箱式变电站的温湿度监控装置的设计.docx

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目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1课题的背景和意义 1

1.2课题基本任务及要求 2

1.3本课题的主要工作 2

第2章硬件设计 3

2.1总体方案设计 3

2.2AT89C52单片机特点及功能 4

2.2.1单片机应用系统设计方法 7

2.3网络串行通讯总线标准及其接口串行通讯接口 7

2.3.1RS-485总线标准接口 8

2.4SHTxx系列数字式传感器 9

2.4.1SHT11传感器的基本工作原理 10

2.4.2SHT11的性能指标 10

2.4.3SHT11的引脚和内部构成 10

2.4.4SHT11的典型应用电路 12

2.4.5SHT11的数据测量和控制 13

2.5硬件电路设计 15

2.5.1硬件设计系统框图 16

2.5.2单片机与SHT11传感器的接口设计 16

2.5.3人机接口电路设计 17

2.5.3.1键盘部分 17

2.5.3.2LED显示电路 18

2.5.4温湿度控制电路及报警电路设计 20

2.5.5RS-485接口电路 23

第3章程序设计 25

3.1主程序流程 25

3.2测量程序流程图 26

3.3单片机外围电路软件设计 27

箱式变电站温湿度监控装置的设计

3.3.1LED显示系统软件设计 27

3.3.2键盘控制流程 28

3.4控制部分软件设计 29

结束语 31

参考文献 32

致谢 33

附录A：

硬件系统电路图 34

附录B：

程序清单 35

1

箱式变电站的温湿度监控装置的设计

摘要：

介绍了一种基于单芯片数字式温湿度传感器的箱式变电站温湿度监控装置。

该装置利用AT89S52单片机对温湿度传感器输出的信号进行采集和处理，若温度或湿度值超限，则由单片机发出控制信号，通过固态继电器自动启动风扇散热或启动加热器和排气扇除湿，以防止电气设备过热和凝露的产生。

同时，装置还具有报警、LED显示和RS-485通信功能。

关键词：

箱式变电站；温湿度传感器；凝露

II

DesignonTheTemperatureandHumidityMonitoringDeviceforPrefabbicatedSubstations

Abstract：

Atemperatureandhumiditymonitoringdeviceforprefabbicatedsubstationsisintroduced,whichbasedonthesinglechipdigitaltemperatureandhumiditysensor.ByusingmicroprocessorAT89S52,thedevicegathersandprocessesthesignalsfromtheemperature

andhumiditysensors.Whenthetemperatureorhumidityishigherthanpresetvalue,bythesolidsataerelay（SSR）,themicroprocessorwillturnthefanonforradiatingheat,orturnheaterandfanonfordehumidifing,preventingoverheatinganddewingofelectricalequipment.Besides,thedevicealsohasLEDshow,givingalarmandRS-485communicationfunctions.

Keywords：

prefabbicatedsubstation；temperatureandhumiditysensor；dewing

箱式变电站温湿度监控装置的设计

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

在人类社会高度发达的今天，人们对信息的提取，处理，传输以及综合等要求愈来愈迫切，而作为信息提取的功能器件——传感器与人类的关系也愈加密切。

由于计算机技术突飞猛进的发展和微型计算机的兴起，国民经济中任何一个部门中重要提取的各种信息都有可能通过计算机进行正确及时地处理，如在仓储管理、工业生产制造、智能化建筑、科学研究及日常生活中需要对温度和湿度进行较为准确的测量和控制，温度和湿度传感器在这里就起着至关重要的作用。

市场上常见的温度，湿度传感器以电压输出为主要表现形式，温度湿度与所表现出来的电压信号呈非线性的关系，且因为材料本身的差异，不同的传感器其非线性曲线也各不相同，缺乏一个产品应具备的通用性和互换性。

