温湿度控制器范例6篇

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温湿度控制器

温湿度控制器范文1

【关键词】STM32F0xx；温湿度控制；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

在电力系统中，供电可靠性要求很高。汇控柜、开关柜等供配电设备工作环境的温度、湿度是影响设备安全可靠运行的重要因素。高温会加速电子元器件老化；低温、潮湿环境会使设备表面凝露，降低绝缘性能，增加了爬电、闪络等事故发生的可能性[1]。

本文介绍了一种基于STM32F0xx的智能温湿度控制器的硬件设计及软件实现方法，该控制器可实现控制柜内温湿度控制和控制柜外温湿度显示；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制，满足设备智能化及网络化的发展需求。

1 硬件电路设计

本控制器以STM32F030F4为核心控制单元，系统外扩串行EEPROM为24C02，容量256字节，地址范围为0x0000～0x00FF，能够满足系统参数的实时存取；控制器包含两个4位数码管、5个状态指示LED、四个设置按键，具有手动启停功能；采用AM2301数字温湿度传感器，可同时实现对环境温度、湿度的控制；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制。

1.1 主控制器设计

图2所示为STM32F030F4电路，该MCU内核为ARM 32-bit Cortex-M0，工作电源电压2.4V～3.6V，最高工作温度85℃，最低工作温度-40℃，20个引脚，15个I/O输入输出端口，接口类型包含I2C、SPI、UART等，CPU最高频率48MHz，16K字节Flash，4K字节RAM，5个16位定时器，1个12位ADC，16个A/D通道[2]。

路

1.2 数字温湿度采集模块

AM2301湿敏电容数字温湿度模块是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，采用单总线接口，具有体积小，功耗低等优点。

由于AM2301采用单总线通信方式，接受指令和输出温湿度数据通过一根线完成，为了提高系统的抗干扰性，AM2301与MCU之间采用TLP118高速光耦合器隔离，如图3所示。其中V1、V2为肖特基二极管。

图3 TLP118光电耦合隔离电路

1.3 数字温湿度显示模块

控制器采用TM1638驱动控制两排共阴极数码管，TM1638管脚功能如表1所示：

控制器具有上下两排4位共阴极数码管，上排数码管第一位显示温度正负、后3位显示温度值，下排数码管后3位显示湿度值，如果两路温湿度传感器均启用，则每隔3秒，切换温湿度测量通道，轮流显示。

控制器设置手动/自动按键、设置按键、减少按键、增加按键四个按键，分别对应芯片引脚K1，K2和KS1，KS2组成的键矩阵。键扫数据储存地址如图4所示。

装置共设置9个参数设置界面，显示界面与参数对应关系如表2所示。

注：回路1排风扇控制回路、回路2加热器控制器回路

按下设置按键即可进入参数设置界面，通过加、减键调整值的大小，调整好参数值再次按下设置键保存，若调整参数值后十秒内没有按下设置键，则不保存设定值并返回温湿度显示界面。

1.4 温湿度控制策略

结合工程实际需求和应用，制定了一下温湿度控制策略。

启动排风：当系统获取的环境温度高于温度控制回路1启控值，启动排风。

停止排风：当系统获取的环境温度低于温度控制回路1启控值与温度控制回路1停控回差值之差时，停止排风。

启动加热：当系统获取的环境温度低于温度控制回路2启控值时，启动加热；当系统获得的环境湿度大于湿度控制回路2启控值且环境温度不高于温度控制回路1启控值，启动加热。

停止加热：当系统获得的环境温度大于温度控制回路2启控值与温度控制回路2停控回差值之和时，停止加热。

2 软件设计方法

系统软件主函数主要是由软件抗干扰模块，系统初始化模块，主循环模块组成。图5为主函数流程图。

3 Modbus通信

结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现温湿度采集数据及设备状态参数的远传，通信接口为2线制半双工RS-485接口，波特率为9.6Kbps，8位数据位，1位停止位，无校验位和无流控。

该装置支持Modbus RTU协议的04和06命令。04（0x04）为读输入寄存器功能码，使用该功能码能够从一个远程设备中读取1～125个连续输入寄存器。06（0x06）为写单个寄存器功能码，使用该功能码能够在一个远程设备中写单个保持寄存器。同时，Modbus RTU协议还支持差错码0x86、异常码01（功能码错误）、异常码02（输出地址错误）、异常码03（输出数据错误）和异常码04（从设备忙），采用CRC校验方式。

