关键词：单片机；户外端子箱；晶闸管；PID算法；温度；

1　概述

变电站户外端子箱是一次设备与继保小室内保护、测控等设备的中间环节，电流回路、电压回路、控制回路、测量回路等多种重要二次回路都在户外端子箱内转接。户外端子箱内的温、湿度环境与二次回路的绝缘性能以及老化速度直接相关，在雨季潮湿环境下户外端子箱内凝露积水情况下，二次回路绝缘下降，直流接地或短路；端子箱内长期处于潮湿环境，也会加快端子螺丝、连片生锈，造成二次回路接触不良、发热或开路，存在导致保护拒动或误动的风险。为维护户外端子箱内二次回路的安全运行，维持端子箱内良好的温、湿度环境，对户外端子箱采取防凝露措施具有重要意义。

为解决户外端子箱容易受潮的问题，在户外端子箱内装设温、湿度控制系统是最常用的技术手段。温、湿度控制系统检测端子箱内温、湿度的情况，当端子箱内凝露以及温度过低时，控制器启动加热器运行提高端子箱内温度防止凝露产生。当户外端子箱内温、湿度条件不满足时，加热器自动停止加热，控制器继续对户外端子箱内部温、湿度进行监测。在实际运行中发现，从厂家购买的驱潮设备普遍存在易坏且损坏后需整块更换的问题。本文提出设计一款户外端子箱智能温、湿度控制系统，目标是采用严谨的控制算法以及高可靠性的控制器，研发一套效果良好，不易损坏的温、湿度控制系统。

2　设计思路

根据凝露形成机理，一般采用两种方法来控制凝露形成：第一种是通过热交换器将端子箱内空气的水蒸气冷凝成水珠，排出端子箱；第二种是加热端子箱内空气温度，降低相对湿度防止凝露。本文选用第二种方式进行控制。该户外端子箱智能温、湿度控制系统以单片机作为主控制器，以编程的方法实现数字PID控制算法，控制器将温湿度传感器反馈量通过算法处理后，输出给执行器（晶闸管）进行加热或凝露任务。不间断的反馈与不间断的任务执行，形成一个闭环的控制系统，确保端子箱内温、湿度保持在最佳状态。采用严谨的控制算法以最少的动作次数达到最优的控制效果，同时改用晶闸管作为执行器解决继电器触头拉弧损坏的问题。

3　实现方案

3.1　智能温、湿度控制系统结构

智能温、湿度控制系统包括单片机微控制器、箱内温湿度传感器、地址编码器、A/D转换模块、显示接口、驱动接口、加热器组件等，其系统结构图如图1所示：

设计一个电源模块将端子箱内的220V交流转换成系统所需的工作电源，为系统各个模块供电。箱内温湿度传感器经光电隔离后接入单片机微控制器经过A/D转换后，采集到端子箱内温度、湿度数据。显示接口与单片机相连，将单片机微控制器采集到的温度、湿度数据显示出来。单片机微控制器根据温度、湿度数据以及设定值驱动加热器进行加热，以实现防止端子箱内凝露。

3.2　PID控制算法

将系统检测到的温、湿度实测值与程序设定值进行比较，通过单片机编程的方法实现数字PID控制，调节实测值与程序设定值之间的偏差以及偏差值作为控制依据，控制晶闸管的导通角的大小以调整加热器两端的电压，达到控制加热器输出功率进行温度控制的目的。