实际中的应用的温湿度传感器要具备以下特点：

a）敏感材料的特性岁温湿度的变化有较大的变化，而且该变化易于测量；b）材料对温湿度的变化有较好一一对应关系，即对除温湿度外其它物理量的变化

不敏感。

c）性能误差及老化小，重复性好，尺寸小；d）有较强的耐机械、化学及热作用等特点；e）与被检测的温湿度范围和精度相适应。

随着科学技术的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如0～10mV），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。

传感器本身体积也是越小越好，传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。

集成化半导体传感器满足了以上要求，而且得到越来越广泛的应用。

自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。

SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器。

该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来，发挥出强大的优势互补作用。

箱式变电站（预装式变电站）与传统土建变电站相比具有成套性强、体积小、占地少、能伸入负荷中心、提高供电质量、减少损耗、送电周期短、选址灵活、对环境适应

-45-

性强、安装方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点，因而应用日益广泛。

但是，现有的箱式变电站在安全可靠性方面还存在一些问题。

主要是由于箱式变电站一般运行在户外，其内电器设备容易受到外界环境的影响。

如高压室和低压室若发生凝露，则危及电器绝缘，甚而导致闪络；变压器室的温度若超过一定限度，则会影响出力。

因此，为了保护预装式变电站免受外界环境的影响，需装设一些保护装置，如除湿机、调温装置、强迫排气装置等。

总之，对高、低压室来说，主要防止凝露危害绝缘；对变压器室来说，主要监控温度，以免影响变压器的出力。

针对现有箱式变电站存在的上述问题，研制了一种采用单芯片温湿度传感器和微处理器的箱式变电站温湿度监控装置。

1.2课题基本任务及要求

以单片机为核心，设计一个箱式变电站温湿控制系统。

温度和湿度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度湿度变化时实现自动调整，以保持设定温度湿度基本不变。

设计的主要内容是完成温度湿度自动控制系统的软、硬件设计及调试。

包括：

a单片机的选择；b总体方案的确定；c各模块电路的设计；d软件设计；e各模块调试；

f编写设计说明书等。

1.3本课题的主要工作

库房的温湿度控制系统的研究是结合实际情况，制定相应的控制方案。

本控制系统是在AT89S51单片机的基础上，通过传感器（SHT11）采集温湿度数据，单片机来完成数据的处理，用PC机来进行实时监控，单片机自行调节控制过程研究的主要工作和内容如下：

（1）对数据采集和数据的处理，AT89S51单片机与传感器之间的变送电路设计，键盘和显示的输入输出电路，，驱动电路的实现以及单片机AT89S51和PC机之间的通讯设计和相应的软件编制。

（2）对控制系统进行仿真，以用来随时检测控制系统的控制效果。

第2章硬件设计

2.1总体方案设计

我们根据课题的基本任务是一个利用单片机控制系统，实现对箱式变电站控制系统的温湿度控制，并且使温湿度在一定范围内可调。

我们可将我们将整个系统分成几个单元进行设计。

包括：

敏感传感器单元，变送电路单元，键盘和显示电路单元，驱动电路单元，8位单片机处理单元及网络连接工控机单元组成。

我们对课题的设计从信号顺序来考虑，系统先从信号开始采集，先通过传感器采集到现场的温湿度信息，然后传送到单片机。

单片机将实现多种控制处理。

首先处理从键盘输入的数据和信号采集进来的数据，接下来将二者进行比较：

如果采样值不超过键盘的输入值，系统将继续查询采样信号，如果采样值超过键盘输入值，单片机发出控制空调机及除湿机信号，信号通过驱动电路来实现对风扇和加热器的控制，在对信号采样和处理的过程，单片机还通过网络实时与上位机进行通信，这样更利于对变电站的控制，其总体设计思路如图2.1所示：

SCK

P1.0

显示电

路接口

SHT11

DTAT

P1.1

控制接

口

单片机

AT89C52

命令键盘

远程通

讯接口

图2.1总体设计思路

2.2AT89C52单片机特点及功能

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向I输入/输出（/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52提供以下标准功能：

8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址

（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL