探讨测试厂房环境控制系统设计

探讨测试厂房环境控制系统设计

李能 ,汪波 ,张志勇 ,郑红星 ,杨恺

浙江中孚环境设备股份有限公司  浙江省湖州  313200

【摘要】在厂房日常工作中根据厂房日常生产及存储需要，不同气候状况下，厂房内部环境对温度、湿度、洁净度有不同的要求。需要做好防潮和防霉等工作，本文主要分析了测试厂房环境控制系统设计工作，利用数字温湿度传感器实时采集数据，随后利用单片机串口向数据处理中心发送采集的信息，并且根据预设温度值和湿度值启用风机或者加湿机等设备，有效控制温度和湿度等。

关键词：厂房；环境控制系统；设计措施

在厂房环境管理质量衡量过程中需要综合分析防潮效果和防霉效果以及防腐效果等，保障相关物资及设备的使用性能，延长整体使用寿命。为了顺利开展相关工作，首先需要加强监测仓库温度和湿度，针对传统的温度湿度控制工作，主要是利用温度计和湿度表等设备，主要是依靠人工的力量完成检测工作，如果厂房的温度和湿度不符合相关要求，需要采取通风和去湿以及降温等措施。这种测试方法不仅需要耗费较多的时间，而且整体工作效率比较低，此外不利于保障测试结果的精确性。此外一些特定场合不适合利用人工测试模式，因此需要完善温湿度测量控制系统。可以设计单片机应用系统和外围电路，建立科学的温度湿度自动控制的单片机应用系统，不断提高温度湿度传感器的集成化和智能化水平，可持续性的发展温湿度测量技术。

一、测试厂房环境控制系统设计思想

（一）研究方法

1.研发方法：利用数字温湿度传感器和单片机组件温度湿度实时采集系统，负责实时测量厂房内温度和湿度。随后利用单片机串口发送方式，向无线发射模块中传递采集到温湿度数据，随后无线接收模块向数据处理中心传送接收的数据，数据处理中心处理数据之后再进行显示。完成数据采集之后，对比分析预设的温度值和湿度值，确定是否需要启用风机和加湿机以及升温机等设备，从而可以远程控制温度和湿度。

2.研究内容：设计单片机应用系统的硬件，掌握C语言程序开发流程，了解数字温湿度传感器的使用性能和通行方法以及数据处理方法等。结合无线收发模块信息收发原理，因此深入分析发射模块发射方式，在实际工作中，无线接收模块接收数据之后，需要继续处理接收的数据。设计厂房环境控制系统，注意系统可以传送和处理温度传感器和湿度传感器实时采集的数据，并且驱动加湿机和升温机等设备运行，因此远程实时控制厂房温度和湿度。

（二）设计方案

1.功能分析：厂房环境控制系统在仓库中设置一部分检测动作电路，因此测量和改变相关参数。另一方面在控制室中设置主控电路，主控电路负责处理接收的数据，并且比较接收的数据和预定数据，确定是否需要启动其它动作单元，因此改变温度和湿度等，满足相关设定要求。主要是利用无线收发模块连接两部分电路，因此提高远程监测水平。

2.各模块功能：利用单片机处理传感器采集的数据，并且向无线发射模块中传送转换的数据。此外可以利用单片机处理无线接收模块接收的数据，同时驱动继电器控制动作单元，同时可以发挥出显示和报警作用。温湿度传感器负责采集厂房环境的温度和湿度，并且向单片机中传送数据。数字温湿度传感器是一种复合型传感器，可以综合利用数字模块采集技术和温湿度传感技术，提高实际工作的稳定性。利用无线发射模块发送负责向无线接收模块数据，通常在空旷的环境中利用315MHz无线模块，可以传输200m距离的数据，在室内也可以实现隔层传输的作用。此外通过合理匹配编解码和地址，有利于排除无用信号。无线接收模块接收温度数据和湿度数据，并且负责向单片机中传递数据。利用LED动态显示采集的温度数据和湿度数据。如果接收的温度数据和湿度数据高于设定值，蜂鸣器将会发出报警。继电器负责驱动相应的单元处理控制环境。风机负责降低厂房的温度和湿度，升温机负责提高厂房环境温度，加湿机有利于提高厂房环境的湿度。

