基于Bang-Bang控制的溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　在一些倉儲管理、生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學研究以及日常生活中，對溫濕度的要求普遍存在，如《檔案庫房技術管理暫行規(guī)定》中就明確指出：檔案庫房(含膠片庫、磁帶庫)的溫度應控制在14～24℃，有設備的庫房日變化幅度不超過±2℃;相對濕度應控制在45%～60%，有設備的庫房日變化幅度不超過±5%。本文利用新型的C8051F020單片機和I2C總線數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11設計了一套滿足此要求的自動化設備。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　基于C8051F020的檔案庫溫濕度控制器，主器件為8051F020，從器件為I2C總線數(shù)字溫濕度傳感器SHT11。

　　SHT11是瑞士Sennsirion公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的單片全校準數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器。傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般都要設計信號調(diào)理電路并經(jīng)過復雜的校準和標定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。SHT11是瑞士Sennsirion公司推出的基于CMOSensTM技術(將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉換、I2C總線全部集成在一個芯片上)的新型溫濕度傳感器，該傳感器的濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位。

　　C8051F020單片機是集成在1塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機，具有與MCS8051內(nèi)核及指令完全兼容的微控制器。除了具有標準8051機的數(shù)字外設部件外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件，內(nèi)部還具有JTAG和調(diào)試電路，通過JATG接口可以使用安裝在最終應用系統(tǒng)產(chǎn)品上的單片機進行非侵入、全速及在線系統(tǒng)調(diào)試。

　　由二者組成的溫濕度控制器的硬件連接如圖1所示。

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　　圖1 C8051F020與SHT11的接線圖

　　利用I/O端口初始化程序啟動優(yōu)先權交叉開關譯碼器把P0.0、P0.1引腳分別配置成SDA

　　(串行數(shù)據(jù))、SCL(串行時鐘)，然后分別接SHT11的DATA和SCK，在時鐘的控制下來完成對SHT11采集并進行A/D轉換后的溫濕度數(shù)據(jù)的讀取，P0.2、P0.3被配置成基本輸入輸出，根據(jù)讀取的溫濕度值的高低來控制兩個繼電器，進而達到控制溫濕度調(diào)節(jié)器的目的。在串行通信過程中主器件為8051F020，從器件為SHT11。

　　軟件設計

　　1 Bang-Bang控制

　　在檔案室溫濕度控制中，對溫濕度的要求不是一個定值，而是一個范圍。執(zhí)行機只有兩種狀態(tài)：on，運轉;off，不運轉。對于這種執(zhí)行機，采用典型的數(shù)字控制算法為Bang-Bang控制算法。這樣需要兩個溫度設置點：THIGH和TLOW,兩個濕度設置點HHIGH和HLOW。溫度控制和濕度控制一樣，所以只介紹溫度的控制。如果溫度高于THIGH，則控制器關閉電源(繼電器釋放)，如果溫度低于TLOW，則控制器打開電源(繼電器吸合)。THIGH與TLOW之差稱為滯后。使用滯后延長了繼電器的使用壽命，因為它減少了繼電器開關次數(shù)。

　　2程序設計

　　該程序包括：

　　● 系統(tǒng)復位子程序(Reset_Init)：完成對內(nèi)部振蕩器的設置，對XBR0和XBR2的設置將SMB連到通用的I/O引腳;

　　● SMBus初始化子程序(SMBus_Init):配置并使能SMBus，設置SMBus時鐘速率，為第一次傳輸清除SM_BUSY標志;

　　● A/D轉換和讀取轉換數(shù)據(jù)得子程序(ADCRead);Bang-Bang控制算法子程序(Bang-Bang);

　　● 輸出控制子程序(OUTcontrol)?，F(xiàn)把主要的啟動A/D轉換及讀取數(shù)據(jù)子程序給出。

　　ADCRead：

　　WRITE EQU 00H

　　//SMBus寫命令

　　READ EQU 01H

　　//SMBus寫命令

　　Chip-A EQU 00H

　　//SHT11從地址

　　MEAMURE_TEMP EQU 03H

　　//SHT11測量溫度命令

　　MEARURE_HUMI EQU 05H

　　//SHT11測量濕度命令

　　CLR RW

　　//寫從地址

　　MOV A,#CHIP_A

　　ORL A,#WRITE

　　MOV WRIT_ADC, A

　　SETB SM_BUSY

　　SETB STA

　　JB SM_BUSY, $

　　//寫溫度測量命令

　　CLR RW

　　MOV A,# MEAMURE_TEMP

　　ORL A,#WRITE

　　MOV WRIT_ADC, A

　　SETB SM_BUSY

　　SETB STA

　　JB SM_BUSY, $

　　//讀測得的溫度

　　SETB RW

　　MOV A, # CHIP_A

　　ORL A,#READ

　　MOV READ_ADC, A

　　SETB SM_BUSY

　　SETB STA

　　ACALL DELAY

　　MOV TEMPR, RECEIVE_BYTE

　　------------------

　　//寫濕度測量命令

　　------------------

　　//讀測得的濕度值

　　由于濕度測量和溫度測量程序相同，所以沒有給出，測量后的溫度數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)分別放在TEMPR和HUMIR兩個寄存器中，然后經(jīng)過線性修正程序和棒棒算法程序后控制繼電器的動作。

　　結束語

　　本文設計溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主器件為8051F020，從器件為I2C總線數(shù)字溫濕度傳感器SHT11，接口電路用I/O端口初始化程序啟動優(yōu)先權交叉開關譯碼器把引腳分別配置成串行數(shù)據(jù)及串行時鐘，并配置基本輸入輸出。軟件設計則采用Bang-Bang控制算法，需高低兩個溫度設置點，溫度高于高點則關閉電源，低于低點則打開電源?？刂瞥绦蚝到y(tǒng)復位、初始化、A/D轉換和讀取數(shù)據(jù)轉換、Bang-Bang控制算法及輸出控制子程序。