摘要：智能家居系统技术中的温度检测是智能家居中的非常重要的技术，利用单片机控制各个温度是目前发展的主流。随着社会的快速发展，智能家居的相关技术日趋成熟。其中，家居中的温度检测是非常重要的一个部分。近年来，我国加大了在温湿度控制方面的研究力度，结合目前的技术现状，总体上来看，已经逐步从简单应用的阶段逐步向实用性、综合性、智能化的方向过渡与发展。智能家居要求对温湿度控制系统要实时测量工业现场的温度、湿度，并对数据进行保存记录，所以智能家居温湿度系统的设计尤为重要。
关键词：智能家居 温湿度检测系统 实时测量
The Research and design of temperature and humidity detection system for smart home
1Xu Wanting ，1Deng Yanan ，2Li Zhongwang
(1Department of Electrical Engineering，2Wuhu Institute of Technology ,Wuhu,241006）
Abstract: the temperature detection in the intelligent home system technology is a very important technology in smart home, and it is the mainstream of the current development to use SCM to control the temperature. With the rapid development of society, the related technologies of smart home become more and more mature. Among them, the temperature detection in the home is a very important part. In recent years, China has increased in temperature and humidity control research efforts, combined with the present technical situation, on the whole, has been gradually from the simple application of the phase to the practical, comprehensive and intelligent direction of transition and development. Smart home requires temperature and humidity control system to real-time measure the temperature and humidity in the industrial field, and record the data.Therefore, intelligent home temperature and humidity system design is particularly important.
Key words: intelligent home temperature and humidity detection system real-time measurement
1 系统总体方案总述
根据系统的设计要求和功能要求，结合目前的技术发展趋势，制定出智能家居温度系统的总体结构框图，如图1所示。
图1 智能测温系统系统总体结构框图
通过各种传感器，将室内的湿度、温度、以及水位检测信号输送给单片机，利用单片机水位控制单元、控制温湿度调控器、和加热处理单元，最后在显示单元显示各个监测值，以完成对室内的温度调控。其中温湿度调控器是整个系统最核心的部分。
2 核心装置温湿度调控器的设计
在控制系统中，调节空气的温度和湿度的办法基于水蒸气的气化原理。升温后的水汽化变成水汽，实现对空气进行快速有效的加热。该装置主要是以水作为中间介质，将电能转换成机械能，从而使水雾化。控制器体积较小，便于携带，使用起来较方便，它工作持续时间长，可靠性高，且设置有自动保护功能。
2.1 调控器电路基本工作原理
本系统采用的调控器电路如图2所示。外部220V交流电压加入后，经过变压器降压为48V，再经过晶闸管整流装置D1～D4的整流作用以及C1电容的滤波作用提供电路的工作电源。图中所标示的“检水触点”，是位于储水槽内换能器侧上方的一段裸露的金属丝，当储水器中无水时雾化器不会工作，这样可以防止雾化器因为无水工作而损坏。当储水器中加入适量的水之后，检水触点通过水（可视为准电阻），与换能器的电源正极相连通，Q1将随之导通，电源通过R3、R5、SVR、Q1、W1、L2、R1、R8为Q2管的基极提供偏置电压，此时，由Q2及其外围电容、电感及换能器组成的振荡电路将开始工作。
图2 系统调控器器电路图
