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溫濕度控制器范文1

【關鍵詞】STM32F0xx；溫濕度控制；智能化；RS-485

Intelligent Temperature and Humidity Controller Design Based on STM32F0xx

LI Shu-guang LIU Yi-fan ZHANG Xu ZHOU Rui-min

（Henan Pinggao Eletric Co.，Ltd.， Pingdingshan Henan 467001， China）

【Abstract】Based on the STM32F0xx， the author introduces a kind of intelligent temperature and humidity controller design method and function implementation. The controller can realize temperature and humidity control inside power supply control cabinet and temperature and humidity auxiliary display outside the cabinet.

【Key words】STM32F0xx； Temperature and Humidity control； Intelligent； RS-485

0 引言

在電力系統中，供電可靠性要求很高。匯控柜、開關柜等供配電設備工作環境的溫度、濕度是影響設備安全可靠運行的重要因素。高溫會加速電子元器件老化；低溫、潮濕環境會使設備表面凝露，降低絕緣性能，增加了爬電、閃絡等事故發生的可能性[1]。

本文介紹了一種基于STM32F0xx的智能溫濕度控制器的硬件設計及軟件實現方法，該控制器可實現控制柜內溫濕度控制和控制柜外溫濕度顯示；結合RS-485總線技術和上位機軟件，可實現控制器定值的遠程設定、溫濕度數據上傳及遠程控制，滿足設備智能化及網絡化的發展需求。

1 硬件電路設計

本控制器以STM32F030F4為核心控制單元，系統外擴串行EEPROM為24C02，容量256字節，地址范圍為0x0000～0x00FF，能夠滿足系統參數的實時存取；控制器包含兩個4位數碼管、5個狀態指示LED、四個設置按鍵，具有手動啟停功能；采用AM2301數字溫濕度傳感器，可同時實現對環境溫度、濕度的控制；結合RS-485總線技術和上位機軟件，可實現控制器定值的遠程設定、溫濕度數據上傳及遠程控制。

1.1 主控制器設計

圖2所示為STM32F030F4電路，該MCU內核為ARM 32-bit Cortex-M0，工作電源電壓2.4V～3.6V，最高工作溫度85℃，最低工作溫度-40℃，20個引腳，15個I/O輸入輸出端口，接口類型包含I2C、SPI、UART等，CPU最高頻率48MHz，16K字節Flash，4K字節RAM，5個16位定時器，1個12位ADC，16個A/D通道[2]。

路

1.2 數字溫濕度采集模塊

AM2301濕敏電容數字溫濕度模塊是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用單總線接口，具有體積小，功耗低等優點。

由于AM2301采用單總線通信方式，接受指令和輸出溫濕度數據通過一根線完成，為了提高系統的抗干擾性，AM2301與MCU之間采用TLP118高速光耦合器隔離，如圖3所示。其中V1、V2為肖特基二極管。

圖3 TLP118光電耦合隔離電路

1.3 數字溫濕度顯示模塊

控制器采用TM1638驅動控制兩排共陰極數碼管，TM1638管腳功能如表1所示：

控制器具有上下兩排4位共陰極數碼管，上排數碼管第一位顯示溫度正負、后3位顯示溫度值，下排數碼管后3位顯示濕度值，如果兩路溫濕度傳感器均啟用，則每隔3秒，切換溫濕度測量通道，輪流顯示。

控制器設置手動/自動按鍵、設置按鍵、減少按鍵、增加按鍵四個按鍵，分別對應芯片引腳K1，K2和KS1，KS2組成的鍵矩陣。鍵掃數據儲存地址如圖4所示。

裝置共設置9個參數設置界面，顯示界面與參數對應關系如表2所示。

注：回路1排風扇控制回路、回路2加熱器控制器回路

按下設置按鍵即可進入參數設置界面，通過加、減鍵調整值的大小，調整好參數值再次按下設置鍵保存，若調整參數值后十秒內沒有按下設置鍵，則不保存設定值并返回溫濕度顯示界面。

1.4 溫濕度控制策略

結合工程實際需求和應用，制定了一下溫濕度控制策略。

啟動排風：當系統獲取的環境溫度高于溫度控制回路1啟控值，啟動排風。

停止排風：當系統獲取的環境溫度低于溫度控制回路1啟控值與溫度控制回路1停控回差值之差時，停止排風。

啟動加熱：當系統獲取的環境溫度低于溫度控制回路2啟控值時，啟動加熱；當系統獲得的環境濕度大于濕度控制回路2啟控值且環境溫度不高于溫度控制回路1啟控值，啟動加熱。

停止加熱：當系統獲得的環境溫度大于溫度控制回路2啟控值與溫度控制回路2停控回差值之和時，停止加熱。

2 軟件設計方法

系統軟件主函數主要是由軟件抗干擾模塊，系統初始化模塊，主循環模塊組成。圖5為主函數流程圖。

3 Modbus通信

結合RS-485總線技術和上位機軟件，可實現溫濕度采集數據及設備狀態參數的遠傳，通信接口為2線制半雙工RS-485接口，波特率為9.6Kbps，8位數據位，1位停止位，無校驗位和無流控。

該裝置支持Modbus RTU協議的04和06命令。04（0x04）為讀輸入寄存器功能碼，使用該功能碼能夠從一個遠程設備中讀取1～125個連續輸入寄存器。06（0x06）為寫單個寄存器功能碼，使用該功能碼能夠在一個遠程設備中寫單個保持寄存器。同時，Modbus RTU協議還支持差錯碼0x86、異常碼01（功能碼錯誤）、異常碼02（輸出地址錯誤）、異常碼03（輸出數據錯誤）和異常碼04（從設備忙），采用CRC校驗方式。

