PAGE16論文題目濕度控制系統(tǒng)設(shè)計一、選題背景和意義濕度主要指設(shè)施內(nèi)空氣的相對濕度，它是表示空氣潮濕程度的物理量。濕度是作物最為敏感的因子之一，濕度的大小不僅影響著設(shè)施內(nèi)作物蒸騰與地面蒸發(fā)量,而且直接影響著作物光合強(qiáng)度與病害情況[1］。通常所指的濕度為相對濕度，用RH％表示，用空氣中實際水汽壓與當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。在一定的溫度下在一定的體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥;水汽越多，則空氣越潮濕。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，空氣濕度在各個方面的應(yīng)用也越來越廣泛，且對空氣濕度的要求也越來越高。無論是在溫室栽培、食物儲藏方面，還是醫(yī)療環(huán)境和科學(xué)研究等多方面都需對環(huán)境濕度進(jìn)行測量和控制,濕度測量控制智能化對開展各項工作有著積極的意義。由此可看出，設(shè)計一個高精度、控制簡捷且成本較低的濕度控制系統(tǒng)是有一定的實用意義所在的，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價值。采用濕度傳感器芯片進(jìn)行濕度檢測,用單片機(jī)編程進(jìn)行控制，打破原有的人工控制濕度模式，采用智能化的方式進(jìn)行控制，研制的系統(tǒng)具有小型化，智能化,濕度控制范圍可以根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行設(shè)定.利用單片機(jī)判別特定環(huán)境濕度程度,再進(jìn)行去濕或加濕裝置處理，不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控濕度的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)現(xiàn)如今,濕度控制系統(tǒng)的種類很多且它的實現(xiàn)方式多樣化，可采取基于單片機(jī)、PLC及LabVIEW語言等多種實現(xiàn)方式去實現(xiàn)它的功能.國外早已將濕度控制技術(shù)應(yīng)用到了很多領(lǐng)域,從最先的手動控制到自動控制，再到最后的智能化,向著完全自動化、小型化、低功耗的方向發(fā)展。例如在目前階段，我國大多數(shù)大型的農(nóng)業(yè)溫室大棚已完成了溫濕度檢測控制的設(shè)施的研發(fā)與應(yīng)用.而中小型的大棚還是依靠人工溫濕度判斷與控制，存在著人工氣候裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點，已嚴(yán)重影響了設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展.開發(fā)一種低成本、高效益的濕度控制系統(tǒng)來控制小型大棚濕度將會減少人工勞動負(fù)擔(dān),提高種植業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在濕度檢測控制系統(tǒng)上，我國在國外技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上，雖然與發(fā)達(dá)國家還有一定差距，但也有著很大的進(jìn)步。隨著各個行業(yè)及人民生活等領(lǐng)域?qū)穸葴y量要求不斷提高,各種類型濕度測量儀器不斷涌現(xiàn)。濕度傳感器是濕度檢測控制系統(tǒng)的靈魂,濕度測控系統(tǒng)的性能很大程度上依賴傳感器的特性。濕度傳感器種類繁多，按照濕度傳感器工作原理的不同進(jìn)行分類，一般可分為伸縮式、蒸發(fā)式、露點式、電子式及光電式等多種類型.其中電子式分類是利用材料的電特性與空氣中濕度變化呈現(xiàn)一定的關(guān)系確定氣體濕度.這類濕度傳感器特別適用予自動控制領(lǐng)域,一般可分為電阻式和電容式兩種.另外現(xiàn)如今運用廣泛的集成濕度傳感器，它是微電子技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)發(fā)展的產(chǎn)物，這兩種技術(shù)結(jié)合越來,使得濕度傳感器在功能和微型化方面均有所突破［2］。目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品,從輸出形式來看，大致可將濕度傳感器分成以下三種類型：線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有HIH3605／3610、HMl500／1520。其主要特點是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好,抗污染能力強(qiáng).線性頻率輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HF3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價格低等優(yōu)點。3頻率／溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為HrF3223型。它除具有HF3223的功能以外,還增加了溫度信號輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（NTc）熱敏電阻作為溫度傳感器.