控制器的振荡电路主要是用于产生一定的频率和幅度的信号，无需外加输入信号的控制，就可以自动地将直流电能转换为所需要的交流能量输出。振荡电路的分类较多，按照不同的分类原则可以分为不同的种类。本控制系统硬件电路中采用的是由高频压电式陶瓷片TD组成的一种工作振荡电路，如图3所示。该振荡器振荡频率值达到1.7Mz, 晶体三极管与相应的电容共同构成电容三点式振荡器电路。电路中TD具有较大的等效电感，除了决定电路工作频率之外，也同时作为雾化器的工作负载。如果系统中的元件参数有稍许变化，电路仍可以稳定工作于换能器的固有频率；如果在使用过程中需要更换压电陶瓷片，不需要改变电路的其他各参数，振荡器频率可以自动跟随芯片的频率不需要使用者人工调整，十分方便。电路中的电容C6和其左侧电感等效并联，谐振频率将低于工作频率，起到的作用是决定工作振荡器的起振幅度；电路中的电容C4和电感L1等效串联，谐振频率将高于工作频率，主要功能是决定振荡器的反馈量，维持振荡器起振以及较长时间的可靠振荡。此种振荡器可以有效保障雾化器的雾化量，工作起来稳定安全，效率也是比较高的。电路中设置D5管的作用是保护Q2管，防止发生被击穿的事故。
2.2换能器的工作原理
本系统采用的换能器一方面确定了电路的振荡频率，另一方面，把振荡电路的电能转换为机械能，使储水槽中的水被超声波雾化，由风扇从喷口吹出，用于调节电路振荡强度，也就是调节雾化量。使用者、维护人员可以通过调节安装在电路板上的微调电路做适当的微调。
图3 换能器工作电路
3.温度测量系统设计
温度测量是整个智能温度系统的重要一环。
针对本控制系统的实际情况，需要测量的温度值主要有两个：
（1）室内温度测量
温度通过测量装置得到温度并将温度值直接在液晶屏上显示，将实时告知用户室内的实测温度。用户也可以经过用户面板去设定自己想要的室内温度值。
（2）水温度测量
当水温升高，逐渐达到雾化器启动温度值时，单片机接收到启动信号，开始启动超声波雾化器。若未接收到启动信号，雾化器将会停止工作，同时启动加热器件给水加热，实现雾化热水的自动控制，有效避免由于冷水雾化而导致室内温度降低的状况。温度是属于非电物理量，因此，对于温度来说，无论是测量或是控制都需使用温度敏感元件或者相关的传感器。一般传统的做法是采用热电偶、热敏电阻等测温元件。
虽然热电偶和热敏电阻都拥有比较高的测量精度和比较宽的测量范围，成本也相对较低，但是十分容易受到测量场所以及环境的限制，如果在高温条件下或是长期使用的情况下会使得其性能下降，因而需要经常性地检查与更换，给实际应用带来了很大的不方便。所以，基于上述考虑，经过反复论证及实验，本控制系统采用AD公司生产的AD590集成温度传感器，如图4所示。AD590集成度传感器具有精度高、线性度好、高灵敏度、高稳定性的突出优点。另外其体积比较小，价格也适中，使用起来比较方便。
图4 AD590封装形式及其基本应用电路
使用AD590时，一般接线如图5所示
1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V
2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。
图5 AD590一般接线示意图
使用AD590时，应当尽量努力使得增益调整和补偿调整相互独立。本控制系统设计了具有独立调节功能的测温电路，电路图如图6所示。AD590输出电流为（273+T）µA（T为摄氏温度），因此可以测得第一级电路输出电压UO1：
UO1=（273+T）µA×10KΩ=（273+T）×10-2V （1）
考虑到AD590的增益和电阻本身的误差，因此应该对电路进行有针对性的调整。实际调整的方法为：把AD590置于于冰水混合物中，对于A1的电位器R1进行调整，使UO1取到2.732V。也可以在室温25℃的条件下，对于A2的电位器R2进行适当地调整，使得UO2取到-2.732V，对A3的电位器R3进行调整，使得最终输出电压为1.25V，此种调整方法，可以有效保障测量精度。
图6 温度测量电路
3.结论
在智能家居的整体设计中，温度控制是重要的一个组成部分。影响因素很多，包括光热辐射、室内灯光、电器使用过程中散发的热量等等，基于动态的变化因素，智能家居中温度控制适合进行模糊控制，进行模糊化、合成判别算法等程序，以获得较好的系统性能。在必要的情况下，可以进一步改进为可调参数的自适应控制方法。
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*基金项目: 安徽省教育厅2016年校级科技创新团队 智能技术科技创新团队(项目编号：Wzyk2016A04），2016年安徽省科学研究项目 基于多信息融合的智能家居控制系统关键技术研究(项目编号：KJ2017A557）。
论文作者:徐琬婷1,邓延安1,李中望2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/12
标签：电路论文; 温度论文; 测量论文; 温湿度论文; 雾化器论文; 振荡器论文; 工作论文; 《电力设备》2017年第15期论文;