Modbus寄存器狀態地址分配如表3所示。

（上接第60頁）4 結束語

在實際應用中，通過溫濕度傳感器采集匯控柜、開關柜等供配電設備柜體內外的溫濕度數據，經MCU處理后輸出繼電器控制信號，再通過繼電器加熱器和風扇啟停。

實踐表明，以此方法設計的智能溫濕度控制器方便應用，抗電磁干擾性能強，結合RS-485總線技術和上位機軟件可方便的實現柜體內溫濕度控制及遠程查看。

【參考文獻】

[1]方嚴，王曉明.一種智能溫濕度控制器的設計[J].器件與設備，2006.

溫濕度控制器范文2

關鍵詞：高性能混凝土；施工；溫度；控制

中圖分類號：TU528文獻標識碼： A 文章編號：

1、溫度裂縫出現的原因

（1）大體積混凝土在硬化期間，水泥水化后釋放大量的熱量，使砼中心區域溫度急劇升高，而砼表面和邊界由于受氣溫影響溫度較低，從而形成較大的溫差，使砼的內部產生壓應力，表面產生拉應力， 當拉應力大于混凝土允許拉應力的時候，便會產生表面裂縫。

（2）大體積混凝土熱量散失很慢，使溫度峰值很高。當混凝土的水化熱達到溫度最高點后，混凝土內部冷卻時就會收縮，且由于水分的散失，使收縮加劇，從而在混凝土內部產生拉應力。當拉應力大于混凝土允許拉應力的時候，便會產生內部裂縫。

2、溫度控制方案

2.1 必須采取溫度控制的方面

⑴原材料溫度控制；

⑵混凝土出機溫度；

⑶混凝土入模溫度；

⑷養護期間混凝土內部溫度

⑸養護期間混凝土內部與表面溫差

⑹養護期間混凝土表面與環境溫差

⑺養護用水溫度

⑻拆模時混凝土內部與表面溫差

⑼拆模時混凝土表面與環境溫差

2.2 具體溫控措施

2.2.1 混凝土配合比優化

試驗室盡快做好夏期施工配合比優化，將新配比報監理及咨詢同意后盡早投入使用。對大體積混凝土宜選用水化熱較低的水泥，在保證混凝土各項性能指標的情況下適量增加粉煤灰的摻量，外加劑宜選用緩凝型減水劑，并根據施工需要要求廠家調整凝結時間，根據氣溫適當增加坍落度。

2.2.2 混凝土熱工性能計算

混凝土拌合前，必須經過科學合理的熱工計算，確保混凝土的拌合溫度、出機溫度、入模溫度都符合規范要求，即混凝土的拌合溫度、出機溫度不得大于30℃，混凝土入模溫度不宜高于30℃，大體積混凝土入模溫度不得大于28℃。

通過計算，確定原材料的溫控措施，確定養護期間降溫措施，確保養護期間混凝土的內部最高溫度不宜大于65℃，混凝土內部溫度和表面溫度之差、表面溫度和環境溫度之差不宜大于15℃。

2.2.2.1 混凝土拌合溫度計算

混凝土拌合溫度計算按以下幾個步驟進行：

⑴試驗人員測試粗、細骨料的含水率計算混凝土施工配合比；

⑵測量各原材料的溫度；

⑶用表格計算法計算混凝土拌合溫度

將每方砼原材料重量、溫度比熱及熱量填入下表：

混凝土的拌合溫度由公式Tc=∑T×W×C/∑W×C

如果Tc≤30℃，則進行下一步計算；如果Tc＞30℃，則對原材采取降溫措施，重新用表格計算法計算混凝土拌合溫度。

2.2.2.2 混凝土出機溫度Ti

攪拌樓的溫度對混凝土的出機溫度也有很大的影響，

由公式Ti=Tc-0.16×(Tc- Td)，其中：Td：攪拌樓溫度（℃）。如果混凝土的出機溫度Ti≤30℃，則進行下一步計算；如果Ti＞30℃，則采取措施降低攪拌樓的溫度或者降低混凝土的拌合溫度，若采用降低混凝土拌合溫度的措施，則需要降低原材料的溫度，并重新計算混凝土拌合溫度和出機溫度。

5.2.2.3 混凝土入模溫度Tj

混凝土入模溫度不宜高于30℃，大體積混凝土入模溫度不得大于28℃。由公式Tj=Ti+（Tq-Ti）（A1+A2+A3），其中：

Tq—室外平均氣溫，取天氣預報的平均氣溫；

A1—砼裝卸溫度損失系數，每次裝卸溫度損失系數Ai=0.032，每盤混凝土為2方，6方的混凝土罐車裝卸次數為3次，A1=0.032×3=0.096，8方的混凝土罐車裝卸次數為4次，故A1=0.032×4=0.128；

A2—砼運輸時溫度損失系數, A2=t＆, t—運輸時間（min）平均取t=30 min，＆--砼運輸時熱損失值，攪拌運輸車取＆=0.0042,故A2=0.0042×30=0.126

A3=0.03 t, t為澆搗時間,取t=20 min,則A3=0.03×20=0.6。

若計算得的混凝土入模溫度Tj不大于30℃，大體積混凝土不大于28℃，則混凝土溫度符合規范要求；若計算得的混凝土入模溫度Tj大于30℃，大體積混凝土大于28℃，必須采取相應的溫控措施，降低混凝土的拌合溫度、出機溫度。

2.2.2.4 混凝土水化熱絕熱溫升值計算

水泥水化過程中，放出的熱量稱為水化熱。當結構截面尺寸小，熱量散失快，水化熱可以不考慮。但對大體積混凝土，混凝土在凝固過程中聚集在內部的熱量散失很慢，常使溫度峰值很高。為確保養護期間混凝土的內部最高溫度不宜大于65℃，需要計算混凝土水化熱溫度升高值。假定結構物四周沒有任何散熱和熱損失條件，水泥水化熱全部轉化成溫升后的溫度值，則混凝土的水化熱絕對溫升值一般可按下式計算： ，

式中：T(t)為澆完一段時間t，混凝土的絕熱升溫值（℃）；

mc為每立方米混凝土水泥用量；

Q 為每千克水泥水化熱量（J/kg），本作業工區采用水泥全是425號普通硅酸鹽水泥，Q=377 J/kg;

C為混凝土的比熱容，取0.96Kj/(kg*K);

ρ為混凝土的質量密度，取2400 kg/m3；

e為常數，等于2.718；t為混凝土齡期（d）；

m為與水泥品種比表面、澆搗時溫度有關的經驗系數，夏期施工澆筑溫度取30℃，則m值取0.406；

Tmax為混凝土最大水化熱溫升值，即最終溫升值。

則：C40混凝土；

C35混凝土； ；

C30混凝土： 。

入模溫度按30℃計算，則混凝土的內部最高溫度均不大于65℃，滿足規范要求；但是混凝土內部溫度和表面溫度之差大于15℃，需要采取埋置冷卻水管的措施降低混凝土內部溫度，確保混凝土內部溫度和表面溫度之差不大于15℃。

2.2.2.5 混凝土拌合水中加冰量的計算

在為降低混凝土拌合溫度需要降低拌合水溫度時，優先采用經檢驗合格的地下井水，當采用井水不能滿足溫度要求時，采取在拌合水中加入冰屑的措施來降低混凝土拌合溫度，可以根據需要降低水溫來計算加冰量：

,式中X—每噸水需要加冰量；TWO—加冰前的水溫；TW—加冰后的水溫。

2.2.3 原材料溫控措施

⑴砂石料倉搭蓋砂石遮陽棚，避免陽光直曬，避免曝曬造成砂石料溫度過高，導致砼拌合溫度增高。定時在砂石料堆上噴灑經試驗合格的井水來降溫，灑水頻率按氣溫和拌合溫度對砂石原材料的溫度的要求確定。

⑵拌合用水采用溫度比較低的經過試驗合格的井水，當井水還不足以滿足混凝土入模溫度不大于30℃的要求，則采用冰水做為拌合水，每噸水需要加入冰屑的重量根據加冰前水溫和需降至的水溫確定。

⑶攪拌站料斗、水池、皮帶運輸機、攪拌樓都要采取遮陽措施，避免陽光直曬，降低攪拌樓溫度，并盡量縮短攪拌時間。

⑷應使用有一定休整期和冷卻降溫時間的儲存水泥、粉煤灰、礦粉，避免使用剛運到的水泥、粉煤灰、礦粉溫度太高而導致砼入模溫度增高。

⑸水泥筒倉搭設遮陽棚遮擋，定時對水泥筒倉灑水。水泥進入攪拌機的溫度不宜大于45℃。

2.2.4 混凝土的攪拌、運輸及澆筑

2.2.4.1混凝土的攪拌

盡可能在氣溫較低的晚上攪拌混凝土，以保證混凝土的入模溫度滿足規范要求，混凝土的入模溫度不宜高于30℃，大體積混凝土入模溫度不得大于28℃。攪拌前必須經過科學的熱工計算，溫度指標滿足要求后方能開始攪拌。

在攪拌站拌出首盤混凝土后，及時對拌合物的坍落度、含氣量、出機溫度、泌水率、水膠比等進行測定，判定是否滿足要求以便進行調整，指導下一盤混凝土的攪拌。

當高溫施工不可避免時，應通過試驗撐握混凝土在不同溫度、不同原材料等的情況下坍落度的損失情況。制定相應的措施，根據氣溫適當增加混凝土的出機坍落度，保證混凝土到坍落度施工現場時符合施工要求。

2.2.4.2混凝土的運輸

(1)采用混凝土運輸車運輸混凝土，混凝土運輸車在不使用時，停在遮陽蓬下，避免陽光直曬而提高罐體溫度，裝混凝土前先使用地下井水澆一遍罐身，降低混凝土罐車自身溫度。

(2)盡可能減少混凝土的轉載次數和運輸時間。夏季施工應保證砼運輸能力和攪拌能力相匹配，以保證澆筑工作的連續性，以防止結構出現施工縫。

(3)氣溫較高時，經常測定混凝土坍落度的損失情況，以調整運輸、滯留時間及采取其他特殊措施，保證砼泵送入模的塌落度。

(4)運輸混凝土過程中以2～4r/min的速度慢速攪拌混凝土，嚴禁在運輸過程加水攪拌。在混凝土澆筑前應高速反向旋轉強力攪拌20～30s，如果有離析現象或塌落度損失過大的現象，在技術員和試驗員的指導下，加入減水劑，高速攪拌3分鐘以上達到施工要求后方可施工。處理后指標還是不符合要求的混凝土不得澆筑，必須退回攪拌站重新拌合。

5.2.4.3混凝土的澆筑

⑴夏期澆筑混凝土前，應作好充分準備，保證連續澆筑，砼從攪拌到澆筑不宜大于1.5小時。混凝土罐車在等待過程中，需要以2～4r/min的速度慢速攪拌混凝土。設專人測量混凝土的入模溫度，當入模溫度超過規范要求時應采取相應措施。

⑵當采用泵送施工時，在符合規范要求的同時，泵管布置應盡量縮短，并用麻袋或草衫包裹潤濕，降低混凝土的入模溫度。

⑶混凝土澆筑前應將模板或基底噴水潤濕，澆筑宜連續進行，施工中工作面不宜太大，嚴禁先澆筑混凝土等待時間太長，超過初凝時間形成施工縫。

⑷應加快混凝土的修整速度，修整時可用噴霧器噴少量水防止表面裂紋，但不準直接往混凝土表面灑水。

⑸當遇到大體積混凝土施工時，應盡量減少混凝土在高溫下暴露時間太長，降低入模溫度。避免模板和新澆混凝土受陽光直射，控制混凝土入模前模板和鋼筋的溫度以及附近的局部溫度，不超過40℃。

⑹大體積混凝土施工，混凝土澆筑應安排在氣溫較低的夜間施工，盡量安排在氣溫高的白天進行，也不能在早上澆筑以免氣溫升到最高時加劇混凝土內部溫升。

⑺混凝土入模溫度不得高于30℃，大體積混凝土入模溫度不得大于28℃。

⑻施工時在混凝土澆筑地，設專人對拌合物坍落度、含氣量、入模溫度等進行測定，不符合滿足要求的禁止入模。

⑼預應力混凝土箱梁夏期現澆施工，澆注時間不宜超過6h，最長不得超過混凝土的初凝時間。

2.2.5 混凝土的養護

2.2.5.1 養護期間溫度監測方案

⑴承臺溫度測量方案

承臺施工按大體積混凝土施工，為滿足混凝土內部溫度和表面溫度之差不大于15℃的規范要求，必須對混凝土內部溫度進行監測并根據混凝土內部與表面的溫差采取對應的降溫措施。

每個承臺布置四根外徑10mm、內徑6mm的中間空心的銅管。對于承臺高度為2.0m的管長1.2m，埋入混凝土內部1.1m；對于承臺高度為2.5m的管長1.4m，埋入混凝土內部1.3m；對于承臺高度為3.0m的管長1.7m，埋入混凝土內部1.6m；對于承臺高度為3.5m的管長1.9m，埋入混凝土內部1.8m；對于承臺高度為4.0m的管長2.2m，埋入混凝土內部2.1m。3＃管布置于承臺中央，1＃、2＃、4＃管距承臺邊緣1.0m。

每隔1小時用水銀溫度計插入銅管中測量混凝土內部溫度，詳細記錄測溫時間、各測點溫度、平均溫度、混凝土表面溫度以及記錄時大氣溫度。根據溫差制定降溫措施。

⑵實心墩溫度測量方案

對于雙柱墩，在澆筑混凝土時，在每個墩中心預埋外徑10mm、內徑6mm的中間空心的銅管，預埋深度為從墩頂往下至墩高的一半，墩頂露出10cm。

每隔1小時用水銀溫度計插入銅管中測量混凝土內部溫度，詳細記錄測溫時間、各測點溫度、平均溫度、混凝土表面溫度以及記錄時大氣溫度。根據溫差制定降溫措施。

⑶溫度監測資料是溫差控制措施的指導性資料，必須指定責任心強的人專門負責，記錄人員必須認真、如實記錄，必須按照測溫要求的頻率、測點等要求測量，不得漏測、估計。記錄資料是質量控制的重要資料，必須按資料管理辦法進行保管和存檔。

2.2.5.2 養護期間溫度控制方案

規范要求：混凝土養護期間，混凝土內部最高溫度不宜超過65℃，混凝土內部溫度和表面溫度之差、表面溫度與環境溫度之差不宜大于20℃（墩臺、梁體混凝土不宜大于15℃），養護用水溫度與混凝土表面溫度之差不得大于15℃。

為了有效控制溫差，必須制定科學的、合理的、可操作的溫控措施，并嚴格按照措施實施，確保溫差符合規范要求。

⑴混凝土澆筑完后，應及時對混凝土暴露面進行緊密覆蓋，盡量減少暴露時間，防止表面水分蒸發。及時用塑料薄膜包裹并定時撒水養護，暴露面的保護層混凝土初凝前，應卷起覆蓋物，用抹子搓壓表面至少二遍，使之平整后再次覆蓋。此時應注意覆蓋物不要直接接觸混凝土表面，直到混凝土終凝為止。

⑵塑料薄膜包裹包裹好后，立即注水，時刻保證墩身表面處于潮濕狀態，并排專人及時補水，保證塑料薄膜內表面應具有凝結水珠。由于水的比熱較大，白天外界溫度升高很快，水升溫較慢，晚上外界溫度降溫較快，而水降溫較慢，以此方法可以確保混凝土表面溫度與環境溫度之差不大于15℃。

