CN104965548A - 一种洁净室温湿度测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洁净室温湿度测控装置，包括温度传感器、湿度传感器、A/D转换器、继电器、执行机构、单片机、串口通信模块和上位机，所述温度传感器、A/D转换器、继电器以及串口通信模块与所述单片机连接，所述上位机与所述串口通信模块相连接，所述洁净室连接所述温度传感器、湿度传感器以及执行机构，所述湿度传感器同时与所述A/D转换器连接，所述执行机构同时与所述继电器连接。本发明实现了温湿度实时测量、显示和控制，抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护性好。

Description

一种洁净室温湿度测控装置

技术领域

本发明属于自动检测技术领域，具体涉及一种洁净室温湿度测控装置。

背景技术

随着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。温湿度在人类社会中扮演着极其重要的角色，不但与冶金、钢铁、石化、玻璃等工业方面有紧密联系，与温室大棚等农业方面紧密联系，而且与生物制药、无菌室、洁净厂房、电信银行、图书馆、档案馆、文物馆、智能楼宇等各行各业都有密切联系。

洁净室最主要的作用在于控制产品(如硅芯片等)所接触的大气的洁净度及温湿度，使产品能在一个良好之环境空间中生产、制造产品。传统的洁净室的温湿度测控是通过读取温度计和湿度计上的显示值知道洁净室内的实际温湿度，然后与标准温湿度进行比较，看是否在标准温度范围内，记入在案的同时做出调整，这些工作都是在人工的操作下完成的，耗费了大量的人力物力，而且不能及时做出温湿度的调整。随着国家经济的日益发展，洁净室在产品制造业的应用越来越广泛，传统的温湿度测控措施也就显现出很多的局限性。

随着洁净室在产品的生产和制造业的普及，洁净室数量也在不断增多，而温湿度的测控在洁净室设计上也是一个难题，传统洁净室的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器和湿度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。这种温度采集系统需要在洁净室内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出监控和调试。

在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控装置就很有必要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度信息的测控装置。

具体的技术方案如下：

本发明公开了一种洁净室温湿度测控装置，设置在洁净室内用于检测和控制所述洁净室的温湿度的变化，包括温度传感器、湿度传感器、A/D转换器、继电器、执行机构、单片机、串口通信模块和上位机，其中：

所述温度传感器用于对所述洁净室内的温度进行采集，并反馈到所述单片机；

所述湿度传感器用于对所述洁净室内的湿度进行采集，并经所述A/D转换器反馈到所述单片机；

所述单片机用于把反馈得到的实时温湿度值和预先设定洁净室的温湿度上下限值通过所述串口通信模块传输到所述上位机中；

所述上位机用于显示所述洁净室内获取的实时温湿度值和预先设定洁净室的温湿度上下限值，同时，将反馈得到的实时温湿度值与预先设定洁净室的温湿度上下限值进行比较，将比较结果通过所述串口通信模块传输到所述单片机中；

所述单片机还用于：

当实时温湿度值高于预先设定洁净室的温度和/或湿度上限值时或低于预先设定洁净室的温度和/或湿度下限值时，得到一控制信号；

所述继电器用以响应所述控制信号控制所述执行机构，从而利用所述执行机构调节所述洁净室内的温湿度。

进一步的，所述执行机构包括洁净室内的一喷水器、吹风机或空调至少之一，所述继电器进一步用以控制所述喷水器、吹风机或空调至少之一工作，从而调节控制所述洁净室内的温度和湿度。

进一步的，还包括看门狗电路模块，与所述单片机连接，用于监控所述单片机的运行状况。

进一步的，还包括输入模块，与所述单片机连接，用于预先设定洁净室的温湿度上下限值。

进一步的，还包括系统电源模块，与所述单片机连接，用于提供所述单片机运行所需的电源。

进一步的，还包括报警电路模块，当所述比较信息高于或低于预先设定洁净室的温湿度上下限值时，所述报警电路模块即被启动。

优选的，所述温度上限值为26℃，下限值18℃；所述湿度上限值65％，下限值为45％。

进一步的，所述温度、湿度传感器为热敏电阻式温度、湿度传感器。

优选的，所述温度传感器为DS18B20型单总线数字式温度传感器。

进一步的，所述单片机的型号为AT89C2051，所述串口通信模块的型号为RS-485。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.安装简单方便，设备价格低廉，性价比高，并能及时准确的反映解决室内的温湿度，减少了人力资源；

2.温度传感器线路上传送的是数字信号，不易受干扰和损耗低，抗干扰能力强，测量误差比较小，利于控制者根据温度变化及时做出监控和调试；

3.实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息。

附图说明

图1为本发明洁净室温湿度测控装置硬件结构图；

图2为本发明实施例中报警电路模块与单片机的接线图；

图3为本发明实施例中单片机与温湿度传感器的接线图；

图4为本发明实施例中单片机与RS-485接口电路的接线图；

图5为本发明实施例中键盘输入模块与单片机的接线图；

图6为本发明实施例中显示模块的接线图；

图7为本发明实施例中温湿度完整的硬件接线图。

【符号说明】

1  洁净室

2  温度传感器

3  湿度传感器

4  A/D转换器

5  继电器

6  执行机构

7  单片机

8  串口通信模块

9  上位机

10 输入模块

11 系统电源模块

12 看门狗电路模块

13 报警电路模块

具体实施方式

以下是结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分的实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示本发明所述洁净室温湿度测控装置硬件结构图，设置在洁净室内用于检测和控制所述洁净室1的温湿度的变化，包括温度传感器2、湿度传感器3、A/D转换器4、继电器5、执行机构6、单片机7、串口通信模块8、一上位机9,其中：所述温度传感器2用于对所述洁净室1内的温度进行采集，并反馈到所述单片机7；所述湿度传感器3用于对所述洁净室1内的湿度进行采集，并经所述A/D转换器4反馈到所述单片机7；所述单片机7用于把反馈得到的实时温湿度值和预先设定洁净室1的温湿度上下限值通过所述串口通信模块8传输到所述上位机9中；所述上位机9用于显示所述洁净室1内获取的实时温湿度值和预先设定洁净室1的温湿度上下限值，同时，将反馈得到的实时温湿度值与预先设定洁净室1的温湿度上下限值进行比较，将比较结果通过所述串口通信模块8传输到所述单片机7中；所述单片机还用于：当实时温湿度值高于预先设定洁净室1的温度和/或湿度上限值时或低于预先设定洁净室1的温度和/或湿度下限值时，得到一控制信号；所述继电器5用以响应所述控制信号控制所述执行机构，从而利用所述执行机构6调节所述洁净室1内的温湿度。该测控装置还包括输入模块10，与所述单片机7连接，用于预先设定洁净室1的温湿度上下限值。进一步的，还包括系统电源模块11，与所述单片机7连接，用于提供所述单片机7运行所需的电源。

本实施例的优化方案中，进一步包括了看门狗电路模块12，所述看门狗电路是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机7的运行状况，使单片机7可以在无人状态下实现连续工作。其核心是计数器或定时器。单片机系统在收到各种干扰时会引起失控，有可能使程序乱飞，也有可能使程序陷入“死循环”，在这种情况下用软件方法就不能使失控的程序摆脱死“死循环”的困境，因此在硬件设计方面采用了程序监视技术，即看门狗电路技术。

所述测控装置还包括报警电路模块13，当实时温湿度值高于预先设定洁净室的温度和/或湿度上限值时或低于预先设定洁净室的温度和/或湿度下限值时时，所述温湿度上下限值是温度上限值为26℃，下限值18℃；湿度上限值65％，下限值为45％时，所述报警电路模块13即被启动，单片机发送所述控制信号，启动所述执行机构6。所述报警电路模块与单片机的接线图如图2所示，当温湿度测定值高于或低于预设的温湿度值时，单片机的引脚P3.2为高电平，三极管Q1导通轰鸣器发出噪鸣声报警。

所述执行机构6还连接洁净室1内的喷水器、吹风机或空调至少之一，通过所述继电器5控制所述喷水器、吹风机或空调至少之一工作，从而调节控制所述洁净室1内的温度和湿度。上述喷水器、吹风机和空调可一并开启或有选择性的开启，本发明不对其做有关限定。本装置中的执行机构6由单片机7的I/O口控制的，执行机构6的各种设备都是在市电下正常工作的，必须采用I/O口控制继电器的导通和切断来控制市电的通断，也即控制执行设备的工作状态。由此送出l位0或1作为控制码信息，去控制报警设备、通风机执行机构(空调)等的开启与关闭。由于单片机I/O口不能提供足够的电源，不能直接驱动继电器通断，因此，系统采用达林顿管，将电源进行两级放大，提供了足够大的驱动电源，让继电器中的电感线圈产生足够大的磁力，将开关吸合。当单片机发现温、湿度传感器采集到洁净室内的实际温湿度超过温湿度限制时，便让控制开关去开启声光报警器报警，同时开启喷水器、吹风机和空调工作。

