CN203773388U - 一种博物馆展示柜温湿度控制系统 - Google Patents

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赵路佳
裴少通
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Abstract

本实用新型提供了一种博物馆展示柜温湿度控制系统,包括温湿度控制终端、电脑远程主控端、第一电力载波调制解调器和第二电力载波调制解调器;电脑远程主控端通过第一电力载波调制解调器与电源线通讯;温湿度控制终端通过第二电力载波调制解调器与电源线通讯。由于电脑远程主控端通过第一电力载波调制解调器与电源线通讯,温湿度控制终端通过第二电力载波调制解调器与电源线通讯,利用展示柜必需的供电电源线作为通讯线路,有效通讯距离可达到2.5KM。具有成本低和工作可靠的优点。使博物馆内展示柜温湿度控制系统的结构简单化,提高传输的信号质量;解决了现有的控制系统结构比较复杂或者信号大幅减弱的技术问题。

Description

一种博物馆展示柜温湿度控制系统
技术领域
本实用新型涉及展示柜温湿度自动化监测与控制技术领域,特别是涉及一种博物馆展示柜温湿度控制系统。
背景技术
珍贵物品展示柜往往需要变化较小的温湿度环境,特别是博物馆珍藏的文物,从资料中得知,有机质文物适宜的温度为10~18℃,相对湿度为50%~60%,无机质适宜的温度略宽于有机质文物,相对湿度在40%以下。短时间内,环境温湿度变化越小越有利于文物保管。所以文物展示柜需要温湿度保持在适宜的恒定值。
现有的展示柜温湿度控制系统大部分为独立的系统,每个展示柜只要供给电源就可以使展示柜温湿度保持在预设定的值。不能实现联网集中控制和双向互动通讯。而部分新型温湿度控制系统采用物联网、RS485或者WIFI技术实现联网控制。物联网zigbee通讯和wifi通讯在博物馆多楼层,多房间的结构中无线信号会大幅减弱,为保证数据可靠需要不断添加中继装置。而RS485有线通讯则需要另外铺设有线网络,并且RS485可靠通讯距离为1KM左右,不适用于大型博物馆。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供一种博物馆展示柜温湿度控制系统,使博物馆内展示柜温湿度控制系统的结构简单化,提高传输的信号质量;解决了现有的控制系统结构比较复杂或者信号大幅减弱的技术问题。
为了实现上述目的,本实用新型提供了一种博物馆展示柜温湿度控制系统,包括温湿度控制终端和电脑远程主控端,其中,还包括第一电力载波调制解调器和第二电力载波调制解调器;所述电脑远程主控端通过所述第一电力载波调制解调器与电源线通讯连接;所述温湿度控制终端通过所述第二电力载波调制解调器与所述电源线通讯连接。
进一步地,所述电脑远程主控端包括USB接口转换器和电脑;所述第一电力载波调制解调器通过所述USB接口转换器与所述电脑通讯。
进一步地,所述USB接口转换器为PL2303。
进一步地,所述温湿度控制终端包括辅助集成芯片、单片机最小系统、人机交互装置和继电器驱动装置。
进一步地,所述单片机最小系统包括单片机、10K排阻、看门狗芯片、复位电路和晶振电路;所述看门狗芯片的复位端和所述单片机的复位端相连,所述看门狗芯片的喂狗端和所述单片机的IO端口相连;所述第二电力载波调制解调器通过串口与所述单片机通讯。
进一步地,所述第二电力载波调制解调器的TXD引脚与所述单片机的RXD引脚连接;所述第二电力载波调制解调器的RXD引脚与所述单片机的TXD引脚连接。
进一步地,所述辅助集成芯片包括时钟芯片、存储芯片和温湿度传感器,所述时钟芯片、所述存储芯片和所述温湿度传感器分别连接所述单片机。
进一步地,所述人机交互装置包括液晶显示器、按键、报警电路和指示灯。
进一步地,所述按键包括向上按键、向下按键、设置按键和退出按键;所述指示灯包括电源显示灯、加热显示灯、制冷显示灯、加湿显示灯和干燥显示灯;所述人机交互装置还包括用于调节所述液晶显示器显示对比度的滑动变阻器和用于限制通过所述指示灯的电流的限流电阻。