⑶混凝土拆模后，在混凝土表面處于潮濕狀態時，迅速采用麻布 或草袋將墩頂暴露面混凝土覆蓋，用塑料薄膜將墩身表面包裹。包裹期間，塑料薄膜應完好無損，彼此搭接完整，內表面應具有凝結水珠。的灑水養護宜用自動噴水系統和噴霧器。濕養護應不間斷，不得形成干濕循環。

⑷采取潮濕養護措施，保持潮濕狀態不少于10天。側模松開后應自上而下澆水養護。

⑸墩身養護期間當遇到大風天氣，需要對迎風面提高灑水頻率，保證迎風面和背風面都處于潮濕狀態，避免迎風面因水分損失過大而產生表面收縮裂紋。

⑹養護用水必須采用拌合水或經試驗合格的水，養護用水溫度和混凝土表面溫度之差不得大于15℃。

⑺冷卻水管

為了降低大體積混凝土芯部溫度和表面溫度之差，保證溫差不大于15℃，在混凝土芯部預埋冷卻水管，根據溫度測量記錄和熱工計算，調整注水頻率和注水溫度，安排專人負責注水工作，保證按要求注水，不得隨意調整。

當混凝土覆蓋離墩底1m處的冷卻管時，開始往冷卻管中注水對混凝土進行降溫。當測得的混凝土芯部溫度和混凝土表面溫度之差快接近15℃時，重新注水。注水采用溫度較低的地下井水。

待通水冷卻全部結束后，采用同標號水泥砂漿封堵冷卻水管。

2.2.6 混凝土的拆模

⑴混凝土拆模時，混凝土芯部溫度和表層溫度之差、表層溫度和環境溫度之差不得大于20℃（墩臺、梁體芯部混凝土與表層混凝土之間、表層混凝土和環境之間的溫差均不得大于15℃）。

⑵混凝土內部開始降溫前不得拆模。

⑶大風或氣溫急劇變化時不宜拆模，如需拆模，應采取適當的夏季隔熱措施，防止混凝土產生過大的溫差應力。

⑷在溫度高或大風干燥氣候條件下，采取逐段拆模、邊拆邊蓋的工藝。

⑸拆模完成后，立即用塑料薄膜將墩身表面包裹。包裹期間，塑料薄膜應完好無損，彼此搭接完整，要及時注水保證薄膜內表面具有凝結水珠。

⑹拆模后潮濕養護時間要求保證和帶模養護時間之和不得小于10天。

參考文獻：

[1]《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》

[2]《鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準》

[3]《客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南》

溫濕度控制器范文3

論文關鍵詞：模糊控制,在線調整,溫度控制

1引言

高真空退火爐是對晶體進行退火處理的重要設備。通過不同溫度及其不同變化率下的退火處理可以消除晶體中的殘余應力、改善晶體性能，是晶體生產中非常重要的工藝過程，直接關系到產品的質量。這個過程要求爐溫按照指定的速度升溫，在給定的溫度T保溫一定時間t后，再按給定的速度升溫至溫度T，保溫一定時間t后，再按指定的速度降溫。由于高真空退火爐是一個特性參數隨爐溫變化而變化的被控對象，加熱方式與普通電爐不同：真空爐傳熱的傳熱途徑只有輻射，沒有傳導和對流，因此，高真空退火爐爐膛溫度具有分布不均勻、響應速度慢、工件溫度滯后嚴重、易出現較大超調量等特點。為使溫度均勻，常需布置多點加熱，因此要求溫控系統不僅能綜合協調全部熱源，而且能根據不同狀態自動調整控制參數，常規PID控制方法和單獨的模糊控制方法均難以滿足這種要求。本文針對上述特點，提出了一種在線參數自調整的模糊控制方案，不僅使溫度控制系統具有了良好的動態響應特性、較小的超調量和較高的穩態精度，同時也提高了控制系統對不同狀態的適應能力。根據本方案研制的控制器已在實際生產中得到應用，完全能夠滿足晶體退火工藝要求。

2模糊溫度控制器的設計

2.1基本原理

該模糊溫度控制器的結構如圖1所示。系統主要由基本模糊控制器、參數自調整機構和Bang-bang控制環節組成。在控制的初期階段，采用bang-bang控制作為引導控制，當誤差小于設定閾值時用系統進入模糊控制階段，在控制系統中，模糊量化因子K、K和輸出比例因子K對控制器的控制效果有較大影響。在控制過程中，由參數自調整機構根據誤差e和誤差變化率的不同，在線調整參數K、K和K的大小，實現了對輸入信號基本論域的在線調整，從而改善了控制系統的動、靜態性能，而且也使其自適應能力得到了提高。

圖1模糊控制器控制原理

2.2基本模糊控制器

以誤差e和誤差的變化作為輸入量，控制量的變化量u為輸出量，相應的模糊集為E，EC，U，其論域均定義為[-6,-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]；模糊語言變量均定義為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，分別表示負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。隸屬函數曲線均選為三角形。

通過總結實際溫度控制經驗，得到模糊規則表1。寫成49條模糊條件語句R：ifE為AandEC為BthenU為C。其中，A為誤差模糊子集，B為誤差變化模糊子集，C為輸出量模糊子集。