二、厂房环境控制系统硬件电路设计

（一）利用最小系统电路维持单片机运行的稳定性，主要是利用电源部分的上电复位电路和晶体振荡电路，系统电路主要包括晶振和电容以及电阻等元器件。

（二）通过利用温度湿度采集电路有利于保障数字温度湿度传感器运行的正常性，同时可以和单片机之间进行通信。当正确传送数据的过程中，数据符合设定的数据值、

（三）显示电路可以动态化显示出处理之后的温度值和湿度值，可以通过动态扫描程序实现单片机的性能。主要是利用数码管显示出来，并且由单片机实施整体控制工作。

（四）设计发光二极管和报警以及按键电路的时候，其中按键电路包括四个独立的按键，完成接地工作之后，一端连接垫片机，并且在每个按键设置10k上拉电阻。当采集值不符合预定值之后，报警电路将会发挥出报警作用，主要是利用蜂鸣器来完成报警。发光二极管电路负责模拟继电器工作状态，在单片机的引脚上直接连接发光二极管的阳极，通过三个3k电阻完成阳极接地，当不同的值发生异常情况，将会点亮不同的灯。

（五）在无线传送采集点和控制室数据的过程中主要是利用315MHz无线收发电路。

三、厂房环境控制系统调试和分析

（一）硬件调试

1.ISP不能下载：最小系统ISP不能下载，通过电路检查工作，发现下载线复位脚连接单片机复位脚。在问题处理过程中，需要连接二者的复位脚，即可正常使用ISP。

2.单片机不工作：检查电路原理图没有任何问题，最后发现单片机属于高电平复位，而电路原理图中却设定为低电平复位，因此单片机始终处于复位状态中，无法正常工作。为了解决问题，可以将电极电容焊接在VCC和复位之间，在复位引脚中增添8k下拉电阻，因此形成上电复位，可以维持单片机稳定性运行。

3.数码管不显示，即使在显示之后也无法达到正常的亮度。通过全面检查电路，发现三极管集电极和VCC之间处于连接状态，但是经过改接之后仍旧无法达到正常的亮度，加入1k电阻上拉之后，可以恢复正常的工作状态。可以在GND连接三极管集电极，同时需要加入1k电阻上拉。

4.数据不稳定：在实际测试过程中，发现数字温度湿度传感器数据电平工作不稳定，结合技术手册确定没有发生连接错误问题，随后加入5k电阻可以恢复正常，因此在解决问题的时候可以在VCC和DATA脚之间加入5K电阻，可以恢复数据的稳定性。

（二）软件调试

1.实施初始化之后，为了接收数据，结合检查技术手册，发现主机总线等待响应的时间比较短，因此影响到信号的接收。为了解决问题，在初始化过程中需要设置总线拉低延时为20ms，即可顺利解决问题。

2.温度值和湿度值显示情况不正常。测试的温度值和湿度值等不符合实际情况，通过检查工作程序，发现在编写程序的时候，向湿度显示传递了温度值，并且向温度显示传递了湿度值，为了解决问题，需要调换温度变量和湿度变量，即可恢复正常的温度值和湿度值。

结束语：

本文主要分析了测试厂房环境控制系统的设计工作，在设计过程中通过综合利用单片机和温湿度传感器等建立厂房环境控制系统，有利于实时采集温度数据，利用无线传输方式，有利于优化控制厂房环境的温度和湿度。采集系统的温度测量范围控制在0~50℃范围内，控制精度在±1℃范围内。控制湿度测量范围在20%~90%范围内，控制精度在±5%范围内。本文设计的系统符合相关指标要求，但是在日后发展过程中仍旧想要进一步改善数据采集精度和分辨率以及响应时间等，为了满足这一要求，需要利用先进的传感器。因为各种外界因素很容易影响到无线模块运行的稳定性，在日后发展过程中需要利用更加优质的无线传送方式、

参考文献：

[1]林星翰.机械手PLC自动控制系统在恶劣环境中的应用[J].环境工程,2022,40(09):357.

[2]杨青青,秦芹,巩倩倩,王岩,赵倩.基于云平台的温室大棚环境数据采集与控制系统研究[J].无线互联科技,2022,19(05):45-46.