电力设备温湿度控制系统研究

（1上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200000；2国网上海青浦供电公司，上海 201700）

现阶段，对温度和湿度的控制在我们的日常生活当中获得了越来越普遍的运用，人们借助湿度计、温度计等工具来对温度、湿度参数进行检测，再配合加热、加湿、通风、降温等装置共同完成对温湿度参数的调控。如此一来，除了控制准确性、及时性较差之外，操作者所需要耗费的精力和时间也较多。就算部分用户借助半导体二极管作为温湿度传感器，然而因为它的交换性不强，也无法获得良好的效果。除此之外，在相当一部分领域中对温湿度的需求较为精准，尤其是大型电力系统，因为温度不适宜而造成的部件失效或者因湿度过大导致的漏电现象均经常出现，这对于电力系统的稳定运行产生了极为不利的影响，更严重的还会威胁电力系统内部操作者的人身安全。鉴于此，要想更有效地防范类似情况的发生，配电柜柜体里温湿度调控装置的配备必不可少。因为选取了新型单片机来对温湿度作出调控，对那些需求较高的继电保护柜、仪表箱等设备尤为适用，借助加热去湿令其保持干燥能够获得一个独立的恒温恒湿空间。

1 电力设备温湿度控制系统的整体方案剖析

温湿度控制作为重要的反馈控制，是通过设备内部的传感器检测到外部环境变化，从而得出参数值，实现控制实时温湿度的效果。同时，还能够准确的获得现场参数值以及与目标设定值之间的对比，这样的操作有利于把各项数据进行修正后数据在输出口进行有效的传输。而对于温湿度控制设备而言，系统通过控制电力系统中的变电柜去实现对于端子箱内温度的调节，进而使得整个系统的温湿度可以实现自动调节处理。而如果系统内多处配备类似的温湿度控制检测装置以及与之相对应的执行器件为加热器、风机等。则此控制系统可以完全满足自动控制系统当中系统应有控制目标、执行器、调节器等内容的特性，所以说，这一系统本身即为一个自动控制系统。

电子式湿度传感器是目前应用最为广泛的温湿度传感控制器之一。该种产品出厂之前，生产商家需对温湿度传感器用标准湿度发生器进行标定检测操作，令此传感器的精确性得到一定的提升。例如，基于CMOSens技术的全新智能温湿度传感器——SHT11，其具备极强的抗干扰性、过硬的质量、迅捷的响应速度以及非常高的性价比等优势。其内部分为温度、湿度传感部分，A/D转换器部分，把温湿度传感器、AD转换、信号放大、二线串行接口等融汇于同一个芯片当中，同时把传感器科技与CMOS芯片科技二者有效融合。如此一来，便能同时拥有快速响应、免调试、免标定、智能互换、数字化输出、抗干扰强、性价比高等一系列优势。电子式温湿度控制器针对开关柜、端子箱等特殊应用领域：柜体里通常没有酸碱物、尘土，气体不流动。不应当总是打开接触，或者把湿度较大的物体放入里面。该控制系统的核心为PIC16F877A微控制器，借助智能化温湿度传感器SHT11来勘测现场温湿度情况，然后把参数值直接转化成数字量输送至单片机里面，紧接着由单片机完成相对湿度的非线性补偿与温度补偿，和预设的控制目标进行偏差运算，最终按照温湿度上下限经由I/O口输出实时控制信号，并启动加热器加热或者风机降温，进一步完成对环境温湿度的调控。