进一步地,所述继电器驱动装置包括:加热继电器驱动装置,包括光电耦合器、三极管、回流二极管和继电器;所述光电耦合器的发光二极管的一端与供电电源相连,所述光电耦合器的发光二极管的另一端与所述单片机的IO端口相连;所述光电耦合器的受光器的一端接地,所述光电耦合器的受光器的另一端连接12V电源和所述三极管的基极;所述三极管的集电极连接12V电源,所述三极管的发射极连接所述回流二极管的负极和所述继电器的线圈的一端,所述回流二极管的正极和所述线圈的另一端均接地;所述光电耦合器、所述三极管、所述回流二极管和所述继电器形成加热驱动电路;
制冷继电器驱动装置,形成制冷驱动电路;
加湿继电器驱动装置,形成加湿驱动电路;
干燥继电器驱动装置,形成干燥驱动电路。
本实用新型具有以下技术效果:
1)本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统,由于电脑远程主控端通过第一电力载波调制解调器与电源线通讯连接,温湿度控制终端通过第二电力载波调制解调器与电源线通讯连接,利用展示柜必需的供电电源线作为通讯线路,有效通讯距离可达到2.5KM。具有成本低和工作可靠的优点。使博物馆内展示柜温湿度控制系统的结构简单化,提高传输的信号质量;解决了现有的控制系统结构比较复杂或者信号大幅减弱的技术问题。
2)本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的电脑远程主控端包括USB接口转换器和电脑,电脑便于长时间进行数据记录和进行时间大尺度纵向分析。
3)本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统通过温湿度传感器检测展示柜内的温度和湿度,通过单片机转移到第二电力载波调制解调器后,经过电源线转移到第一电力载波调制解调器后,通过USB接口转换器转移到电脑中,电脑通过串口采集各个结点处的展示柜内的温湿度信息并存入EXCEL文档供进一步分析,并实现远程集中控制功能;并能够指示温湿度控制终端进行温度和湿度的调整,从而实现远程控制,同时实现了控制的双向通信。
根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的网络结构图;
图2是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的电脑远程主控端的结构框架图;
图3是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的温湿度控制终端的单片机最小系统的电路原理图;
图4是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的温湿度控制终端的辅助集成芯片的电路原理图;
图5是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的温湿度控制终端的人机交互装置的电路原理图。
图6是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的温湿度控制终端的继电器驱动装置的电路原理图。
图7是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的程序流程图;
附图标记:电脑远程主控端10、电脑11、USB接口转换器12、第一电力载波调制解调器20、电源线30、第二电力载波调制解调器40、温湿度控制终端50、单片机51、看门狗芯片52、10K排阻53、晶振电路54、复位电路55、存储芯片58、时钟芯片56、温湿度传感器57、液晶显示器59、按键60、报警电路61和指示灯62、光电耦合器70、三极管71、继电器72、回流二极管73。
具体实施方式
图1是本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统的网络结构图;如图1所示,一种博物馆展示柜温湿度控制系统,包括温湿度控制终端50、电脑远程主控端10、第一电力载波调制解调器20和第二电力载波调制解调器40;电脑远程主控端10通过第一电力载波调制解调器20与电源线30通讯连接;温湿度控制终端50通过第二电力载波调制解调器40与电源线30通讯连接。由于博物馆内展示柜为多个,则温湿度控制终端50和第二电力载波调制解调器40均为多个。每一个温湿度控制终端50具有一个设备号。第一电力载波调制解调器20和第二电力载波调制解调器40都连接在220V单相供电线路上。相当于220V单相供电线路作为通讯总线参与到通讯网络中。
通过本实用新型实施例可知,本实用新型的博物馆展示柜温湿度控制系统,由于电脑远程主控端通过第一电力载波调制解调器与电源线通讯,温湿度控制终端通过第二电力载波调制解调器与电源线通讯,利用展示柜必需的供电电源线作为通讯线路,有效通讯距离可达到2.5KM。具有成本低和工作可靠的优点。使博物馆内展示柜温湿度控制系统的结构简单化,提高传输的信号质量;解决了现有的控制系统结构比较复杂或者信号大幅减弱的技术问题。
在本实用新型的另外一个实施例中,如图2所示,电脑远程主控端10包括USB接口转换器12和电脑11;第一电力载波调制解调器20通过USB接口转换器12与电脑11通讯。USB接口转换器12采用PL2303,PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器,可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。电脑11与PL2303进行USB通讯。PL2303和第一电力载波调制解调器20进行串口通讯。第一电力载波调制解调器20将串口接收到的数字信息转换成高频模拟信号,并将该高频信号调制到50Hz的交流供电电源中。从而实现信息的传输。电脑便于长时间进行数据记录和进行时间大尺度纵向分析。工作时,电脑运行上位机软件。上位机软件能够通过串口采集各个结点的温湿度信息并存入EXCEL文档供进一步分析,并实现远程集中控制功能。启动软件后,首先选择USB接口转换器对应的COM口,然后打开串口,将USB接口转换器和上位机软件的MSCOMM控件相连。单击“打开文档”按钮选择或者新建一个EXCEL文档,打开成功后,“打开文档”按钮变为“关闭文档”按钮,单击“开始记录”按钮后,电脑每间隔1分钟存储一次数据到EXCEL文档中。在被控ID文本框中输入设备号,然后选择加热、制冷、加湿、干燥对应的复选框,再单击“发送命令”按钮就可以生成命令包通过MSCOMM控件发送出去,从而控制对应的设备。MSCOMM控件同时通过事件触发的方式接收多个终端发送来的信息,其中温湿度信息会显示在上位机程序界面的表格框中。
在本实用新型的另外一个实施例中,如图3至图6所示,温湿度控制终端50包括辅助集成芯片、单片机最小系统、人机交互装置和继电器驱动装置。单片机最小系统包括单片机51、10K排阻53、看门狗芯片52、复位电路55和晶振电路54;看门狗芯片52的复位端和单片机51的复位端相连,看门狗芯片52的喂狗端和单片机51的IO端口相连;第二电力载波调制解调器40通过串口与单片机51通讯。复位电路55具有电容和电阻,晶振电路54具有晶振和电容。其中单片机51型号为STC89C52,看门狗芯片52型号为MAX813,单片机51在每隔1600ms给看门狗芯片52发送一个喂狗脉冲,否则看门狗芯片52将发送复位脉冲使单片机51复位。第二电力载波调制解调器40的TXD引脚与单片机51的RXD引脚连接;第二电力载波调制解调器40的RXD引脚与单片机51的TXD引脚连接。第二电力载波调制解调器40的型号为KQ-130K,第一电力载波调制解调器20也可采用KQ-130K。
辅助集成芯片包括时钟芯片56、存储芯片58和温湿度传感器57,时钟芯片56、存储芯片58和温湿度传感器57分别连接单片机51,其中时钟芯片56型号为DS1302,存储芯片58型号为AT24C64,温室度传感器57型号为SHT10。时钟芯片56、存储芯片58和温湿度传感器57均通过IIC通讯协议和单片机51通讯。由于所用单片机51没有内部IIC通讯硬件模块,所以单片机51通过编写程序控制IO端口模拟IIC通讯协议。人机交互装置包括液晶显示器59、按键60、报警电路61和指示灯62。报警电路61包括电阻、三极管和蜂鸣器。按键60包括向上按键、向下按键、设置按键和退出按键;指示灯62包括电源显示灯、加热显示灯、制冷显示灯、加湿显示灯和干燥显示灯;人机交互装置还包括用于调节液晶显示器59显示对比度的滑动变阻器和用于限制通过指示灯62的电流的限流电阻。当控制加热装置、制冷装置、加湿装置和干燥装置的继电器闭合时,对应的指示灯就会亮,否则灭。当所述按键功能分别为功能、向上、向下和退出。温湿度控制终端50的主界面下长按设置键会进入设置界面,此时有四个菜单,分别为温度上下限设置、湿度上下限设置、温度补偿值设置、湿度补偿值设置。按退出键会返回主界面。在设置界面下可通过上下键选择要设置的选项,再次按设置键会进入对应的子设置项,进入子设置项后,通过上下按键选择设置对象,通过按住设置键同时按上下键调整设置对象的数值。按退出键返回上个设置界面。在工作界面时,液晶显示器上显示设备地址、当前温度、当前湿度和当前日期时间。