根據Mamdani推理方法求得模糊關系矩陣為：，則輸出C′為：C′＝,利用最大隸屬度法進行非模糊化，可得到精確的輸出值。

2.3自調整機構

溫濕度控制器范文4

關鍵詞：單片機；PLC；農業大棚；溫濕度

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0448-03

隨著生活水平的不斷提高，人們對蔬菜和瓜果的需求日益增加。為了滿足這一要求，采用農業大棚種植蔬菜和瓜果得到了廣泛推廣和應用。農業大棚中的作物生長需要滿足一定的環境條件，其中對作物生長影響最大的是環境溫度和濕度。在作物生長的不同階段，環境溫度和濕度應保持在一定范圍，才能滿足作物生長要求。因此對農業大棚溫度、濕度等環境參數進行監測和控制，使環境的溫度和濕度適合作物的生長，從而對提高作物的產量和品質具有重要的意義。

農業大棚控制系統目前大多采用計算機作為上位機和微控制器作為下位機相結合的方法[1]。下位機將采集到的數據經過處理后通過數據線傳送給上位機，由上位機實現對溫濕度的控制。采用這種結構的系統可以采集多點數據，因此可以對較大范圍內的作物環境進行溫濕度的監測與控制。為了實現大棚數據的多點采集以及提高系統的可靠性，設計了一種基于單片機和PLC的大棚溫濕度控制系統，該系統采用觸摸屏作為系統的人機交互界面。

1 系統的技術指標

1.1 系統功能

系統有自動和手動兩種工作模式，處于自動模式時，通過溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度，DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準脈沖信號輸出的溫濕度復合傳感器，具有單總線信號輸出、響應快、抗干擾能力強等優點[2]。各站點溫濕度傳感器采集的信號經過整形處理電路后傳送給站點單片機，站點單片機對數據進行優化處理后將數據通過串行通訊的模式傳輸給PLC[3]，控制器PLC發出命令給風機控制器和溫濕度調節裝置，實現大棚加濕、通風和溫度調節。

1.2 技術指標

S7-300 PLC（CPU314C-2DP）的工作電壓為直流24 V，Atmegal16L單片機工作電壓為直流5 V[4]，溫濕度傳感器DHT11的工作電壓為直流5 V。溫度檢測范圍為0～50 ℃，溫度控制誤差為±2 ℃；濕度檢測范圍為0%～90%RH，濕度誤差為±5%RH；溫濕度顯示方式為觸摸屏顯示，當系統采集到當前溫濕度參數低于下限值20%或超過上限設定值的20%時，人機界面HMI的報警指示燈開始閃爍。

2 系統硬件的設計

2.1 系統的組成原理

用戶可以通過人機界面參數設定I/O域輸入溫濕度的上下限值，也可以通過HMI觀測當前的數據參數，從而實現農業大棚環境設定和監視。處于自動模式時，控制器PLC系統根據當前環境設定的上下限值自動控制執行機構調節大棚內溫度和濕度，直到參數處于上下限定范圍內為止。系統處于手動模式時通過觸摸屏TP177B可手動控制執行機構[5]，實現對大棚環境參數的調節。

2.2 系統硬件的設計

系統的硬件部分主要由人機界面、執行控制器PLC、下位機單片機和執行機構4部分組成。傳感器檢測到的數據經過整形放大信號處理電路后，將數據傳給單片機[6]，單片機將接收到的數據進行D/A轉換后傳送給執行控制器S7-300 PLC，PLC根據編寫的程序輸出相應的指令實現對執行器的控制[7]，從而實現對大棚參數的調節（圖1）。

2.3 TP177B觸摸屏畫面

人機界面為西門子的TP177B觸摸屏，根據不同的生長季節和時期作物對生長環境的需求不同，通過觸摸屏可以設置大棚溫濕度的上下限參數，調整農作物生長的環境；通過人機界面顯示當前大棚的溫濕度實時參數，也可在TP177B上進行手動調節，通過風機、加溫器和噴霧加濕器調節大棚溫濕度（圖2、圖3）。觸摸屏參數的設定和顯示界面可以進行手動切換。

2.4 執行控制器S7-300 PLC

該系統的執行控制器PLC采用的是西門子S7-300 PLC（CPU314C-2DP），單片機實時采集DHT11發送的數據，經過D/A轉換，將溫濕度的模擬量發送給PLC，并通過人機界面TP177B顯示，PLC接收來自單片機或HMI的數據，經過程序處理后發出指令控制執行器調節農業大棚的環境參數。系統的電氣原理圖如圖4所示。

3 系統的軟件設計

系統軟件采用C語言設計，程序由主程序、數據采集程序、D/A轉換程序和輸出執行程序模塊構成（圖5）[8]。系統上電后，主程序先完成系統初始化，調用數據采集模塊讀取傳感器的數據，采集數據時，單片機通過連接DHT11數據的I/O口向傳感器發送一個不小于18 ms的低電平信號進行數據請求[9]，然后I/O口作為輸入等待傳感器的DATA數據，單片機采集到傳感器DHT11傳送的數據后對其進行D/A轉換，將得到的模擬量信號傳送給執行控制S7-300 PLC，然后繼續返回重新讀取數據，如此進行循環[10]。

4 小結

設計的農業大棚溫濕度控制系統可以對農業大棚環境的溫濕度進行實時監測和調節，系統的硬件為DTH11溫濕度傳感器、Atmegal16L單片機、S7-300 PLC和TP177B人機界面。傳感器分散式多點采集溫濕度參數，單片機為數據采集處理器，PLC為系統的執行和控制器，人機界面進行監測和調控。該系統安全、可靠、易于操作，控制效果良好，具有推廣價值。

參考文獻：

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[4] 馬 潮. AVR單片機嵌入式系統原理與應用實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[5] 廖常初. 西門子人機界面（觸摸屏）組態與應用技術[M].第二版. 北京：機械工業出版社，2010.

