸出低電平，起動加熱電路使電加熱元件開始工作。加熱或干燥設備內部；當設備內部溫度大于低溫加熱設定上限時且濕度值小于過濕加熱設定的下限時。P1.3輸出高電平停止加熱；當設備內部溫度值超過排風降溫設定上限時，微處理器使P1.4輸出低電平，使排風扇控制電路工作，開始排風散熱；當設備內部溫度值小于排風降溫設定下限時，微處理器使P1.4輸出高電平，使排風扇控制電路停止工作。

2.2 溫度檢測電路

溫度檢測電路如圖2所示，在此系統中，由LM358、R1、R3、R4組成比例運算，且輸入信號從運算放大器的反相輸入端引入；則它是一個反向比例運算放大電路。輸入信號Ui經輸入端電阻R1送到反相輸入端；而同相輸入端通過電阻R3接“地”。反饋電阻R4跨接在輸出端和反相輸入端之間。經過AD590的輸入信號經LM358進行I/V轉換后可得到電壓輸出，輸出的電壓Uout為100mV/℃，最后由A/D轉換電路的通道2送給AT89C2051微處理器。圖中R6、R5、R2用于相互配合調節溫度測量的滿刻度值。測溫傳感器AD590是集成溫度傳感器，整個測溫范圍內精度可達±0.5℃

圖2 溫度檢測電路

圖3 濕度檢測電路

2.3 濕度檢測電路

濕度檢測電路由濕敏傳感器、多諧振蕩器和單穩態觸發器等組成，采用C/V變換完成濕度檢測，電路如圖3所示。其中，IC1-a與R1、R2、C1組成多諧振蕩器，在圖3所示的參數下振蕩頻率約為50HHz，其輸出脈沖觸發單穩態觸發器。單穩態觸發器由IC1-b、R3以及HS1101組成。此輸出脈沖經過R4、C3濾波后，經IC2(OP07)放大后輸入到TLC0834的模擬電壓輸入通道1端。濕敏傳感器采用電容式濕敏元件HS1101.圖中，RP1用來調零，RP2用來調滿刻度。

2.4 預定值設置鍵

為了設置預定的值，在系統中設置了3個按鍵，分別是功能鍵S1、加1鍵S2及減1鍵S3，用來設定溫濕度的上下限。功能鍵是多功能鍵，按照按下的次數來區分功能鍵的多種功能。當功能鍵第一次被按下，數碼管顯示調整低溫加熱下限符號并顯示低溫加熱下限的值，按加1減1鍵使該值符合要求后，再按一下功能鍵，則數碼管顯示調整低溫加熱上限符號并顯示低溫加熱上限的值，按加1減1鍵使該值符合要求，這樣依次類推，設定完最后一個參數后，再按一次功能鍵則完成參數設定進入監控狀態。

2.5 監控電路

為了提高系統工作的可靠性，系統中增加了微處理器工作的監控電路。它用MAX813L實現，以防程序跑飛使系統失控。如果在1.6秒內微處理器AT89C2051不給MAX813L的看門狗輸入端WDI觸發信號，就說明程序已經紊亂跑飛或程序已進入了死循環，看門狗MAX813L將發出復位信號使系統重新復位重新運行。用于控制加熱和排風電路中的電加熱元件和排風扇控制用的接觸器其觸點容量選取時，應視控制對象的功率而定，至少在220V/10A以上。

3.結束語

通過對環境溫濕度的數據的準確采集，精密控制，即節約了人力成本，又提高了設備運行的可靠性，特別是本系統采用了預定值設置鍵，對溫濕度上下限可自行設置，方便靈活，是一種很好的機房溫濕度控制解決方案。

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,1994,1.

[2]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京:北京航空航天大學出版社,1998:282-283.