继电器驱动装置包括:加热继电器驱动装置,用于加热,包括光电耦合器70、三极管71、回流二极管73和继电器72;光电耦合器70的发光二极管的一端与供电电源相连,光电耦合器70的发光二极管的另一端与单片机51的IO端口相连;光电耦合器70的受光器的一端接地,光电耦合器70的受光器的另一端连接12V电源和三极管71的基极;三极管71的集电极连接12V电源,三极管71的发射极连接回流二极管73的负极和继电器72的线圈的一端,回流二极管73的正极和线圈的另一端均接地;光电耦合器70、三极管71、回流二极管73和继电器72形成加热驱动电路,加热驱动电路还包括继电器闭合指示灯,继电器闭合指示灯和继电器并联;制冷继电器驱动装置,用于制冷,形成制冷驱动电路;加湿继电器驱动装置,用于加湿,形成加湿驱动电路;干燥继电器驱动装置,用于干燥,形成干燥驱动电路。单片机51通过P2.5口输出低电平时,光电耦合器70的发光管发光,光电三极管耦合导通,即受光器耦合导通,从而使得三极管71的基极变为低电平,由于三极管71为PNP型三极管,从而三极管71导通,使得继电器72得电闭合。同时继电器闭合指示灯亮。反之,当P2.5输出高电平时,继电器72失电断开。
本实用新型还提供了博物馆展示柜温湿度控制系统的程序流程,如图7所示,对温湿度控制终端结点单片机51流程图描述如下:
步骤200:程序初始化:
步骤200-1:全局参数初始化,包括温湿度上下限值、温湿度补偿值、中间标志量。
步骤200-2:DS1302时钟初始化,过程为向电脑远程主控端发送一次请求时间信息,电脑远程主控端发送时间给温湿度控制终端结点,单片机将此时间写入DS1302时钟芯片。
步骤200-3:SHT10初始化。
步骤200-4:LCD12864液晶显示器初始化。
步骤210:看门狗初芯片始化。对看门狗芯片进行第一次喂狗。此次喂狗后,在1.6s内若不喂狗,则看门狗芯片将对单片机进行硬件复位。所以将看门狗初始化写到初始化函数的最后面。
步骤220:喂狗。单片机控制喂狗端口给看门狗芯片发送喂狗脉冲。
步骤230:判断是否接收到电脑传送的上位机数据。若收到数据后,根据命令进行相应动作然后直接跳到步骤290。若未收到命令则向下执行步骤240。
步骤240:调用SHT10读写子程序读取展示柜中的温湿度数值。
步骤250:温湿度处理子程序。具体功能为首先通过补偿值对温湿度数值进行校正后得到较为准确的数值。
步骤260:控制继电器输出。若展示柜温度超过温度上限,则闭合制冷器继电器。若展示柜温度低于温度下限,则闭合加热器继电器。若展示柜湿度超过湿度上限,则闭合加湿器继电器。若展示柜湿度低于湿度下限,则闭合干燥器继电器。
步骤270:调用串口发送子程序,将温湿度数据按照指定协议发送到电脑远程主控端。
步骤280:调用液晶显示子程序,将温湿度数值显示在液晶屏幕上。将继电器断开和闭合状态用LED发光管亮灭表示。
步骤290:判断设置按键是否被按下。若设置按键被按下,则进入步骤300。若设置按键没有被按下,则直接返回步骤220。
步骤300:参数设置子程序。参数设置采用按键扫描程序判断按键按下状态。对温度上下限、湿度上下限和温湿度补偿值进行设置。
步骤310:参数设置完成后,将参数存入24C64存储芯片中,防止掉电丢失。程序返回步骤220。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例,但是,在不脱离本实用新型精神和范围的情况下,仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此,本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种博物馆展示柜温湿度控制系统,包括温湿度控制终端(50)和电脑远程主控端(10),其特征在于,还包括第一电力载波调制解调器(20)和第二电力载波调制解调器(40);所述电脑远程主控端(10)通过所述第一电力载波调制解调器(20)与电源线(30)通讯连接;所述温湿度控制终端(50)通过所述第二电力载波调制解调器(40)与所述电源线(30)通讯连接。