[6] 孫文志. PLC在大棚生產自動控制系統中的應用與實踐[J]. 安徽農業科學，2011，39（1）：471-472.

[7] 廖常初. S7-300/400 PLC應用技術[M]. 第二版.北京：機械工業出版社，2011.

[8] SALKINTZIS A K，NIE H，MATHIOPOULOS P T. ADC and DSP challenges in the development of software radio base stations[J]. IEEE Personal Communication，1999，6（4）：47-55.

溫濕度控制器范文5

材料準備

Arduino控制器，溫濕度傳感器 DHT11， 舵機 DSS M15，杜邦線若干。

溫濕度傳感器是溫度指示器的感應元件。因為筆者地處南方地區，本次制作采用DHT11溫濕度傳感器，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。傳感器可通過3P數字線直插Arduino控制器，Arduino控制器可以通過屏幕實時顯示該傳感器的讀數變化，其溫度感應范圍為0～50℃。北方地區的讀者可以采用探測范圍更大的DHT22溫濕度傳感器，其溫度感應范圍為-40～80℃。

溫度指示器選用 DSS M15舵機作為指示部件，它的舵盤的旋轉角度可達180°。

制作過程

1. 首先，我們要為溫度指示器制作一個外殼。可以選用一些小型的廢棄包裝盒作為外殼，然后用畫筆在盒子上畫出溫度指示范圍。根據舵盤的旋轉角度范圍，溫度指示范圍設計為一個半圓，均分成6等分，指示范圍標注為-10～50℃。

2. 設計好外殼后，要把舵機裝在外殼里面。安裝前在半圓的圓心處開一個小孔，把舵機上的舵盤拆下，將舵機的傳動軸從小孔中穿過去。由于舵機的傳動軸較短，所以選取的外殼不宜太厚，以免影響舵機的正常運行。

3. 接下來我們要完成的就是整個溫度指示器的核心部分。將溫濕度傳感器和舵機用杜邦線連接到Arduino控制器上，電路連接圖如圖3- 1、圖3- 2所示。

4. 用硬紙板剪一枚指針，用雙面膠固定到舵盤上。最后將Arduino控制器封到盒子里，將溫濕度傳感器DHT11用雙面膠固定在外殼上方，給Arduino控制器接上電源（電壓范圍為5～12V的直流電源適配器）。至此就完成了硬件的所有制作，接下來是編寫驅動程序。

程序編寫

驅動程序使用Arduino IDE開發平臺來編寫。在編寫溫度指示器的代碼之前，需要先導入兩個頭文件――舵機的庫文件 Servo.h 和溫濕度傳感器的頭文件 DHT.h。舵機的庫文件 Servo.h是Arduino標準庫頭文件庫，如圖5所示，圖中表示文件庫中已經有包含舵機的庫文件。

溫濕度傳感器的頭文件DHT.h從下面的鏈接中下載：http：//.cn/index.php/（SKU：DFR0067）DHT11%E6%95%B0%E5%AD%97%E6%B8%A9%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8_V2。

下載后將它解壓縮到Arduino安裝路徑下的libraries中，如圖6所示。

程序代碼的運行原理是先通過溫濕度傳感器DHT11采集到模擬值，通過Arduino控制器的模擬口A2（管腳2）輸入，將模擬值通過變換公式轉換為舵盤的指示角度，從而控制指針旋轉到相應的位置。這里會有一個映射關系，將溫度值映射到相應的舵盤旋轉角度值。

具體代碼如下：

#include //導入伺服電機頭文件

#include //導入溫濕度傳感器頭文件

Servo myservo； // 定義一個伺服電機的對象

DHT dht； // 定義另一個溫濕度的對象

void setup（）

{

dht.setup（2）； // 設置管腳2接受溫度信號

myservo.attach（9）； //設置管腳9輸出伺服電機控制信號

}

void loop（）

{

float temperature = dht.getTemperature（）； //讀取溫度信號

myservo.write（180-（temperature+10）*3）； //根據溫度信號輸出伺服電機的偏轉角，最大偏轉角為180°

溫濕度控制器范文6

關鍵詞：煙葉烘干窯；模糊控制；溫濕度值；智能控制

1 引言

傳統的煙草烘干方式，是將待烘干的鮮煙葉放入相應的烘干設備，之后通過人工控制調節的方式實現設備溫度濕度保持在一定范圍內，以保證煙草的烘干質量。隨著人們對制煙流程認識的不斷加深，人們認識到煙葉烘干過程中溫濕度的控制精度對煙草的質量有著重要的影響，同時隨著信息技術的不斷發展，人們開始利用自動控制方式代替傳統的人工控制方式，大大提高了煙草烘干的質量。近年來，基于對煙草烘干過程的長期研究，研究人員已經得到了煙草烘烤的專家曲線，即煙草烘烤過程中的溫濕度隨時間變化的最佳曲線，因此為了進一步提高煙草烘干質量，設計一套煙葉烘干窯自動控制系統十分必要。

2 系統的總體結構設計

該煙葉烘干窯的自動控制系統的總體設計主要從硬件設計和軟件設計這樣兩大部分來進行的。具體的總體設計結構框圖如圖1所示。

從總體結構框圖我們可以看出整個系統是由微控制器模塊、數據采集模塊、執行機構模塊以及電路模塊這樣幾大部分所組成的。其中，根據系統所需完成的功能，電路模塊主要包括電源模塊、按鍵輸入模塊以及顯示模塊；數據采集模塊主要包括溫度采集和濕度采集這樣兩大部分；執行機構模塊主要是由風機控制、發熱管控制、換風擋板控制以及噴濕閥控制這樣幾大部分所組成。

