基于單片機的船舶艙內溫濕度控制系統

李小斌

（秦皇島港股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

在船舶航行過程中，機艙內的主機、鍋爐、冷卻系統等各類設備的運行會使艙內溫濕度過高或過低，船員在艙內巡檢或維修設備時，會有明顯的不舒適感，影響船員的工作心情，降低工作效率。因此改善船員工作環境，將艙內溫濕度控制在舒適范圍內是非常必要的。為了保證控制系統的穩定性及操作方便性，選取了技術成熟的單片機作為主控芯片，與其他控制系統相比造價低廉、運行可靠、操作方便，對船舶艙內控制系統領域具有一定參考意義。

1 船舶艙內溫濕度控制系統設計

據調查研究，船員對熱環境相對滿意的溫濕度值相對集中地處于16～27 ℃，40%～80%之間[1]。系統將溫度控制的上下限默認值分別設置為16 ℃和27 ℃，濕度的上下限默認值分別設置為40%和80%。為了使系統更為人性化，滿足不同環境下、不同人的多樣需求，該系統溫濕度控制上下限可通過按鍵自行調節。以默認值為例，當單片機監測到環境溫度低于16 ℃時，會觸發聲光警報器報警，并聯動控制加熱器的繼電器動作，控制加熱器開始工作，提高環境溫度，直到溫度高于16 ℃，聲光警報器自動停止報警，控制加熱器的繼電器斷開使加熱器停止工作。當溫度過高、濕度過低、濕度過高工作過程同理。控制系統原理如圖1 所示。

圖1 控制系統原理

1.1 溫濕度傳感器

考慮到Proteus 仿真庫器件限制及船舶實際情況，系統中溫濕度傳感器使用DHT11。這是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器，量程濕度5%～95%RH，溫度-20～+60 ℃[2]，可以滿足本系統量程需求。該傳感器內置8 位高性能單片機處理傳感器信號，使得該產品有極高的可靠性和穩定性，能夠適應船舶惡劣的運行環境。系統在實際應用時可將此傳感器根據實際情況更換為其他型號或類型的傳感器，例如更換為RS485 通信類型的傳感器，通過TTL 轉RS485 模塊，建立傳感器與單片機通信，即：單片機P3^0 和P3^1 口配置為串口通信模式，通過轉接模塊連接到傳感器A、B 接線端子，按照傳感器通信協議采集船艙內實時溫濕度數據后，由本系統判斷邏輯處理即可。如果現場干擾較大或者通信距離較遠，可以選用開關量輸出的溫濕度傳感器，通過調整溫濕傳感器中的電位器改變其閾值，當溫濕度高于閾值時傳感器輸出對應的開關量信號，單片機通過采集開關信號判斷溫濕度情況，并由本系統判斷邏輯處理即可。

1.2 顯示器件

為了提高系統可視性，方便船員知曉機艙內的實時溫濕度，能根據需求靈活調整溫濕度控制的上下限，并考慮到需要顯示的信息量不大，最終選用LCD1206 屏幕顯示相關信息。實際應用過程中，如果選取了開關量輸出的溫濕度傳感器，由于無法顯示具體數值，該顯示器件可以直接省略，簡化系統的同時，提高了系統穩定性，進一步降低系統造價。

1.3 聯動繼電器

單片機作為主控芯片，其帶載能力非常弱，為了能控制器其他設備，該系統通過單片機引腳控制放大電路來聯動各個繼電器動作，達到控制加熱器、風扇、加濕器、除濕器等設備的目的。放大電路可按需控制多型號、多規格的繼電器，滿足各類需求。由于船舶艙內面積較大，實際應用時需要驅動的加熱器、風扇、加濕器、除濕器等設備遠多于本仿真系統中的數量，建議通過劃分艙內區域，安裝多個獨立的溫濕度控制系統的方式控制艙內溫濕度參數，一方面可以把聯動壓力均攤到各個獨立溫濕度控制系統上，另一方面增加了全船溫濕度控制的可靠性，避免出現一個單片機損壞，全船溫濕度失控的情況。

2 船舶艙內溫濕度控制系統仿真

為了驗證設計的可行性，使用Proteus 繪制了該系統的仿真原理圖，系統按照以下原理工作運行：單片機通過P1^3 引腳接收到DHT11 芯片檢測的溫度。經程序邏輯判斷，已低于設定值時將控制P1^6 引腳，即HEATER 引腳置低，此時PNP 三極管導通，RL4 繼電器線圈通電吸合后，接在繼電器COM、NO 處的加熱器線路導通，加熱器開始工作，環境溫度開始逐漸升高。直至環境溫度高于設定值，單片機將HEATER 引腳置高位，PNP 三極管截止，繼電器復位，加熱器停止工作。當檢測到溫度過高時，將控制P1^6 引腳，即FAN 引腳置低，控制風扇開始排風，流動的空氣將艙內熱量帶走。降低艙內溫度直至低于設定值后，風扇停止工作。船舶艙內溫濕度控制系統仿真結果如圖2 所示，依次為環境溫度過低、環境溫度過高、環境濕度過低、環境濕度過高時系統繼電器動作結果。式較為簡單，沒有使用PID 調節，如果環境溫度恰好處于控制線周圍，可能導致設備頻繁啟停。該系統暫時沒有包含通

圖2 船舶艙內溫濕度控制系統仿真結果

3 結語

隨著科技水平的不斷提高，船員對工作環境的要求也越來越高，將單片機技術應用在此方向很容易實現船舶艙內溫濕度控制，為船員提供較為舒適的工作環境。該單片機控制系統運行可靠，操作簡便，很好地滿足了溫濕度控制的需求。但該系統仍然存在部分缺陷，如溫濕度控制線需人工設置，需要長時間摸索積累經驗后才能達到滿意狀態。目前控制方信功能，無法在集控室遠程操控。仍需在未來的研究中能不斷完善，為改善船員工作環境貢獻微薄力量。