2.根据权利要求1所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述电脑远程主控端(10)包括USB接口转换器(12)和电脑(11);所述第一电力载波调制解调器(20)通过所述USB接口转换器(12)与所述电脑(11)通讯。
3.根据权利要求2所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述USB接口转换器(12)为PL2303。
4.根据权利要求1或2或3所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述温湿度控制终端(50)包括辅助集成芯片、单片机最小系统、人机交互装置和继电器驱动装置。
5.根据权利要求4所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述单片机最小系统包括单片机(51)、10K排阻(53)、看门狗芯片(52)、复位电路(55)和晶振电路(54);所述看门狗芯片(52)的复位端和所述单片机(51)的复位端相连,所述看门狗芯片(52)的喂狗端和所述单片机(51)的IO端口相连;所述第二电力载波调制解调器(40)通过串口与所述单片机(51)通讯。
6.根据权利要求5所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述第二电力载波调制解调器(40)的TXD引脚与所述单片机(51)的RXD引脚连接;所述第二电力载波调制解调器(40)的RXD引脚与所述单片机(51)的TXD引脚连接。
7.根据权利要求5所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述辅助集成芯片包括时钟芯片(56)、存储芯片(58)和温湿度传感器(57),所述时钟芯片(56)、所述存储芯片(58)和所述温湿度传感器(57)分别连接所述单片机(51)。
8.根据权利要求5所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述人机交互装置包括液晶显示器(59)、按键(60)、报警电路(61)和指示灯(62)。
9.根据权利要求8所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述按键(60)包括向上按键、向下按键、设置按键和退出按键;所述指示灯(62)包括电源显示灯、加热显示灯、制冷显示灯、加湿显示灯和干燥显示灯;所述人机交互装置还包括用于调节所述液晶显示器(59)显示对比度的滑动变阻器和用于限制通过所述指示灯(62)的电流的限流电阻。
10.根据权利要求5所述的博物馆展示柜温湿度控制系统,其特征在于,所述继电器驱动装置包括:
加热继电器驱动装置,包括光电耦合器(70)、三极管(71)、回流二极管(73)和继电器(72);所述光电耦合器(70)的发光二极管的一端与供电电源相连,所述光电耦合器(70)的发光二极管的另一端与所述单片机(51)的IO端口相连;所述光电耦合器(70)的受光器的一端接地,所述光电耦合器(70)的受光器的另一端连接12V电源和所述三极管(71)的基极;所述三极管(71)的集电极连接12V电源,所述三极管(71)的发射极连接所述回流二极管(73)的负极和所述继电器(72)的线圈的一端,所述回流二极管(73)的正极和所述线圈的另一端均接地;所述光电耦合器(70)、所述三极管(71)、所述回流二极管(73)和所述继电器(72)形成加热驱动电路;
制冷继电器驱动装置,形成制冷驱动电路;
加湿继电器驱动装置,形成加湿驱动电路;
干燥继电器驱动装置,形成干燥驱动电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021243923A1 (zh) * 2020-06-05 2021-12-09 深圳市爱宝莱照明技术有限公司 信号调制电路、信号解调电路、调制解调模块及电子设备

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