Modbus寄存器状态地址分配如表3所示。

（上接第60页）4 结束语

在实际应用中，通过温湿度传感器采集汇控柜、开关柜等供配电设备柜体内外的温湿度数据，经MCU处理后输出继电器控制信号，再通过继电器加热器和风扇启停。

实践表明，以此方法设计的智能温湿度控制器方便应用，抗电磁干扰性能强，结合RS-485总线技术和上位机软件可方便的实现柜体内温湿度控制及远程查看。

【参考文献】

[1]方严，王晓明.一种智能温湿度控制器的设计[J].器件与设备，2006.

温湿度控制器范文2

关键词：AD7416；鸡舍温度控制器；测量；保存；报警

中图分类号： TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-04-0278-2

0 引言

随着科学技术的飞速发展，现代化养鸡对温度控制要求也越来越高。而传统的测温电路，其精度比较低，电路也比较复杂，要求工人工作主动性比较高，智能性较差，同时需要进行温度的校准、补偿，并且体积较大，使用不方便，在很大程度上影响了现代化养鸡现场温度控制的实际需要。为满足现代化养鸡的需要，设计出数字温度测量、保存、控制温度系统已经是很迫切的问题之一。

1 总体方案设计

温度检测系统有其共同的特点：环境复杂、布线分散、现场离监控室较远等。若采用一般温度传感器采集信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。然而，由于鸡舍环境比较复杂，各种因素会造成检测系统较大的偏差；信号传输距离远及各种干扰影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。那么如何解决现代化养鸡舍的这些问题，就成为了本系统设计的难点和重点。

1.1 方案选择

设计方案一：利用DS18B20和单片机完成实时温度检测系统的设计。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。但是在恶劣的环境下其受到的影响较大，出现检测精度不高，容易受到干扰的毛病。

设计方案二：利用AD7416和单片机完成实时温度检测系统的设计。

在温度测量系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样后进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采取措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片AD7416进行温度测量，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多电路。切该芯片的物理化学性质很稳定，能用作工业测温元件。AD7416的最大特点之一，就是采用了I2C总线进行数据传输，由数字温度测量芯片AD7416和AT89C51构成的温度测量装置，直接输出数字信号。这样，测温系统的结构就比较简单，轻松组建传感器网络。

综上所述，选择设计方案二。

2 温度控制器系统硬件设计与实现

2.1 AD7416的概述及应用

AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包括温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25℃，量化间隔的数字信号。用数字温度传感器AD7416设计各种控制系统，体积小、功耗低、编程简单操作方便。芯片带有自动比较、可编程控制输出端OTI，另外，AD7416功耗低，可以编程控制工作与休眠状态的切换，在低功耗系统设计中也有广泛应用。

该设计用到的温堪检测芯片为 AD7416。AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包含有带隙温度传感器和10位模数传感器，具有8引脚SO-8和RM-8封装形式。测温分辨率可达0.25℃可以进行高/低温度门限的设置，具有l2C总线接口等特点,是LM75的升级替代产品。

AD7416 可进行该多级联8片芯片，组成多回路温度检测系统。测量温度范围为-55℃～+125℃。现场温度直接以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2 AD7416接口应用

系统中AD7416部分硬件原理图如图1所示，A2、A1、A0接低电平，在八位地址中，高四位为1001表示选中7416，次三位为A2、A1、A0表示的地址，最低位表示读写，所以应用中AD7416 的写地址为10010010B，读地址为10010011B。本例中仅使用AD7416进行测量温度，OTI悬空，没有利用。串行时钟、数据总线对应连接处理器的时钟、数据总线端口。

2.3 主控电路设计

本系统选用STC89C51，可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其他51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等。

2.4 报警硬件电路设计

任何系统在设计时，都必须考虑到系统不能按照人们预期的模式工作时，怎样才能提醒操作人员。通常情况下设计者会考虑使用蜂鸣器或者发光二极管，该设计采用发光二极管来提示操作人员，系统采集到的实时温度已超出所设定的高低温门限值系统报警电路图。

当系统正常工作时，LED3被点亮，说明AD716采集到的实时温度在高低门限值之间。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时温度超出程序所设定的高温门限时，LEDI被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要开启风机。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时度超出程序所设的低门限值时，LED2被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要给炉子加煤提高鸡舍内温度。

