温湿度控制仪工作原理

摘 要：介绍了一种智能温湿度控制器的设计方法及应用，最多实现三路温湿度的测量与控制；结合RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化及网络化发展的需求。关键字：SHT11，STC89C58RD+，温湿度控制，RS4850　 引言　　随着电力系统规模越来越大、电压等级越来越高，供电可靠性也要求更加严格。供配电设备环境的温度、湿度是影响设备运行的重要因素。温度过高会加速仪器设备元器件老化，缩短其使用寿命，甚至直接导致设备损坏；低温、潮湿，设备表面产生凝露则有可能发生爬电、闪络等事故。　　基于以上考虑，在中高压开关柜、箱变、端子箱等供配电设备中进行温度、湿度控制是十分必要的。本文将介绍一种WHD型智能温湿度控制器的设计方法，最多实现三路温度、湿度的测量与控制；结合RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化及网络化发展的需求。1　 硬件电路设计1.1 硬件设计的总体思路　　硬件系统以单片机为核心，按功能可划分为：电源供电、温湿度测量、控制输出、人机对话以及通讯五个部分，如图1所示。　　电源供电电路将AC220V或其他类型辅助电源转化为系统工作所需的直流电源。单片机将传感器测得的温湿度值进行比较、处理，确定输出控制部分继电器的工作状态，并显示和发送温湿度数值及输出控制部分的工作状态信息。人机对话部分具有按键信息录入功能，用户可根据实际情况，通过按键编程设置系统的工作参数。1.2 硬件的具体电路及原理　　核心器件单片机选用STC公司的STC89C58RD+型单片机，它是一款兼容51内核的增强型8位机，片上资源丰富，抗干扰能力突出。STC89C58RD+（D版本）支持6时钟/机器周期，内含32K字节用户程序空间，片上集成1280字节RAM，16K字节EEPROM空间；支持ISP/IAP功能，无须专用编程器；片上还集成了看门狗电路及MAX810专用复位电路。　　温湿度的测量选用SENSIRION公司开发的数字式温湿度一体传感器芯片SHT11。该传感器可同时测温度、湿度，并提供全程标定的数据输出，所以使用该传感器既可以降低硬件成本，又方便了整机测试。其技术参数如下表所示：　　温度参数：　　 参数条件典型单位分辨率0.01℃精度0～60±1℃量程范围-40～120℃　　湿度参数：　参数条件典型单位分辨率0.03％RH精度20％～80％±3％RH量程范围0～100％RH　　该传感器与CPU之间的通讯采用二线制方式，即DATA（数据）线和CLK（同步时钟脉冲）线。测量三路温度、湿度时，CPU与传感器的连接电路如图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分别与三路温湿度传感器SHT11连接，其中P1.0、P1.2、P1.4分别作为各路通讯的DATA（数据）线，P1.1、P1.3、P1.5分别作为各路通讯的CLK（同步时钟）线，DATA线需外加10KΩ的上拉电阻将信号提高至高电平（详情请参考SHT11数据手册）。实际使用时，传感器与控制器之间（即图中虚线部分）以屏蔽线连接，经验证，CPU与传感器之间的最大通讯距离为10米。如果使用74HC245或其他芯片提高I/O口的驱动能力，可增加通讯距离，但会降低系统的抗干扰性能，因此不予采纳。　　系统采用LED数码管显示温度、湿度值，界面简洁明了。三路传感器测得的温度、湿度值以循环方式依次显示，显示部分共有7位数码管，其中4位用于显示温度值（显示范围：-40.0～100.0），并在编程状态下显示菜单及参数，2位用于显示湿度值（显示范围：0～99），1位用于显示当前显示或操作对应的传感器的编号（1～3）。数码管显示采用动态扫描方式，其驱动电路由集成电路74HC595及74HC164构成。74HC595是一款带有输出门锁功能的8位串行输入、并行输出（或串行输出）的移位寄存器，用于数码管的段驱动；74HC164的串行输入、并行输出功能用于扫描显示每一位数码管，如图3所示。　　