電力設備溫濕度控制系統研究

（1上海大學 機電工程與自動化學院，上海 200000；2國網上海青浦供電公司，上海 201700）

現階段，對溫度和濕度的控制在我們的日常生活當中獲得了越來越普遍的運用，人們借助濕度計、溫度計等工具來對溫度、濕度參數進行檢測，再配合加熱、加濕、通風、降溫等裝置共同完成對溫濕度參數的調控。如此一來，除了控制準確性、及時性較差之外，操作者所需要耗費的精力和時間也較多。就算部分用戶借助半導體二極管作為溫濕度傳感器，然而因為它的交換性不強，也無法獲得良好的效果。除此之外，在相當一部分領域中對溫濕度的需求較為精準，尤其是大型電力系統，因為溫度不適宜而造成的部件失效或者因濕度過大導致的漏電現象均經常出現，這對于電力系統的穩定運行產生了極為不利的影響，更嚴重的還會威脅電力系統內部操作者的人身安全。鑒于此，要想更有效地防范類似情況的發生，配電柜柜體里溫濕度調控裝置的配備必不可少。因為選取了新型單片機來對溫濕度作出調控，對那些需求較高的繼電保護柜、儀表箱等設備尤為適用，借助加熱去濕令其保持干燥能夠獲得一個獨立的恒溫恒濕空間。

1 電力設備溫濕度控制系統的整體方案剖析

溫濕度控制作為重要的反饋控制，是通過設備內部的傳感器檢測到外部環境變化，從而得出參數值，實現控制實時溫濕度的效果。同時，還能夠準確的獲得現場參數值以及與目標設定值之間的對比，這樣的操作有利于把各項數據進行修正后數據在輸出口進行有效的傳輸。而對于溫濕度控制設備而言，系統通過控制電力系統中的變電柜去實現對于端子箱內溫度的調節，進而使得整個系統的溫濕度可以實現自動調節處理。而如果系統內多處配備類似的溫濕度控制檢測裝置以及與之相對應的執行器件為加熱器、風機等。則此控制系統可以完全滿足自動控制系統當中系統應有控制目標、執行器、調節器等內容的特性，所以說，這一系統本身即為一個自動控制系統。

電子式濕度傳感器是目前應用最為廣泛的溫濕度傳感控制器之一。該種產品出廠之前，生產商家需對溫濕度傳感器用標準濕度發生器進行標定檢測操作，令此傳感器的精確性得到一定的提升。例如，基于CMOSens技術的全新智能溫濕度傳感器——SHT11，其具備極強的抗干擾性、過硬的質量、迅捷的響應速度以及非常高的性價比等優勢。其內部分為溫度、濕度傳感部分，A/D轉換器部分，把溫濕度傳感器、AD轉換、信號放大、二線串行接口等融匯于同一個芯片當中，同時把傳感器科技與CMOS芯片科技二者有效融合。如此一來，便能同時擁有快速響應、免調試、免標定、智能互換、數字化輸出、抗干擾強、性價比高等一系列優勢。電子式溫濕度控制器針對開關柜、端子箱等特殊應用領域：柜體里通常沒有酸堿物、塵土，氣體不流動。不應當總是打開接觸，或者把濕度較大的物體放入里面。該控制系統的核心為PIC16F877A微控制器，借助智能化溫濕度傳感器SHT11來勘測現場溫濕度情況，然后把參數值直接轉化成數字量輸送至單片機里面，緊接著由單片機完成相對濕度的非線性補償與溫度補償，和預設的控制目標進行偏差運算，最終按照溫濕度上下限經由I/O口輸出實時控制信號，并啟動加熱器加熱或者風機降溫，進一步完成對環境溫濕度的調控。