3 温度控制器系统软件设计与实现

单片机的程序设计有其自身的特点.。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。

软件程序的设计是根据硬件电路圈的连接和各个元器件的功能进行设计。编写软件时，可以根据各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。该设计按整体功能可分成多个不同的模块，有主程序、定时器中断服务子程序、温度采样子程序、显示子程序等模块。然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。

3.1 主程序部分

该软件设计的主要思想是首先把温度传感器采集出来的模拟信号转换为数字信号，然后再将该数信号送往8位7段LED 进行显示。根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行系统流程图的设计，首先我们要解决的是系统主流程图的设计，下面就对系统主程序进行详细介绍。系统主流程图如图1所示：

图1

3.2 定时器设计

单片机上电复位后，首先进行系统初始化，如对定时器T0、数字温度芯片AD741进行初始化。初始化完成后，调用显示子程序进行显示；调用键盘扫描子程序判断是否有按键按下；判断10秒定时标志位是否置位，未置位则继续显示当前温度值；置位则调用温度采样子程序进行温段采集和数据处理，同时将10秒定时标志位清零。

STC89S51芯片内含有两个可编程定时器/计数器，分别称为定时器/计数器 0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数器结构，分别由THo(地址8CH)和TLo (8AH)及THI(8DH)和TLI(8DH)两个8位计数器组成。这四个计数器属专业计数器之列。

定时功能是通过计数器的计数来实现的，定时器的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期定时器加1，而一个机器周期等于12个振荡脉冲周期。所以，定时器的计数频率为晶振频率的1/12。以l2MHz为例，计数频率为lMHz, 即每微秒计数器加1。

程序如下：

void t0_int() interrupt 1 using 1

{ TH0 = def_th0;

TL0 = def_tl0;

t1ms_cnt1++;

dis_cnt++;

readdata_time++;

………………………….

3.3 用户使用

根据鸡舍温度的环境需要，用户可以通过控制器的按键对一些参数进行调节，如采样时间，高低温报警温度等。鸡舍温度控制器通过设置好的参数实现现场采集温度，保存温度实现了对鸡舍温度的监测，控制。如图2所示。

图2

4 结束语

本课题研究的根本思想是硬件电路的搭建和软件的编程思想，由理论来指导实践.并从实践中完善理论。本次设计以数字温度芯片AD7416和单片机STC89C51构成数字温度测量系统，以数字温度芯片的高集成化来简化系统的复杂性；以单片机较强的处理问题的能力来优化系统的快速性，从而使得其应用领域也在迅速扩大。

通过对系统的深入认识后，可以知道温度测量装置性能的优劣要取决于采用的传感器元件和处理电路的性能。过去多采用单片的温度传感器，例如Pt100、AD590，这些芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须要经过A/D转换后才可以被处理器识别。而且没有数字通信和网络功能。这使得温度测量系统的硬件结构比较复杂。而AD7416智能数字温度传感器称积小、数字化、精度高、接线简单，可以在多种温度测量场合代替传统的温度传感器，因此采用数字温度传感器AD7416和处理芯片STC89S51具有良好的技术指标，从而实现对鸡舍温度的采样、处理及控制。

参考文献

[1] 李广弟.单片机基础[M].北京：北苁航空航天大学出版社,

2001.

[2] 罗四维.传感器应用电路详解[M].北京：电子工业出版社,

1993.

[3] 黄智伟.数字温度传感器的设计[J].传感器技术,2002,

21(9):31-33.

[4] 严天峰.AD7416数字温度传感器及其应用[J].电子世界,

温湿度控制器范文3

论文关键词：模糊控制,在线调整,温度控制

1引言

高真空退火炉是对晶体进行退火处理的重要设备。通过不同温度及其不同变化率下的退火处理可以消除晶体中的残余应力、改善晶体性能，是晶体生产中非常重要的工艺过程，直接关系到产品的质量。这个过程要求炉温按照指定的速度升温，在给定的温度T保温一定时间t后，再按给定的速度升温至温度T，保温一定时间t后，再按指定的速度降温。由于高真空退火炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，加热方式与普通电炉不同：真空炉传热的传热途径只有辐射，没有传导和对流，因此，高真空退火炉炉膛温度具有分布不均匀、响应速度慢、工件温度滞后严重、易出现较大超调量等特点。为使温度均匀，常需布置多点加热，因此要求温控系统不仅能综合协调全部热源，而且能根据不同状态自动调整控制参数，常规PID控制方法和单独的模糊控制方法均难以满足这种要求。本文针对上述特点，提出了一种在线参数自调整的模糊控制方案，不仅使温度控制系统具有了良好的动态响应特性、较小的超调量和较高的稳态精度，同时也提高了控制系统对不同状态的适应能力。根据本方案研制的控制器已在实际生产中得到应用，完全能够满足晶体退火工艺要求。