系统采用继电器或可控硅作为控制输出，电源部分采用开关电源方案，通讯部分采用RS485接口，具体电路设计请参考相关书籍，此处不予赘述。2　 软件设计方法　　系统软件设计包括以下四个部分：主程序、测量控制模块、显示模块及通讯模块。　　主程序完成上电或复位初始化，复位看门狗，查询按键信息等功能，程序设计流程如图4所示。　　程序初始化包括配置CPU的SFR，设置I/O口初始状态，从EEPROM读取工作参数，设置看门狗定时器的复位时间等。需要注意的是，一般只在主程序中喂狗，看门狗的复位时间时要设置的比测量程序中可能出现的最长等待时间还要长。以下给出主程序的部分C语言源代码。　　void Main ()　　{　　WDT_CONTR = 0x00;//关闭看门狗　　InitialEeprom();//读EEPROM　　InitialIO();//初始化I/O状态　　InitialSFR();//设置SFR

一种智能温湿度控制器的设计蔡昀羲 （上海安科瑞电气有限公司 上海嘉定 201801）摘 要：介绍了一种智能温湿度控制器的设计方法及应用，最多实现三路温湿度的测量与控制；结合RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化及网络化发展的需求。关键字：SHT11，STC89C58RD+，温湿度控制，RS4850　 引言　　随着电力系统规模越来越大、电压等级越来越高，供电可靠性也要求更加严格。供配电设备环境的温度、湿度是影响设备运行的重要因素。温度过高会加速仪器设备元器件老化，缩短其使用寿命，甚至直接导致设备损坏；低温、潮湿，设备表面产生凝露则有可能发生爬电、闪络等事故。　　基于以上考虑，在中高压开关柜、箱变、端子箱等供配电设备中进行温度、湿度控制是十分必要的。本文将介绍一种WHD型智能温湿度控制器的设计方法，最多实现三路温度、湿度的测量与控制；结合RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化及网络化发展的需求。1　 硬件电路设计1.1 硬件设计的总体思路　　硬件系统以单片机为核心，按功能可划分为：电源供电、温湿度测量、控制输出、人机对话以及通讯五个部分，如图1所示。　　电源供电电路将AC220V或其他类型辅助电源转化为系统工作所需的直流电源。单片机将传感器测得的温湿度值进行比较、处理，确定输出控制部分继电器的工作状态，并显示和发送温湿度数值及输出控制部分的工作状态信息。人机对话部分具有按键信息录入功能，用户可根据实际情况，通过按键编程设置系统的工作参数。http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/21/93834hw.jpg1.2 硬件的具体电路及原理　　核心器件单片机选用STC公司的STC89C58RD+型单片机，它是一款兼容51内核的增强型8位机，片上资源丰富，抗干扰能力突出。STC89C58RD+（D版本）支持6时钟/机器周期，内含32K字节用户程序空间，片上集成1280字节RAM，16K字节EEPROM空间；支持ISP/IAP功能，无须专用编程器；片上还集成了看门狗电路及MAX810专用复位电路。　　温湿度的测量选用SENSIRION公司开发的数字式温湿度一体传感器芯片SHT11。该传感器可同时测温度、湿度，并提供全程标定的数据输出，所以使用该传感器既可以降低硬件成本，又方便了整机测试。其技术参数如下表所示：　　温度参数：　　 参数条件典型单位分辨率0.01℃精度0～60±1℃量程范围-40～120℃　　湿度参数：　参数条件典型单位分辨率0.03％RH精度20％～80％±3％RH量程范围0～100％RH　　该传感器与CPU之间的通讯采用二线制方式，即DATA（数据）线和CLK（同步时钟脉冲）线。测量三路温度、湿度时，CPU与传感器的连接电路如图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分别与三路温湿度传感器SHT11连接，其中P1.0、P1.2、P1.4分别作为各路通讯的DATA（数据）线，P1.1、P1.3、P1.5分别作为各路通讯的CLK（同步时钟）线，DATA线需外加10KΩ的上拉电阻将信号提高至高电平（详情请参考SHT11数据手册）。