温湿度传感器用于对洁净室内的温湿度进行采集、显示和判断，本装置中温度传感器选用DS18B20型单总线数字式温度传感器，其灵敏度高、测量精度高、响应时间短、体积小、寿命长、工作稳定、易于实现远距离测量、易于实现多点测温。其将温度传感器2和数字转换电路集成在一个芯片上，因此，不需要A/D经过转换，输出的电压信号可直接于单片机7连接，将采集的洁净室内温度值直接送至单片机7，单片机7再将温度值送至上位机9显示并与预设温度值进行比较，从而采取升温或降温的措施，保证室内温度。本装置中湿度传感器3选用电阻式湿敏传感器，其核心是湿敏元件，结合湿敏电阻，采用电桥方式进行检测，利用湿敏电阻电阻值随湿度的改变而导致电桥失去平衡，产生输出电压的原理来测量湿度。所述单片机与温湿度传感器的接线图如图3所示，其中，ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF(+)，VREF(－)为参考电压输入。

其中，传统的上位机9中多配有标准的RS-232，但是这种共地传输，具有传输速率较低，传输距离有限，抗噪声干扰性弱，接口的信号电平值较高等缺点，不适合于高速、远距离通讯。由于洁净室1内温湿度值的读取与写入对速率和距离的要求较高，因此，在本装置中，所述串行通信模块8的接口采用了比RS-232传输距离更远、速率更高的RS-485，以达到数据传输的目的。所述单片机与RS-485接口电路可见附图3，接口电路实现单片机7与上位机9的连接，起到数据传输的作用。本系统采用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，实现半双工串行通信方式。其采用单一电源Vcc，正常工作电压范围为+3～+5.5V，片内集成4个瞬间时过电压保护管，可承受高达400V的瞬态脉冲电压。因此，能适应恶劣环境，不需有外接保护元件。其引脚功能说明：A、B为RS-485与芯片SN75LBC184的中线接口；D是发送器，R是接收端，分别与单片机7串行口的TXD、RXT连接；RE、DE为其收发使能端，由单片机的P1.5口作为收发控制。其工作原理为：当单片机7的P1.5＝0时，光电耦合器的发光二极管得电发光，输出+5V的高电平，选中RS-485接口芯片的DE端，允许发送。当单片机7的P1.5＝1时，光电耦合器的发光二极管不得电，输出低电平，选中RS-485的RE端，允许接收。同理SN75LBC184的R端(接收端)和D端(发送端)。

另外，所述键盘输入模块与单片机的接线图如图4所示，其设置了5个按键，功能分别为：K1为开机/关机键、K2为温度上调键、K3为温度下调键、K4为湿度上调键、K5为湿度下调键。每个键在软件编程中都使之有自动连续功能。

所述上位机9中还包括一显示模块，所述显示模块的接线图如图5所示，显示器模块由四位一体的共阳数码管和4个9012组成。单个LED是由7段发光二极管构成的显示单元。有10个引脚，对应于7个段、一个小数点和两个公共端。在显示电路中，这些发光二极管有两种接法：共阳极接法和共阴极接法。本设计中需要用4个LED组成显示单元，并采用动态显示方式。由于使用4个单个LED进行显示的连线比较复杂，同时单片机7的端口驱动能力也难以保证，而需要加入专门的驱动芯片。所以，采用了4个LED连体的、内部已将其相应段接好的共阳极LED，它具有12个引脚，含7个段和4个公共端。在图5所示的由80C51控制的显示电路中，要选取合适的电阻R和Ra，才能保证LED的亮度，过大或者过小都无法让LED正常显示。本设计中取R为4.1kΩ,Ra取510Ω比较理想。

本测控装置中所述单片机7作为控制器，对温度传感器2、湿度传感器3进行编程，读取温度和湿度传感器从洁净室内获取的温湿度值，并把温湿度值通过串口通信模块8送入上位机9,将获取的信息与预设温湿度范围值进行比较，然后通过继电器5控制执行机构6，对洁净室1温湿度进行相关操作，确保洁净室1的温湿度控制在预设范围内。由于用到的单片机7的管脚要求较高，所以选用了TMEL公司生产的体积小、功能较全的AT89C2051单片机来实现本系统的控制要求。