2模糊温度控制器的设计

2.1基本原理

该模糊温度控制器的结构如图1所示。系统主要由基本模糊控制器、参数自调整机构和Bang-bang控制环节组成。在控制的初期阶段，采用bang-bang控制作为引导控制，当误差小于设定阈值时用系统进入模糊控制阶段，在控制系统中，模糊量化因子K、K和输出比例因子K对控制器的控制效果有较大影响。在控制过程中，由参数自调整机构根据误差e和误差变化率的不同，在线调整参数K、K和K的大小，实现了对输入信号基本论域的在线调整，从而改善了控制系统的动、静态性能，而且也使其自适应能力得到了提高。

图1模糊控制器控制原理

2.2基本模糊控制器

以误差e和误差的变化作为输入量，控制量的变化量u为输出量，相应的模糊集为E，EC，U，其论域均定义为[-6,-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]；模糊语言变量均定义为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。隶属函数曲线均选为三角形。

通过总结实际温度控制经验，得到模糊规则表1。写成49条模糊条件语句R：ifE为AandEC为BthenU为C。其中，A为误差模糊子集，B为误差变化模糊子集，C为输出量模糊子集。

根据Mamdani推理方法求得模糊关系矩阵为：，则输出C′为：C′＝,利用最大隶属度法进行非模糊化，可得到精确的输出值。

2.3自调整机构

温湿度控制器范文4

关键词：单片机；PLC；农业大棚；温湿度

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）02-0448-03

随着生活水平的不断提高，人们对蔬菜和瓜果的需求日益增加。为了满足这一要求，采用农业大棚种植蔬菜和瓜果得到了广泛推广和应用。农业大棚中的作物生长需要满足一定的环境条件，其中对作物生长影响最大的是环境温度和湿度。在作物生长的不同阶段，环境温度和湿度应保持在一定范围，才能满足作物生长要求。因此对农业大棚温度、湿度等环境参数进行监测和控制，使环境的温度和湿度适合作物的生长，从而对提高作物的产量和品质具有重要的意义。

农业大棚控制系统目前大多采用计算机作为上位机和微控制器作为下位机相结合的方法[1]。下位机将采集到的数据经过处理后通过数据线传送给上位机，由上位机实现对温湿度的控制。采用这种结构的系统可以采集多点数据，因此可以对较大范围内的作物环境进行温湿度的监测与控制。为了实现大棚数据的多点采集以及提高系统的可靠性，设计了一种基于单片机和PLC的大棚温湿度控制系统，该系统采用触摸屏作为系统的人机交互界面。

1 系统的技术指标

1.1 系统功能

系统有自动和手动两种工作模式，处于自动模式时，通过温湿度传感器DHT11采集温湿度，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准脉冲信号输出的温湿度复合传感器，具有单总线信号输出、响应快、抗干扰能力强等优点[2]。各站点温湿度传感器采集的信号经过整形处理电路后传送给站点单片机，站点单片机对数据进行优化处理后将数据通过串行通讯的模式传输给PLC[3]，控制器PLC发出命令给风机控制器和温湿度调节装置，实现大棚加湿、通风和温度调节。

1.2 技术指标

S7-300 PLC（CPU314C-2DP）的工作电压为直流24 V，Atmegal16L单片机工作电压为直流5 V[4]，温湿度传感器DHT11的工作电压为直流5 V。温度检测范围为0～50 ℃，温度控制误差为±2 ℃；湿度检测范围为0%～90%RH，湿度误差为±5%RH；温湿度显示方式为触摸屏显示，当系统采集到当前温湿度参数低于下限值20%或超过上限设定值的20%时，人机界面HMI的报警指示灯开始闪烁。