实际使用时，传感器与控制器之间（即图中虚线部分）以屏蔽线连接，经验证，CPU与传感器之间的最大通讯距离为10米。如果使用74HC245或其他芯片提高I/O口的驱动能力，可增加通讯距离，但会降低系统的抗干扰性能，因此不予采纳。 http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/11/151636j0.jpghttp://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/11/152021lg.jpg　　系统采用LED数码管显示温度、湿度值，界面简洁明了。三路传感器测得的温度、湿度值以循环方式依次显示，显示部分共有7位数码管，其中4位用于显示温度值（显示范围：-40.0～100.0），并在编程状态下显示菜单及参数，2位用于显示湿度值（显示范围：0～99），1位用于显示当前显示或操作对应的传感器的编号（1～3）。数码管显示采用动态扫描方式，其驱动电路由集成电路74HC595及74HC164构成。74HC595是一款带有输出门锁功能的8位串行输入、并行输出（或串行输出）的移位寄存器，用于数码管的段驱动；74HC164的串行输入、并行输出功能用于扫描显示每一位数码管，如图3所示。　　系统采用继电器或可控硅作为控制输出，电源部分采用开关电源方案，通讯部分采用RS485接口，具体电路设计请参考相关书籍，此处不予赘述。2　 软件设计方法　　系统软件设计包括以下四个部分：主程序、测量控制模块、显示模块及通讯模块。　　主程序完成上电或复位初始化，复位看门狗，查询按键信息等功能，程序设计流程如图4所示。 http://www.acrel.cn/cn/download/common/upload/2011/02/11/15341zh.jpg　　程序初始化包括配置CPU的SFR，设置I/O口初始状态，从EEPROM读取工作参数，设置看门狗定时器的复位时间等。需要注意的是，一般只在主程序中喂狗，看门狗的复位时间时要设置的比测量程序中可能出现的最长等待时间还要长。以下给出主程序的部

在实验室的监控项目中，不同实验室对温湿度都有要求，大部分实验都是在明确的温湿度环境中展开。在医药、生化、仪器校准、农业、建筑与电器等领域中，实验室环境条件直接影响着各种实验或检测的结果，每项实验的进行都需要精确可靠的监测仪器来提供准确的环境参数数据。实验室要求适宜的温度和湿度。室内的小气候，包括气温、湿度和气流速度等，对在实验室工作的人员和仪器设备有影响。夏季的适宜温度应是18-28℃，冬季为16-20℃，湿度最好在30%(冬季)-70%(夏季)之间。除了特殊实验室外，温湿度对大多数理化实验影响不大，但是天平室和精密仪器室应根据需要对温湿度进行控制。环境条件温湿度的控制方面考虑的要素就是保证实验操作的环境温湿度是能够满足实验程序各个过程的需要。我们主要从以下几个方面来制定实验室环境温湿度控制范围。首先，识别各项工作对环境温湿度的要求。主要识别仪器的需要、试剂的需要、实验程序的需要，以及实验室员工的人性化考虑（人体在温度18-25℃ 相对湿度在35-80%范围内总体感觉舒适，并且从医学角度来看环境干燥和喉咙的炎症存在一定的因果关系）四个方面要素综合考虑，列出对温湿度控制范围要求的清单。第二，选择并制定有效的环境温湿度控制范围。从以上各要素所有要求清单中摘取最窄范围作为该实验室环境控制的允许范围，制定环境条件控制方面的管理程序，并依据该科室实际情况制定合理有效的SOP。第三，保持和监控。通过各项措施保证环境的温湿度在控制的范围内，并对环境温湿度进行监控和做好监控的记录，超过允许范围及时采取措施，开空调调节温度，开除湿机控制湿度。