精密電子設(shè)備的溫濕度控制系統(tǒng)

1.引言

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)來采集溫度和濕度，通過人工操作加熱、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫濕度，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。精密電子設(shè)備、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)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(jī)癱瘓，對電子設(shè)備的可靠運(yùn)行帶來影響，給企事業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行帶來不可估量的損失。為了避免這些故障，需要在機(jī)房內(nèi)安裝控溫、除濕設(shè)備，本方案采用了新型單片機(jī)對溫濕度進(jìn)行控制，特別適用于對溫濕度控制要求較高的電子設(shè)備運(yùn)行場所。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

整個(gè)系統(tǒng)的核心采用由Atmel公司推出的低價(jià)位的20個(gè)引腳的低壓、高性能8位微控制器AT89C2051，它含有2k字節(jié)可重編程閃速程序存儲(chǔ)器，2.7-6v的操作范圍，128字節(jié)RAM，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)五向量兩級(jí)中斷，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器，六個(gè)中斷源，直接LED驅(qū)動(dòng)輸出。15根I/O引腳線，其中P1口是一個(gè)8位雙向I/O口，引腳P1.2-P1.7提供內(nèi)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(nèi)精密模擬比較器的同相輸入和反相輸入。當(dāng)P1口引腳寫入1時(shí)，其可用作輸入端，而P3口中的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向I/O引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)，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(jī)相同。由于AT89C2051引腳少、體積小、造價(jià)低，且通過在單塊芯片上組合通用的CPU和閃速存儲(chǔ)器，使它成為一種強(qiáng)勁的微型機(jī)算機(jī)，如圖1所示。

溫濕度控制系統(tǒng)是由溫度檢測電路、濕度檢測電路、CPU監(jiān)控電路、顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、排風(fēng)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(dāng)設(shè)備內(nèi)部的溫度低于設(shè)定值的下限或設(shè)備內(nèi)部的濕度大于設(shè)定值的上限時(shí)，微處理器將使P1.3輸出低電平，起動(dòng)加熱電路使電加熱元件開始工作。加熱或干燥設(shè)備內(nèi)部；當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度大于低溫加熱設(shè)定上限時(shí)且濕度值小于過濕加熱設(shè)定的下限時(shí)。P1.3輸出高電平停止加熱；當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度值超過排風(fēng)降溫設(shè)定上限時(shí)，微處理器使P1.4輸出低電平，使排風(fēng)扇控制電路工作，開始排風(fēng)散熱；當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度值小于排風(fēng)降溫設(shè)定下限時(shí)，微處理器使P1.4輸出高電平，使排風(fēng)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(tǒng)中，由LM358、R1、R3、R4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引入；則它是一個(gè)反向比例運(yùn)算放大電路。輸入信號(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(jīng)過AD590的輸入信號(hào)經(jīng)LM358進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換后可得到電壓輸出，輸出的電壓Uout為100mV/℃，最后由A/D轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(gè)測溫范圍內(nèi)精度可達(dá)±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(wěn)態(tài)觸發(fā)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(shù)下振蕩頻率約為50HHz，其輸出脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由IC1-b、R3以及HS1101組成。此輸出脈沖經(jīng)過R4、C3濾波后，經(jīng)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(diào)零，RP2用來調(diào)滿刻度。

2.4 預(yù)定值設(shè)置鍵

為了設(shè)置預(yù)定的值，在系統(tǒng)中設(shè)置了3個(gè)按鍵，分別是功能鍵S1、加1鍵S2及減1鍵S3，用來設(shè)定溫濕度的上下限。功能鍵是多功能鍵，按照按下的次數(shù)來區(qū)分功能鍵的多種功能。當(dāng)功能鍵第一次被按下，數(shù)碼管顯示調(diào)整低溫加熱下限符號(hào)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(shù)碼管顯示調(diào)整低溫加熱上限符號(hào)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(shè)定完最后一個(gè)參數(shù)后，再按一次功能鍵則完成參數(shù)設(shè)定進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。

2.5 監(jiān)控電路

為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，系統(tǒng)中增加了微處理器工作的監(jiān)控電路。它用MAX813L實(shí)現(xiàn)，以防程序跑飛使系統(tǒng)失控。如果在1.6秒內(nèi)微處理器AT89C2051不給MAX813L的看門狗輸入端WDI觸發(fā)信號(hào)，就說明程序已經(jīng)紊亂跑飛或程序已進(jìn)入了死循環(huán)，看門狗MAX813L將發(fā)出復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)重新復(fù)位重新運(yùn)行。用于控制加熱和排風(fēng)電路中的電加熱元件和排風(fēng)扇控制用的接觸器其觸點(diǎn)容量選取時(shí)，應(yīng)視控制對象的功率而定，至少在220V/10A以上。

3.結(jié)束語

通過對環(huán)境溫濕度的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，精密控制，即節(jié)約了人力成本，又提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，特別是本系統(tǒng)采用了預(yù)定值設(shè)置鍵，對溫濕度上下限可自行設(shè)置，方便靈活，是一種很好的機(jī)房溫濕度控制解決方案。

[1]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994,1.

[2]王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998:282-283.