2 系统硬件的设计

2.1 系统的组成原理

用户可以通过人机界面参数设定I/O域输入温湿度的上下限值，也可以通过HMI观测当前的数据参数，从而实现农业大棚环境设定和监视。处于自动模式时，控制器PLC系统根据当前环境设定的上下限值自动控制执行机构调节大棚内温度和湿度，直到参数处于上下限定范围内为止。系统处于手动模式时通过触摸屏TP177B可手动控制执行机构[5]，实现对大棚环境参数的调节。

2.2 系统硬件的设计

系统的硬件部分主要由人机界面、执行控制器PLC、下位机单片机和执行机构4部分组成。传感器检测到的数据经过整形放大信号处理电路后，将数据传给单片机[6]，单片机将接收到的数据进行D/A转换后传送给执行控制器S7-300 PLC，PLC根据编写的程序输出相应的指令实现对执行器的控制[7]，从而实现对大棚参数的调节（图1）。

2.3 TP177B触摸屏画面

人机界面为西门子的TP177B触摸屏，根据不同的生长季节和时期作物对生长环境的需求不同，通过触摸屏可以设置大棚温湿度的上下限参数，调整农作物生长的环境；通过人机界面显示当前大棚的温湿度实时参数，也可在TP177B上进行手动调节，通过风机、加温器和喷雾加湿器调节大棚温湿度（图2、图3）。触摸屏参数的设定和显示界面可以进行手动切换。

2.4 执行控制器S7-300 PLC

该系统的执行控制器PLC采用的是西门子S7-300 PLC（CPU314C-2DP），单片机实时采集DHT11发送的数据，经过D/A转换，将温湿度的模拟量发送给PLC，并通过人机界面TP177B显示，PLC接收来自单片机或HMI的数据，经过程序处理后发出指令控制执行器调节农业大棚的环境参数。系统的电气原理图如图4所示。

3 系统的软件设计

系统软件采用C语言设计，程序由主程序、数据采集程序、D/A转换程序和输出执行程序模块构成（图5）[8]。系统上电后，主程序先完成系统初始化，调用数据采集模块读取传感器的数据，采集数据时，单片机通过连接DHT11数据的I/O口向传感器发送一个不小于18 ms的低电平信号进行数据请求[9]，然后I/O口作为输入等待传感器的DATA数据，单片机采集到传感器DHT11传送的数据后对其进行D/A转换，将得到的模拟量信号传送给执行控制S7-300 PLC，然后继续返回重新读取数据，如此进行循环[10]。

4 小结

设计的农业大棚温湿度控制系统可以对农业大棚环境的温湿度进行实时监测和调节，系统的硬件为DTH11温湿度传感器、Atmegal16L单片机、S7-300 PLC和TP177B人机界面。传感器分散式多点采集温湿度参数，单片机为数据采集处理器，PLC为系统的执行和控制器，人机界面进行监测和调控。该系统安全、可靠、易于操作，控制效果良好，具有推广价值。

参考文献：

[1] 陈书欣，马洪涛，刘玺. 智能温室大棚系统设计[J]. 河北工业科技，2011（7）：241-243.

[2] 王文成，常发亮. 温室大棚温湿度无线测控系统[J].仪表技术与传感器，2011（3）：98-103.

[3] 闫虎民，张永飞. PLC控制系统中模拟量采样的数字滤波算法研究[J]. 机电产品开发与创新，2007（7）：136-137.

[4] 马潮. AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[5] 廖常初. 西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术[M].第二版. 北京：机械工业出版社，2010.

[6] 孙文志. PLC在大棚生产自动控制系统中的应用与实践[J]. 安徽农业科学，2011，39（1）：471-472.

[7] 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术[M]. 第二版.北京：机械工业出版社，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.

温湿度控制器范文5

材料准备

Arduino控制器，温湿度传感器 DHT11，舵机 DSS M15，杜邦线若干。

温湿度传感器是温度指示器的感应元件。因为笔者地处南方地区，本次制作采用DHT11温湿度传感器，它包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。传感器可通过3P数字线直插Arduino控制器，Arduino控制器可以通过屏幕实时显示该传感器的读数变化，其温度感应范围为0～50℃。北方地区的读者可以采用探测范围更大的DHT22温湿度传感器，其温度感应范围为-40～80℃。

温度指示器选用 DSS M15舵机作为指示部件，它的舵盘的旋转角度可达180°。

制作过程

1. 首先，我们要为温度指示器制作一个外壳。可以选用一些小型的废弃包装盒作为外壳，然后用画笔在盒子上画出温度指示范围。根据舵盘的旋转角度范围，温度指示范围设计为一个半圆，均分成6等分，指示范围标注为-10～50℃。