图7为本发明实施例中温湿度完整的硬件接线图，简单的工作原理如下，本测控装置提出一种基于单片机1并采用数字化单总线技术的温度测控系统和传统湿度测控系统应用于洁净室的的设计方案，该方案是对单片机7和上位机9进行编程，通过输入模块10(如键盘)预设定洁净室1的报警温湿度上下限值，利用温度传感器2将洁净室内温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其温度值由单片机处理，最后由单片机7去控制上位机9显示洁净室1内的实际温度。模拟湿度传感器检测室内湿度，并通过A/D转换器4转换为数字信号后送至单片机7处理，再由单片机7其控制上位机9显示洁净室1内的实际湿度。一旦采集的洁净室1温湿度值超过我们预先设定的温湿度上下限值，单片机1便启动报警电路模块13进行报警，进而对洁净室1内温湿度进行控制。具体的，如果采集的实时温度高于预设温度上限值，则启动报警电路模块13，同时启动制冷设备降低室内温度，当温度降到上限复位值时，关闭制冷设备；如果采集的实时温度值低于预设温度下限值，再次启动报警电路模块13，同时启动升温设备提升室内温度，当温度达到下限温度值时，关闭升温设备。湿度测控系统的原理同温度测控系统，当采集的实时湿度值高于预设湿度值时，启动减湿设备，当湿度降至上限湿度复位值时，关闭减湿设备；当采集的实时湿度值低于预设湿度值时，启动加湿设备，当湿度值升至下限湿度复位值时，关闭加湿设备。从而使洁净室内的温湿度控制在预设温湿度范围内。这种设计方案能对多点的温湿度进行实时巡检，各检测单元能独立完成各自功能，同时能够根据单片机7的指令对温湿度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行接口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到上位机9，进行进一步的存档、处理。采用了KELI C51编程软件进行汇编语言程序设计，并且结合仿真软件Proteus进行仿真测试，可以形象方便的显示温湿度的变化，方便工作人员的监控。上位机9负责控制信号的发送，控制各个温湿度传感器进行温湿度采集，收集测量数据，并对测量结果(包括历史数据)进行整理、显示和存储。该测控系统不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，系统稳定可靠、可维护性好。

本装置所设计的温湿度检测装置针利用温度传感器2、湿度传感器3、单片机7和通讯串口所组成的温湿度检测装置是洁净室1的温湿度测控便捷更科学，避免了人源浪费和不及时反应等的一些缺点，采用了KELI C51编程软件进行汇编语言程序设计，并且结合仿真软件Proteus进行仿真测试，是监控系统更加形象简捷，可自动地调节洁净室1的温湿度。使其更好的应用于产品的生产制造。

综上所述，本发明在采取了以上的技术方案后，具有以下有益效果：

1.安装简单方便，设备价格低廉，性价比高，并能及时准确的反映解决室内的温湿度，减少了人力资源；

2.温度传感器线路上传送的是数字信号，不易受干扰和损耗低，抗干扰能力强，测量误差比较小，利于控制者根据温度变化及时做出监控和调试；

3.实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种洁净室温湿度测控装置，设置在洁净室内用于检测和控制所述洁净室的温湿度的变化，其特征在于，包括温度传感器、湿度传感器、A/D转换器、继电器、执行机构、单片机、串口通信模块和上位机，其中：

所述温度传感器用于对所述洁净室内的温度进行采集，并反馈到所述单片机；

所述湿度传感器用于对所述洁净室内的湿度进行采集，并经所述A/D转换器反馈到所述单片机；

所述单片机用于把反馈得到的实时温湿度值和预先设定洁净室的温湿度上下限值通过所述串口通信模块传输到所述上位机中；

所述上位机用于显示所述洁净室内获取的实时温湿度值和预先设定洁净室的温湿度上下限值，同时，将反馈得到的实时温湿度值与预先设定洁净室的温湿度上下限值进行比较，将比较结果通过所述串口通信模块传输到所述单片机中；

所述单片机还用于：

当实时温湿度值高于预先设定洁净室的温度和/或湿度上限值时或低于预先设定洁净室的温度和/或湿度下限值时，得到一控制信号；

所述继电器用以响应所述控制信号控制所述执行机构，从而利用所述执行机构调节所述洁净室内的温湿度。

2.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，所述执行机构包括洁净室内的一喷水器、吹风机或空调至少之一，所述继电器进一步用以控制所述喷水器、吹风机或空调至少之一工作，从而调节控制所述洁净室内的温度和湿度。

3.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，还包括看门狗电路模块，与所述单片机连接，用于监控所述单片机的运行状况。

4.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，还包括输入模块，与所述单片机连接，用于预先设定洁净室的温湿度上下限值。

5.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，还包括系统电源模块，与所述单片机连接，用于提供所述单片机运行所需的电源。

6.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，还包括报警电路模块，当所述比较信息高于或低于预先设定洁净室的温湿度上下限值时，所述报警电路模块即被启动。

7.如权利要求6所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，所述温度上限值为26℃，下限值18℃；所述湿度上限值65％，下限值为45％。

8.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，所述温度、湿度传感器为热敏电阻式温度、湿度传感器。

9.如权利要求8所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，所述温度传感器为DS18B20型单总线数字式温度传感器。

10.如权利要求1所述的一种洁净室温湿度测控装置，其特征在于，所述单片机的型号为AT89C2051，所述串口通信模块的型号为RS-485。