3 控制系統硬件結構設計

本系y主要基于模糊控制理論，根據用戶對溫濕度的設定，實現烤煙窖內的溫濕度的精確控制。通過對發熱絲及噴濕閥的控制可以實現對溫度與濕度的調節，同時通過對換氣擋板和風機的控制，可以通過對窖內空氣流動的調節，實現溫濕度更精確的控制。在本系統的控制電路中，噴濕閥和風機采用繼電器實現開關式的控制方式，發熱絲采用IR2130驅動IGBT實現不同加熱電流的控制，而換氣擋板通過步進電機轉到角度的控制實現擋板位置的調整。具體的總的硬件結構框圖如圖2所示。

3.1 微控制器模塊設計

本系統中選用美國TI公司生產的超低功耗16位微處理芯片MSP430F250，MSP430系列的單片機將大量外設模塊整合到片內，非常適合單片系統的設計與開發。MSP430F250是該系列中一款較常用的產品，它的工作電壓典型值為3.3V，最低電壓可以低至1.8V。

3.2 電路模塊設計

在實際煙葉的烘烤過程中，操作人員需要對烤窖內的溫濕度信息進行設備，因此本系統還需要設計人機交互模塊，主要可以分為電源模塊、按鍵模塊以及液晶顯示模塊三大部分。

3.3 數據采集模塊設計

精確的溫濕度控制是建立在精準的溫濕度測量的基礎上，因此提高烤窯內溫濕度的測量精度至關重要。本系統采用美國模擬器件公司的AD590作為烤窯內的溫度傳感器，其作為IC化的溫度感測器，能夠將環境溫度轉換為數字電流。本系統中將AD590與一個5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接了一個1kΩ的恒值電阻，此時電阻上流過的電流將和環境溫度成正比，環境溫度每增加1℃，電阻兩端電壓增加1mV，即AD590輸出電流增加1μA。

濕度的測量采用線性電壓輸出式集成濕度傳感器HM1500，該傳感器可靠性高、長期穩定性好，適用于3V～7V電壓供電。采用Humirel專利濕敏電容HS1101設計制造，帶防護棒式封裝，線性電壓輸出濕度傳感器HM1500是用HS1101做成的電壓輸出模塊，高可靠性與長期穩定性，在5VDC供電時，0～100%RH對應輸出1～4VDC線性電壓，溫度依賴性非常低，采用三線制的連接，電路非常簡單，引線的不同顏色分別為：白色為地線，藍色為電源線，黃色為輸出線。

3.4 執行機構模塊設計

當烤煙窖內的濕度低于設定值時，需打開噴濕閥門，當濕度高于設定值時，則必須關閉噴濕閥門，此外，當需要加快窖內的氣體流動時，要打開風機。這些操作需要控制繼電器的閉合與斷開。本系統采用電磁繼電器作為噴濕閥門和風機的控制元件。由于控制節點上的微控制器MSP430的I/O口的輸出電流較小，不能直接驅動繼電器電路，需要加驅動電路。考慮到繼電器可能會出現反向電壓的現象，采用能耐高反向電壓的三極管作為驅動元件，繼電器選用12V的JZX-18F小型電磁繼電器，最大工作電流為3A，具有體積小、動作迅速等特點。

在整個系統中，對電熱絲進行控制是最為重要的部分，因為該部分設計的好壞與控制直接影響和關系到煙葉烘干的質量。電熱絲的控制，筆者采取的是利用脈寬調制的方式通過對IGBT的通斷進行控制，從而來對電熱絲進行相應的通斷控制的，經實驗證明，通過借助于模糊PID模塊的控制，從而可以達到對烘干窯內的溫度能夠起到一個非常控制好的效果。

4 模糊PID控制

模糊-PID控制是一種將PID控制以及模糊控制兩種優點進行相互結合而成的控制器，通過對溫度控制系統的具體研究，筆者發現，如果是在溫度變化速度比較快的情況下可以直接利用PID來進行相應的控制，當溫度進入到較為穩定的狀態時，也就是指當實際的溫度和先前所設定的溫度值比較接近時，此時模糊控制便才起作用。

根據前面的介紹我們可以知道模糊PID控制比較適合溫度控制的過程。模糊PID控制器是建立在常規的PIS控制器的基礎上，根據反饋的偏差e和偏差的變化率ec對PID控制器進行實時修正，從而實現更優秀的控制。作為典型的溫度控制系統，本系統也具有較大的滯后性和非線性等特點，因此采用模糊PID控制這種具有互補特性的控制機制可以很好的兼顧模糊控制和PID控制兩者的優點，從而實現對系統的更好的控制。

5 總結

筆者通過對煙葉烘干技術的學習以及煙廠的實地調研，得到了煙葉烘干的相關技術資料，并針對溫濕度對煙葉烘烤的影響進行了分析。結合實際的煙葉烘干工藝與設備，本文設計了一套基于MSP430F250單片機的煙葉烘干窯自動控制系統，利用模糊PID控制實現了煙葉烘干窯內溫濕度的精準控制，大大提高了煙葉烘干的工藝水平。

參考文獻

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