基于单片机的船舶舱内温湿度控制系统

李小斌

（秦皇岛港股份有限公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

在船舶航行过程中，机舱内的主机、锅炉、冷却系统等各类设备的运行会使舱内温湿度过高或过低，船员在舱内巡检或维修设备时，会有明显的不舒适感，影响船员的工作心情，降低工作效率。因此改善船员工作环境，将舱内温湿度控制在舒适范围内是非常必要的。为了保证控制系统的稳定性及操作方便性，选取了技术成熟的单片机作为主控芯片，与其他控制系统相比造价低廉、运行可靠、操作方便，对船舶舱内控制系统领域具有一定参考意义。

1 船舶舱内温湿度控制系统设计

据调查研究，船员对热环境相对满意的温湿度值相对集中地处于16～27 ℃，40%～80%之间[1]。系统将温度控制的上下限默认值分别设置为16 ℃和27 ℃，湿度的上下限默认值分别设置为40%和80%。为了使系统更为人性化，满足不同环境下、不同人的多样需求，该系统温湿度控制上下限可通过按键自行调节。以默认值为例，当单片机监测到环境温度低于16 ℃时，会触发声光警报器报警，并联动控制加热器的继电器动作，控制加热器开始工作，提高环境温度，直到温度高于16 ℃，声光警报器自动停止报警，控制加热器的继电器断开使加热器停止工作。当温度过高、湿度过低、湿度过高工作过程同理。控制系统原理如图1 所示。

图1 控制系统原理

1.1 温湿度传感器

考虑到Proteus 仿真库器件限制及船舶实际情况，系统中温湿度传感器使用DHT11。这是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器，量程湿度5%～95%RH，温度-20～+60 ℃[2]，可以满足本系统量程需求。该传感器内置8 位高性能单片机处理传感器信号，使得该产品有极高的可靠性和稳定性，能够适应船舶恶劣的运行环境。系统在实际应用时可将此传感器根据实际情况更换为其他型号或类型的传感器，例如更换为RS485 通信类型的传感器，通过TTL 转RS485 模块，建立传感器与单片机通信，即：单片机P3^0 和P3^1 口配置为串口通信模式，通过转接模块连接到传感器A、B 接线端子，按照传感器通信协议采集船舱内实时温湿度数据后，由本系统判断逻辑处理即可。如果现场干扰较大或者通信距离较远，可以选用开关量输出的温湿度传感器，通过调整温湿传感器中的电位器改变其阈值，当温湿度高于阈值时传感器输出对应的开关量信号，单片机通过采集开关信号判断温湿度情况，并由本系统判断逻辑处理即可。

1.2 显示器件

为了提高系统可视性，方便船员知晓机舱内的实时温湿度，能根据需求灵活调整温湿度控制的上下限，并考虑到需要显示的信息量不大，最终选用LCD1206 屏幕显示相关信息。实际应用过程中，如果选取了开关量输出的温湿度传感器，由于无法显示具体数值，该显示器件可以直接省略，简化系统的同时，提高了系统稳定性，进一步降低系统造价。

1.3 联动继电器

单片机作为主控芯片，其带载能力非常弱，为了能控制器其他设备，该系统通过单片机引脚控制放大电路来联动各个继电器动作，达到控制加热器、风扇、加湿器、除湿器等设备的目的。放大电路可按需控制多型号、多规格的继电器，满足各类需求。由于船舶舱内面积较大，实际应用时需要驱动的加热器、风扇、加湿器、除湿器等设备远多于本仿真系统中的数量，建议通过划分舱内区域，安装多个独立的温湿度控制系统的方式控制舱内温湿度参数，一方面可以把联动压力均摊到各个独立温湿度控制系统上，另一方面增加了全船温湿度控制的可靠性，避免出现一个单片机损坏，全船温湿度失控的情况。

2 船舶舱内温湿度控制系统仿真

为了验证设计的可行性，使用Proteus 绘制了该系统的仿真原理图，系统按照以下原理工作运行：单片机通过P1^3 引脚接收到DHT11 芯片检测的温度。经程序逻辑判断，已低于设定值时将控制P1^6 引脚，即HEATER 引脚置低，此时PNP 三极管导通，RL4 继电器线圈通电吸合后，接在继电器COM、NO 处的加热器线路导通，加热器开始工作，环境温度开始逐渐升高。直至环境温度高于设定值，单片机将HEATER 引脚置高位，PNP 三极管截止，继电器复位，加热器停止工作。当检测到温度过高时，将控制P1^6 引脚，即FAN 引脚置低，控制风扇开始排风，流动的空气将舱内热量带走。降低舱内温度直至低于设定值后，风扇停止工作。船舶舱内温湿度控制系统仿真结果如图2 所示，依次为环境温度过低、环境温度过高、环境湿度过低、环境湿度过高时系统继电器动作结果。式较为简单，没有使用PID 调节，如果环境温度恰好处于控制线周围，可能导致设备频繁启停。该系统暂时没有包含通

图2 船舶舱内温湿度控制系统仿真结果

3 结语

随着科技水平的不断提高，船员对工作环境的要求也越来越高，将单片机技术应用在此方向很容易实现船舶舱内温湿度控制，为船员提供较为舒适的工作环境。该单片机控制系统运行可靠，操作简便，很好地满足了温湿度控制的需求。但该系统仍然存在部分缺陷，如温湿度控制线需人工设置，需要长时间摸索积累经验后才能达到满意状态。目前控制方信功能，无法在集控室远程操控。仍需在未来的研究中能不断完善，为改善船员工作环境贡献微薄力量。