↑ 普及试剂室 温度10-30℃，湿度35-80%样品存放室 温度10-30℃，湿度35-80%天平室 温度10-30℃，湿度35-80%水分室 温度10-30℃，湿度35-65%红外室 温度10-30℃，湿度35-60%中心实验室 温度10-30℃，湿度35-80%留样室 温度10-25℃，湿度35-70%各个领域实验室的温湿度最佳范围病理学实验室病理学实验过程中，切片机，脱水机，染色机，电子天平等仪器的使用对温度有比较严格的要求。例如电子天平应尽可能在环境温度较稳定的条件(温度变化每小时不大于5|℃)下使用。因此，这类实验室的温湿度状况需要实时监控和记录。DSR温湿度记录仪可提供精确的温湿度记录数据．有助于各项实验的顺利进行。抗生素实验室对温湿度环境有严格的要求 般情况下冷处是2～8℃．阴凉处不超过20℃。抗生素保存的温度过高或过低都会导致抗生素失活．并且不同种类抗生素的失活温度也各有不同．因此温湿度记录仪在这类实验室环境中的监测及记录是个重要的环节。化学检测室化学实验室般包涵多种实验室房间，如化学检测室．物理检测室．抽样室等。各房间的温湿度标准都不相同，每个房间需指定专人定时进行监测，监测频率通常为每天两次。使用DsR温湿度记录仪，通过专业的组网连接，工作人员只需在中心控制台就可查看各个实验室温湿度状况，下载并保存实验过程中的温湿度数。实验动物房动物实验室的环境要求以实验动物为主其湿度应维持在40％～60％RH之间，以老鼠为倒，它们若在相对湿度40％以下的环境生活，很容易发病掉尾而死亡。DSR温湿度压差记录仪可通过组网报警等措施建立温湿度监测记录系统，有利于动物房压差、温湿度的控制．防止疾病的传播和避免动物的相互感染。混凝土实验室温度和湿度对些建筑材料的性能有定的影响，故在许多标准中对材料测试时的环境条件有明确规定且必须遵守。如GB／T1 7671 1999中规定，试体成型时实验室温度应稳定保持在20℃±2℃，相对湿度不低于50％RH。使用DSR温湿度记录仪．可根据实验室自身条件建立 套温湿度监测记录系统，加强实验室的温湿度控制。认证与计量实验室认证与计量实验室在实施检验、鉴定、测试和认证服务时，需要实时记录检验全过程温湿度的变化，使用DsR温湿度记录仪可简化记录工作，节约成本，并且记录数据不会受到过多人为因素的干扰，能够客观真实地反映检测过程。 试验环境及设备对温湿度的控制准确与否,对实验结果的准确性、重复性都有着重大的影响。GLP、GAP、CNAS、ISO17025、ISO15189、ISO17020、ISO9000、ISO16949、ISO14000等认证是对实验室环境的基本要求，ZOGLAB的产品符合各项要求，精密的监测并提供高精度无法篡改的原始记录。Tips根据GB/T4857.2－2005规定的标准，实验室的温度要控制在21℃-25℃左右，相对湿度要控制在45%-55%左右才能满足基本的实验要求，更专业的实验要求就需要提供恒温和恒湿的环境来维持实验过程的准确性。从实验室的室内环境来看，能导致急剧温差和湿度过大的情况几乎不存在，这样对温湿度调节器的短期控制程度要求很高，要从降温、加热、加湿和除湿这几种方式来严格控制。于此同时，从外部环境来看，实验室室内的温湿度变化会受外部条件的影响，例如地域的气候特点、白天和黑夜的温差、各种特殊天气的影响，产生温湿度的高低变化。因此，要保证温湿度的平衡和达到实验标准，实验室需要密封隔绝外部环境任何有可能导致室内空气变化的突发情况，严格要求管理人员定时换送新鲜空气的时机，禁止出现人员的过失对室内环境的污染，对照明设备、精密仪器的使用环境进行测温，以保证室内温湿度达到规定的偏差。特别是对实验室的相对湿度变化进行严格的控制，因为实验室的空气不存在其他条件导致出现温湿度差异，而空气的温度只要变动了1.0℃，就会导致相对湿度出现大幅度的变化，影响室内仪器的正常运作。甚至只是0.2℃的温差，也会引起大于0.5%的湿度变化。因此，对温湿度非常敏感的实验室，需要使用专业的传感器来严格控制偏差，尤其是对湿度的精准监测。传感器有两种，一种是温度传感器，相对精准；另一种是湿度传感器，在一定的条件下会失准，必须定时监测空气的湿度来确保精准。于此同时，构造实验室的时候还要注意整个温湿度控制区域的均匀度。本文由实验与分析加工整理，实验与分析品牌隶属于德国弗戈媒体集团