2. 设计好外壳后，要把舵机装在外壳里面。安装前在半圆的圆心处开一个小孔，把舵机上的舵盘拆下，将舵机的传动轴从小孔中穿过去。由于舵机的传动轴较短，所以选取的外壳不宜太厚，以免影响舵机的正常运行。

3. 接下来我们要完成的就是整个温度指示器的核心部分。将温湿度传感器和舵机用杜邦线连接到Arduino控制器上，电路连接图如图3- 1、图3- 2所示。

4. 用硬纸板剪一枚指针，用双面胶固定到舵盘上。最后将Arduino控制器封到盒子里，将温湿度传感器DHT11用双面胶固定在外壳上方，给Arduino控制器接上电源（电压范围为5～12V的直流电源适配器）。至此就完成了硬件的所有制作，接下来是编写驱动程序。

程序编写

驱动程序使用Arduino IDE开发平台来编写。在编写温度指示器的代码之前，需要先导入两个头文件――舵机的库文件 Servo.h 和温湿度传感器的头文件 DHT.h。舵机的库文件 Servo.h是Arduino标准库头文件库，如图5所示，图中表示文件库中已经有包含舵机的库文件。

温湿度传感器的头文件DHT.h从下面的链接中下载：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。

下载后将它解压缩到Arduino安装路径下的libraries中，如图6所示。

程序代码的运行原理是先通过温湿度传感器DHT11采集到模拟值，通过Arduino控制器的模拟口A2（管脚2）输入，将模拟值通过变换公式转换为舵盘的指示角度，从而控制指针旋转到相应的位置。这里会有一个映射关系，将温度值映射到相应的舵盘旋转角度值。

具体代码如下：

#include //导入伺服电机头文件

#include //导入温湿度传感器头文件

Servo myservo； // 定义一个伺服电机的对象

DHT dht； // 定义另一个温湿度的对象

void setup（）

{

dht.setup（2）； // 设置管脚2接受温度信号

myservo.attach（9）； //设置管脚9输出伺服电机控制信号

}

void loop（）

{

float temperature = dht.getTemperature（）； //读取温度信号

myservo.write（180-（temperature+10）*3）； //根据温度信号输出伺服电机的偏转角，最大偏转角为180°

温湿度控制器范文6

关键词：烟叶烘干窑；模糊控制；温湿度值；智能控制

1 引言

传统的烟草烘干方式，是将待烘干的鲜烟叶放入相应的烘干设备，之后通过人工控制调节的方式实现设备温度湿度保持在一定范围内，以保证烟草的烘干质量。随着人们对制烟流程认识的不断加深，人们认识到烟叶烘干过程中温湿度的控制精度对烟草的质量有着重要的影响，同时随着信息技术的不断发展，人们开始利用自动控制方式代替传统的人工控制方式，大大提高了烟草烘干的质量。近年来，基于对烟草烘干过程的长期研究，研究人员已经得到了烟草烘烤的专家曲线，即烟草烘烤过程中的温湿度随时间变化的最佳曲线，因此为了进一步提高烟草烘干质量，设计一套烟叶烘干窑自动控制系统十分必要。

2 系统的总体结构设计

该烟叶烘干窑的自动控制系统的总体设计主要从硬件设计和软件设计这样两大部分来进行的。具体的总体设计结构框图如图1所示。

从总体结构框图我们可以看出整个系统是由微控制器模块、数据采集模块、执行机构模块以及电路模块这样几大部分所组成的。其中，根据系统所需完成的功能，电路模块主要包括电源模块、按键输入模块以及显示模块；数据采集模块主要包括温度采集和湿度采集这样两大部分；执行机构模块主要是由风机控制、发热管控制、换风挡板控制以及喷湿阀控制这样几大部分所组成。

3 控制系统硬件结构设计

本系y主要基于模糊控制理论，根据用户对温湿度的设定，实现烤烟窖内的温湿度的精确控制。通过对发热丝及喷湿阀的控制可以实现对温度与湿度的调节，同时通过对换气挡板和风机的控制，可以通过对窖内空气流动的调节，实现温湿度更精确的控制。在本系统的控制电路中，喷湿阀和风机采用继电器实现开关式的控制方式，发热丝采用IR2130驱动IGBT实现不同加热电流的控制，而换气挡板通过步进电机转到角度的控制实现挡板位置的调整。具体的总的硬件结构框图如图2所示。

