李小斌

（秦皇島港股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

在船舶航行過程中，機艙內的主機、鍋爐、冷卻系統(tǒng)等各類設備的運行會使艙內溫濕度過高或過低，船員在艙內巡檢或維修設備時，會有明顯的不舒適感，影響船員的工作心情，降低工作效率。因此改善船員工作環(huán)境，將艙內溫濕度控制在舒適范圍內是非常必要的。為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及操作方便性，選取了技術成熟的單片機作為主控芯片，與其他控制系統(tǒng)相比造價低廉、運行可靠、操作方便，對船舶艙內控制系統(tǒng)領域具有一定參考意義。

1 船舶艙內溫濕度控制系統(tǒng)設計

據(jù)調查研究，船員對熱環(huán)境相對滿意的溫濕度值相對集中地處于16～27 ℃，40%～80%之間[1]。系統(tǒng)將溫度控制的上下限默認值分別設置為16 ℃和27 ℃，濕度的上下限默認值分別設置為40%和80%。為了使系統(tǒng)更為人性化，滿足不同環(huán)境下、不同人的多樣需求，該系統(tǒng)溫濕度控制上下限可通過按鍵自行調節(jié)。以默認值為例，當單片機監(jiān)測到環(huán)境溫度低于16 ℃時，會觸發(fā)聲光警報器報警，并聯(lián)動控制加熱器的繼電器動作，控制加熱器開始工作，提高環(huán)境溫度，直到溫度高于16 ℃，聲光警報器自動停止報警，控制加熱器的繼電器斷開使加熱器停止工作。當溫度過高、濕度過低、濕度過高工作過程同理?？刂葡到y(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理

1.1 溫濕度傳感器

考慮到Proteus 仿真庫器件限制及船舶實際情況，系統(tǒng)中溫濕度傳感器使用DHT11。這是一款有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，量程濕度5%～95%RH，溫度-20～+60 ℃[2]，可以滿足本系統(tǒng)量程需求。該傳感器內置8 位高性能單片機處理傳感器信號，使得該產品有極高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠適應船舶惡劣的運行環(huán)境。系統(tǒng)在實際應用時可將此傳感器根據(jù)實際情況更換為其他型號或類型的傳感器，例如更換為RS485 通信類型的傳感器，通過TTL 轉RS485 模塊，建立傳感器與單片機通信，即：單片機P3^0 和P3^1 口配置為串口通信模式，通過轉接模塊連接到傳感器A、B 接線端子，按照傳感器通信協(xié)議采集船艙內實時溫濕度數(shù)據(jù)后，由本系統(tǒng)判斷邏輯處理即可。如果現(xiàn)場干擾較大或者通信距離較遠，可以選用開關量輸出的溫濕度傳感器，通過調整溫濕傳感器中的電位器改變其閾值，當溫濕度高于閾值時傳感器輸出對應的開關量信號，單片機通過采集開關信號判斷溫濕度情況，并由本系統(tǒng)判斷邏輯處理即可。

1.2 顯示器件

為了提高系統(tǒng)可視性，方便船員知曉機艙內的實時溫濕度，能根據(jù)需求靈活調整溫濕度控制的上下限，并考慮到需要顯示的信息量不大，最終選用LCD1206 屏幕顯示相關信息。實際應用過程中，如果選取了開關量輸出的溫濕度傳感器，由于無法顯示具體數(shù)值，該顯示器件可以直接省略，簡化系統(tǒng)的同時，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，進一步降低系統(tǒng)造價。

1.3 聯(lián)動繼電器

單片機作為主控芯片，其帶載能力非常弱，為了能控制器其他設備，該系統(tǒng)通過單片機引腳控制放大電路來聯(lián)動各個繼電器動作，達到控制加熱器、風扇、加濕器、除濕器等設備的目的。放大電路可按需控制多型號、多規(guī)格的繼電器，滿足各類需求。由于船舶艙內面積較大，實際應用時需要驅動的加熱器、風扇、加濕器、除濕器等設備遠多于本仿真系統(tǒng)中的數(shù)量，建議通過劃分艙內區(qū)域，安裝多個獨立的溫濕度控制系統(tǒng)的方式控制艙內溫濕度參數(shù)，一方面可以把聯(lián)動壓力均攤到各個獨立溫濕度控制系統(tǒng)上，另一方面增加了全船溫濕度控制的可靠性，避免出現(xiàn)一個單片機損壞，全船溫濕度失控的情況。

2 船舶艙內溫濕度控制系統(tǒng)仿真

為了驗證設計的可行性，使用Proteus 繪制了該系統(tǒng)的仿真原理圖，系統(tǒng)按照以下原理工作運行：單片機通過P1^3 引腳接收到DHT11 芯片檢測的溫度。經程序邏輯判斷，已低于設定值時將控制P1^6 引腳，即HEATER 引腳置低，此時PNP 三極管導通，RL4 繼電器線圈通電吸合后，接在繼電器COM、NO 處的加熱器線路導通，加熱器開始工作，環(huán)境溫度開始逐漸升高。直至環(huán)境溫度高于設定值，單片機將HEATER 引腳置高位，PNP 三極管截止，繼電器復位，加熱器停止工作。當檢測到溫度過高時，將控制P1^6 引腳，即FAN 引腳置低，控制風扇開始排風，流動的空氣將艙內熱量帶走。降低艙內溫度直至低于設定值后，風扇停止工作。船舶艙內溫濕度控制系統(tǒng)仿真結果如圖2 所示，依次為環(huán)境溫度過低、環(huán)境溫度過高、環(huán)境濕度過低、環(huán)境濕度過高時系統(tǒng)繼電器動作結果。式較為簡單，沒有使用PID 調節(jié)，如果環(huán)境溫度恰好處于控制線周圍，可能導致設備頻繁啟停。該系統(tǒng)暫時沒有包含通

圖2 船舶艙內溫濕度控制系統(tǒng)仿真結果

3 結語

隨著科技水平的不斷提高，船員對工作環(huán)境的要求也越來越高，將單片機技術應用在此方向很容易實現(xiàn)船舶艙內溫濕度控制，為船員提供較為舒適的工作環(huán)境。該單片機控制系統(tǒng)運行可靠，操作簡便，很好地滿足了溫濕度控制的需求。但該系統(tǒng)仍然存在部分缺陷，如溫濕度控制線需人工設置，需要長時間摸索積累經驗后才能達到滿意狀態(tài)。目前控制方信功能，無法在集控室遠程操控。仍需在未來的研究中能不斷完善，為改善船員工作環(huán)境貢獻微薄力量。