2 控制系統硬件工作原理及其電路原理

（1）系統硬件平臺。該控制系統的核心構成是89C系列單片機，它把搜集獲得的信號輸送至溫度傳感器、借助HS系列濕度傳感器對所接收到的溫濕度信號完成搜集，傳輸至89C系列單片機系統里對數據進行分析操作，借助單片機系統的外設對搜集到的信號進行顯示和控制，如此一來，便把采集的非電信號轉變成電信號，最終有效解決溫濕度的電氣控制方案。它的基本作業原理為：在配電柜內部溫度低于系統設定值的最低值或者設備內部環境濕度超過系統設定最高值的時候，單片機就會輸出低電平，此時系統會自行啟用加熱系統令電加熱部件升溫作業，同時對設備內部進行升溫，使環境干燥；在配電柜內部溫度超出系統設定最高值或者環境濕度低于系統設定最低值的時候，系統電路便會輸出高電平，對加熱電路進行管控并不再進行加熱操作；在作業環境溫度高于借助循環風降低作業溫度的上限值的時候，系統會輸出低電平，排風散熱降溫，令控制風扇作業的電路運行；另外，在裝置內部溫度低于排風降溫設定的最小值的時候，系統處理器便輸出高電平，同時使風扇不再繼續作業，對溫濕度進行高效的把控。以89C系列為核心的溫濕度控制系統基本上是由輸入及輸出電路、排風控制電路、加熱控制電路、數據檢測及處理電路以及部分外設電路共同組成。這一控制系統借助數字PID算法，通過縝密的核算與調整最終確定各相關參數的值，最終構成一個循環的控制系統并獲得最理想的控制效果，提升環境溫濕度的控制準確性，滿足各用電企業自身的實際需求。

（2）硬件電路原理設計分析：①環境溫濕度檢測處理電路。本控制系統當中所選取的溫濕度傳感控制器為“SHT11”，它能夠同時檢測溫度、濕度以及露點，此環節無須外部組件，便能夠直接輸出結果。與此同時，經由標定的相對溫濕度以及露點的數字化信號能夠在很大程度上彌補以往常用的溫濕度傳感器的缺陷。等到檢測工作完成并且達成通訊的情況下，溫濕度傳感器SHT11便會即刻停止作業，自動開啟休眠模式。與此同時，輸出獲取到的溫濕度數據，而所有數據均需要借助一定的數據轉換操作，才可以展示出真正的溫度值和濕度值。②控制輸出電路。當單片機檢測到傳感器所測量的溫濕度數值不在預先設定的數值范圍時，便會開啟控制輸出電路，并且借助光耦隔離來增強控制系統的抗干擾能力。當單片機REO端的輸出是零的情況下，光電耦合器導通作業，繼電器被吸合開始運行，加熱器也隨之開始運作。在加熱回路當中串接6個大電流二極管，每三個為一組，兩組方向不同，提供交流通路，在交流流過每組二極管是在其上面出現2V上下的降壓，此電壓供給斷線報警回路的雙向光耦作業；當加熱回路出現斷線的狀況時，二極管上未有電流通過，便不會出現壓降，雙向光耦不導通，進而觸發單片機報警。③鍵盤與顯示電路。為更好地達到預定的效果，本控制系統中添加了強制加熱功能一項，并且在所選用的控制器當中設置了預定值調整鍵、強制加熱鍵、上下調鍵等按鍵，此時借助電阻接通到電源，設定鍵與強制加熱鍵接帶有電平中斷I/O口，觸發相應操作。而上調、下調鍵則為普通I/O口，無須使用電平中斷。顯示電路選取MAX7219芯片驅動8位共陰極LED數碼管開展作業。此驅動芯片及微處理器之間的連接至少需要三根導線，當中每個的數字顯示均需有地址，然后再由微處理器寫入并控制執行。允許使用人員在顯示電路設計的時候采取不同模式的設置，比方說：數字亮度控制、數碼管顯示器檢測以及LED掃描位數等多種模式。

3 軟件系統

該控制系統軟件系統的基本理念為：借助TMRO定時器產生系統時間基準，控制系統按照多個時間基準傳遞相應的訊息，主程序依照不同的訊息選擇執行各功能的子程序。以MPLABIDE V8.50為依托的軟件開發環境，選取C語言為基本的開發語言，并且同匯編語言二者有機結合在一起。軟件設計版塊則由主程序控制模塊、對應程序初始化模塊以及對應功能模塊三大部分構成。其中，初始化程序主要涵蓋了單片機特殊性功能寄存器（各中斷、I/O口方向等）、MAX7219、SHT11等；功能子程序主要包含：中斷處理程序、溫濕度檢測程序、顯示輸出程序、按鍵處理程序、加熱降溫輸出控制程序以及語音程序等。

4 結語

綜上所述，溫濕度的檢測和控制在人們的日常生活和工作當中變得越來越重要，在諸多領域及行業當中的應用更是越來越普遍。本文以用電單位為例，對電力設備溫濕度控制系統進行了全面、系統的研究，并主要針對以89C單片機為核心的溫濕度控制系統提出了自身的整體設計方案，進一步對該控制系統的硬件平臺、電路原理設計以及軟件系統等進行了詳細的探析，論證了該溫濕度控制系統在電力企業以及對溫濕度需求較為精確的各場當中使用的可行性。