當(dāng)環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應(yīng)改變并且從NTc端引出,配上二次儀表即可測出值.除此以外，2002年sen8iron公司在世界上率先研制成功SHTll、SHTl5型智能化濕度／溫度傳感器［3]。廣州奧松電子有限公司推出的DHTll數(shù)字溫濕度傳感器,是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有很高的可靠性與穩(wěn)定性［4]，在DHT11基礎(chǔ)上，推出的DHT21，現(xiàn)更名為AM2301的溫濕度復(fù)合傳感器也得到了廣泛應(yīng)用。在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中,濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù),近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件,也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。總之，隨著計算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用子技術(shù)、傳感器智能化技術(shù)、機(jī)械電子一體化技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的發(fā)展,室內(nèi)濕度檢測已經(jīng)成為各個國家在保養(yǎng)電子元器件、實時監(jiān)測室內(nèi)濕度等國際市場競爭力的前沿性研究領(lǐng)域。三、研究的內(nèi)容及可行性分析1研究內(nèi)容此系統(tǒng)的硬件部分主要將由LED液晶顯示電路、鍵盤控制、報警電路、數(shù)字濕度采集模塊、控制模塊幾大模塊組成。系統(tǒng)通過數(shù)字濕度傳感器采集某特定環(huán)境的濕度,并將采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中，將測量值與設(shè)置的濕度范圍進(jìn)行比較,控制環(huán)境的濕度。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)的主控單元將以AT89S51單片機(jī)作為核心處理器，它是一種帶4節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能MOS8位微處理器［6］.接下來簡要介紹各模塊功能:1）濕度采集模塊系統(tǒng)設(shè)計要求中濕度測量范圍在30~80%RH間，測濕精度為±5％RH,在一些常見的數(shù)字濕度傳感器中，如在SHT11數(shù)字溫濕度傳感器中，測量范圍為0～100％RH,測濕精度在±3％RH，在SHT1x及SHT7x系列溫濕度傳感器中，測濕精度均小于±5%RH,但這些傳感器價格較高，相比之下,DHT11價格在6-7元左右,但它的測試精度過低，與測量系統(tǒng)的精度相同為±5%，故綜合比較之下，選擇性價比較高的AM2301溫濕度傳感器更為符合所要設(shè)計的要求。DHT11濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款含有己校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度測溫元件,并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。2）鍵盤及LED液晶顯示模塊用按鍵來控制電路及顯示值，用LED數(shù)碼管顯示相關(guān)數(shù)值及信息.在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器往往須同時使用，為節(jié)省I/O口線,可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實用的鍵盤、顯示電路。3)報警電路模塊采用蜂鳴器報警，為了區(qū)別,當(dāng)濕度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)高于控制范圍的上限值時，蜂鳴器設(shè)置頻率較高；當(dāng)檢測數(shù)據(jù)低于控制范圍的下限值時,蜂鳴器設(shè)置頻率較低。4）控制模塊該模塊主要是實現(xiàn)加濕及除濕設(shè)備的控制。首先要完成單片機(jī)接收AM2301檢測到由特定環(huán)境當(dāng)前濕度轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號，接著在中斷響應(yīng)中，單片機(jī)要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、判斷是否越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前溫濕度、與設(shè)定值進(jìn)行比較、輸出控制信號等功能。控制模塊即根據(jù)所測濕度的大小如何來控制所測環(huán)境的濕度。本設(shè)計擬用兩個裝置來控制濕度,一個是超聲波加濕器，還有一個是電吹風(fēng)。當(dāng)所測環(huán)境濕度低于設(shè)定的濕度范圍的下限值，單片機(jī)就發(fā)出一條指令信號，驅(qū)動超聲波加濕器，開始加濕。