2 控制系统硬件工作原理及其电路原理

（1）系统硬件平台。该控制系统的核心构成是89C系列单片机，它把搜集获得的信号输送至温度传感器、借助HS系列湿度传感器对所接收到的温湿度信号完成搜集，传输至89C系列单片机系统里对数据进行分析操作，借助单片机系统的外设对搜集到的信号进行显示和控制，如此一来，便把采集的非电信号转变成电信号，最终有效解决温湿度的电气控制方案。它的基本作业原理为：在配电柜内部温度低于系统设定值的最低值或者设备内部环境湿度超过系统设定最高值的时候，单片机就会输出低电平，此时系统会自行启用加热系统令电加热部件升温作业，同时对设备内部进行升温，使环境干燥；在配电柜内部温度超出系统设定最高值或者环境湿度低于系统设定最低值的时候，系统电路便会输出高电平，对加热电路进行管控并不再进行加热操作；在作业环境温度高于借助循环风降低作业温度的上限值的时候，系统会输出低电平，排风散热降温，令控制风扇作业的电路运行；另外，在装置内部温度低于排风降温设定的最小值的时候，系统处理器便输出高电平，同时使风扇不再继续作业，对温湿度进行高效的把控。以89C系列为核心的温湿度控制系统基本上是由输入及输出电路、排风控制电路、加热控制电路、数据检测及处理电路以及部分外设电路共同组成。这一控制系统借助数字PID算法，通过缜密的核算与调整最终确定各相关参数的值，最终构成一个循环的控制系统并获得最理想的控制效果，提升环境温湿度的控制准确性，满足各用电企业自身的实际需求。

（2）硬件电路原理设计分析：①环境温湿度检测处理电路。本控制系统当中所选取的温湿度传感控制器为“SHT11”，它能够同时检测温度、湿度以及露点，此环节无须外部组件，便能够直接输出结果。与此同时，经由标定的相对温湿度以及露点的数字化信号能够在很大程度上弥补以往常用的温湿度传感器的缺陷。等到检测工作完成并且达成通讯的情况下，温湿度传感器SHT11便会即刻停止作业，自动开启休眠模式。与此同时，输出获取到的温湿度数据，而所有数据均需要借助一定的数据转换操作，才可以展示出真正的温度值和湿度值。②控制输出电路。当单片机检测到传感器所测量的温湿度数值不在预先设定的数值范围时，便会开启控制输出电路，并且借助光耦隔离来增强控制系统的抗干扰能力。当单片机REO端的输出是零的情况下，光电耦合器导通作业，继电器被吸合开始运行，加热器也随之开始运作。在加热回路当中串接6个大电流二极管，每三个为一组，两组方向不同，提供交流通路，在交流流过每组二极管是在其上面出现2V上下的降压，此电压供给断线报警回路的双向光耦作业；当加热回路出现断线的状况时，二极管上未有电流通过，便不会出现压降，双向光耦不导通，进而触发单片机报警。③键盘与显示电路。为更好地达到预定的效果，本控制系统中添加了强制加热功能一项，并且在所选用的控制器当中设置了预定值调整键、强制加热键、上下调键等按键，此时借助电阻接通到电源，设定键与强制加热键接带有电平中断I/O口，触发相应操作。而上调、下调键则为普通I/O口，无须使用电平中断。显示电路选取MAX7219芯片驱动8位共阴极LED数码管开展作业。此驱动芯片及微处理器之间的连接至少需要三根导线，当中每个的数字显示均需有地址，然后再由微处理器写入并控制执行。允许使用人员在显示电路设计的时候采取不同模式的设置，比方说：数字亮度控制、数码管显示器检测以及LED扫描位数等多种模式。

3 软件系统

该控制系统软件系统的基本理念为：借助TMRO定时器产生系统时间基准，控制系统按照多个时间基准传递相应的讯息，主程序依照不同的讯息选择执行各功能的子程序。以MPLABIDE V8.50为依托的软件开发环境，选取C语言为基本的开发语言，并且同汇编语言二者有机结合在一起。软件设计版块则由主程序控制模块、对应程序初始化模块以及对应功能模块三大部分构成。其中，初始化程序主要涵盖了单片机特殊性功能寄存器（各中断、I/O口方向等）、MAX7219、SHT11等；功能子程序主要包含：中断处理程序、温湿度检测程序、显示输出程序、按键处理程序、加热降温输出控制程序以及语音程序等。

4 结语

综上所述，温湿度的检测和控制在人们的日常生活和工作当中变得越来越重要，在诸多领域及行业当中的应用更是越来越普遍。本文以用电单位为例，对电力设备温湿度控制系统进行了全面、系统的研究，并主要针对以89C单片机为核心的温湿度控制系统提出了自身的整体设计方案，进一步对该控制系统的硬件平台、电路原理设计以及软件系统等进行了详细的探析，论证了该温湿度控制系统在电力企业以及对温湿度需求较为精确的各场当中使用的可行性。