3.1 微控制器模块设计

本系统中选用美国TI公司生产的超低功耗16位微处理芯片MSP430F250，MSP430系列的单片机将大量外设模块整合到片内，非常适合单片系统的设计与开发。MSP430F250是该系列中一款较常用的产品，它的工作电压典型值为3.3V，最低电压可以低至1.8V。

3.2 电路模块设计

在实际烟叶的烘烤过程中，操作人员需要对烤窖内的温湿度信息进行设备，因此本系统还需要设计人机交互模块，主要可以分为电源模块、按键模块以及液晶显示模块三大部分。

3.3 数据采集模块设计

精确的温湿度控制是建立在精准的温湿度测量的基础上，因此提高烤窑内温湿度的测量精度至关重要。本系统采用美国模拟器件公司的AD590作为烤窑内的温度传感器，其作为IC化的温度感测器，能够将环境温度转换为数字电流。本系统中将AD590与一个5～30V的直流电源相连，并在输出端串接了一个1kΩ的恒值电阻，此时电阻上流过的电流将和环境温度成正比，环境温度每增加1℃，电阻两端电压增加1mV，即AD590输出电流增加1μA。

湿度的测量采用线性电压输出式集成湿度传感器HM1500，该传感器可靠性高、长期稳定性好，适用于3V～7V电压供电。采用Humirel专利湿敏电容HS1101设计制造，带防护棒式封装，线性电压输出湿度传感器HM1500是用HS1101做成的电压输出模块，高可靠性与长期稳定性，在5VDC供电时，0～100%RH对应输出1～4VDC线性电压，温度依赖性非常低，采用三线制的连接，电路非常简单，引线的不同颜色分别为：白色为地线，蓝色为电源线，黄色为输出线。

3.4 执行机构模块设计

当烤烟窖内的湿度低于设定值时，需打开喷湿阀门，当湿度高于设定值时，则必须关闭喷湿阀门，此外，当需要加快窖内的气体流动时，要打开风机。这些操作需要控制继电器的闭合与断开。本系统采用电磁继电器作为喷湿阀门和风机的控制元件。由于控制节点上的微控制器MSP430的I/O口的输出电流较小，不能直接驱动继电器电路，需要加驱动电路。考虑到继电器可能会出现反向电压的现象，采用能耐高反向电压的三极管作为驱动元件，继电器选用12V的JZX-18F小型电磁继电器，最大工作电流为3A，具有体积小、动作迅速等特点。

在整个系统中，对电热丝进行控制是最为重要的部分，因为该部分设计的好坏与控制直接影响和关系到烟叶烘干的质量。电热丝的控制，笔者采取的是利用脉宽调制的方式通过对IGBT的通断进行控制，从而来对电热丝进行相应的通断控制的，经实验证明，通过借助于模糊PID模块的控制，从而可以达到对烘干窑内的温度能够起到一个非常控制好的效果。

4 模糊PID控制

模糊-PID控制是一种将PID控制以及模糊控制两种优点进行相互结合而成的控制器，通过对温度控制系统的具体研究，笔者发现，如果是在温度变化速度比较快的情况下可以直接利用PID来进行相应的控制，当温度进入到较为稳定的状态时，也就是指当实际的温度和先前所设定的温度值比较接近时，此时模糊控制便才起作用。

根据前面的介绍我们可以知道模糊PID控制比较适合温度控制的过程。模糊PID控制器是建立在常规的PIS控制器的基础上，根据反馈的偏差e和偏差的变化率ec对PID控制器进行实时修正，从而实现更优秀的控制。作为典型的温度控制系统，本系统也具有较大的滞后性和非线性等特点，因此采用模糊PID控制这种具有互补特性的控制机制可以很好的兼顾模糊控制和PID控制两者的优点，从而实现对系统的更好的控制。

5 总结

笔者通过对烟叶烘干技术的学习以及烟厂的实地调研，得到了烟叶烘干的相关技术资料，并针对温湿度对烟叶烘烤的影响进行了分析。结合实际的烟叶烘干工艺与设备，本文设计了一套基于MSP430F250单片机的烟叶烘干窑自动控制系统，利用模糊PID控制实现了烟叶烘干窑内温湿度的精准控制，大大提高了烟叶烘干的工艺水平。