一种智能化的温湿度智能控制系统设计

　　2. 2  温度检测模块

　　此系统的温度检测模块根据仓库面积的大小可增加多处检测点， 而数字温度传感器DS18B20就具有支持多点组网的功能， 可将多个DS18B20 并连在惟一的三线上， 实现多点温度检测， 其测温范围为- 55~+ 125  , 固有测温分辨率为0. 5  , 工作电源为DC 3~ 5 V, 测量结果以9~ 12 位数字量的方式串行传送。其检测电路如图2 所示。

图2  温度检测模块电路

　　2. 3  湿度检测模块

　　湿度测量模块为了节省控制器I/ O 接口并方便以后的芯片功能扩展， 采用SHT 11 温、湿度传感器。

　　此传感器是高度集成， 将温度感测、湿度感测、信号变换、A/ D 转换和加热器等功能集成到一个芯片上， 提供二线数字串行接口SCK 和DAT A, 接口简单， 支持CRC 传输校验， 传输可靠性高， 测量精确度高， 由于同时集成温、湿度传感器， 可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能。SHT 11 可通过DA TA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度值称为 相对湿度！， 需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性， 因此为了补偿湿度传感器的非线性， 可按下式修正湿度值：

　　式中： RH linear为经过线性补偿后的湿度值； SORH 为相对湿度测量值； C1 , C2 , C3 为线性补偿系数， 取值如表1所列。

表1  湿度线性补偿系数

　　而实际温度和测试参考温度25  有所不同， 所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：

　　式中： RH true为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值； T为测试湿度值时的温度（ 单位： ℃  ） ; t1 和t2 为温度补偿系数， 取值如表2 所示。

表2  湿度值温度补偿系数

　　具体湿度检测模块电路如图3 所示。

图3 湿度检测模块电路

　　2. 4  输出驱动控制模块及报警模块

　　输出驱动控制模块通过控制芯片产生电信号， 控制相应的设备运转或者停止， 实现仓库温度和湿度的自动调节。当检测到的温度和湿度值大于或小于设定值时，报警模块同时会发生报警信号通知用户注意当前状况，必要时需采取相应人工措施。

　　3  系统软件设计

　　由于温、湿度变化规律性不强， 被检测对象的温、湿度具有非线性、热惯性、时变性等特点， 较难建立精确的数学模型。而模糊控制算法不需要建立精确的数学模型， 可依据人工实际操作经验， 将其抽象为一系列的控制算法后通过计算机完成控制过程， 具有控制动态响应好、超调小、稳定性强等特点。

　　控制器可以自动检测昼夜、季节、室内环境温、湿度值的变化， 利用模糊算法实现自动控制过程。仓库存储土豆种子的温度控制在- 1~ + 3℃ 之间， 相对湿度保持在45%~ 70% 较为适宜。

　　温、湿度控制程序中， 温、湿度各有2 个输入数据和1 个输出数据。e 为温、湿度偏差；△e 为温、湿度变化率； u 为输出控制变量， 其值分别为：

　　其中： PL 表示负大； PM 表示负中； PS 表示负小； NS 表示正小； NM 表示正中； NL 表示正大。然后根据专家知识和操作人员的经验， 建立模糊控制表。其模糊关系可以用多个条件语句表示， 例如： IF e= NL and △e=NL then u= SM; 根据模糊推理进行运算， 即可推出控制结果。

　　在主程序中， 主要负责仓库中温、湿度的实时显示，读取并处理传感器测量的温、湿度值， 当实际值与事先设定的温、湿度上下限值不同时， 发出控制信号， 驱动输出控制单元启动或停止执行控制电机， 同时发出报警信号， 通知用户当前发生的状况并作相应控制日志记录。