當(dāng)所測濕度高于設(shè)定的濕度范圍的上限值時,單片機(jī)就發(fā)出指令驅(qū)動電吹風(fēng)，使環(huán)境的濕度降低.2可行性分析每個傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在單片機(jī)中,傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。所以使用AM2301完全能夠滿足本設(shè)計的要求[5］圖2。主程序流程圖在這里要考慮濕度控制的一個延時效應(yīng)，當(dāng)室內(nèi)濕度低于所設(shè)濕度下限時（X〈L），控制器自動啟動加濕設(shè)備；當(dāng)濕度上升到設(shè)定濕度時,控制器自動關(guān)閉加濕設(shè)備，為了防止加濕超調(diào)，同時也為了防止加濕設(shè)備頻繁啟動而造成設(shè)備損壞,設(shè)置加濕延時時間為1，蒸發(fā)延時時間為1時，設(shè)備將自動開始定時加濕一分鐘，之后停止一分鐘，使增加濕度自然蒸發(fā).如此循環(huán),直到濕度達(dá)到設(shè)定值。除濕控制同理。四、論文擬解決的關(guān)鍵問題及難點1)濕度測試儀的標(biāo)定，即采用一個高精度的濕度計進(jìn)行對比來檢測該系統(tǒng)設(shè)計的精確度。2）濕度環(huán)境的制造,人工制造出不同的濕度測量范圍,用以檢測該控制系的完善性。 五、研究方法與技術(shù)路線1．文獻(xiàn)查找2．電路理論設(shè)計仿真3.硬件電路調(diào)試4。軟件程序調(diào)試5。與標(biāo)準(zhǔn)濕度計做對比測試論文的進(jìn)度安排201320132014年1月2014年3月底：完成PCB板制作，元器件焊接，硬件調(diào)試和軟件調(diào)試；20142014年4月15日2014年4月七、主要參考文獻(xiàn)［1］梁婧宇.智能溫室環(huán)境溫濕度測控系統(tǒng)的研究與設(shè)計［D]。太原：太原理工大學(xué)，2005。［2]周俊.基于LabVIEW的溫、濕度遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[D]。福建:東南大學(xué)，2009。[3］王方江，李樂超.基于PLC的禽舍溫濕度控制系統(tǒng)[J］.上海電器技術(shù)，2007，（04）：36-40.［4］楊海?；贏T89C52單片機(jī)的藥品庫房溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.機(jī)械與電子,2010，(07):82-83。[5]李俊，張曉東。\o”基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)研究”\t”_blank"基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)研究[J］.http://10。1。136.24/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd＆LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO＆Value=WJSJ*2008＊17&NaviLink=%e5％be％ae%e8％ae%a1％e7％ae％97％e6%9c%ba％e4%bf%a1％e6％81%af"2008，(17）：116—118。[6］張明洋.基于AT89C51單片機(jī)的溫室大棚溫濕度測控系統(tǒng)［J］。黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007，（02）：25-30.［7]易順明.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計[J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（07)：55-58.[8]喻曉莉,楊堅，倪彥。濕度傳感器的選用及發(fā)展趨勢［J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（2)：107—110。[9］沙占友,薛樹琦，葛家怡。濕度傳感器的發(fā)展趨勢[J]。電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29(07)：6-7.［10］倪天龍.單總線傳感器DHT11在溫濕度測控中的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，（06)：60-62。［11］鐘曉偉，宋蟄存?；趩纹瑱C(jī)的實驗室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010，38（01)：39-42。［12]張冬林，林李鑫,戴梅,全雷旺.基于DHT11的低成本蠶室溫濕度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計［J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（18）：14—15。［13]張昱，陸文龍，宋治文.\o”遙控式土壤溫、濕度數(shù)據(jù)采集儀的研制開發(fā)"遙控式土壤溫、濕度數(shù)據(jù)采集儀的研制開發(fā)［J]。http://10.1.136。24/kns50/Navi/Bridge。aspx？DBCode=cjfd＆LinkType=IssueLink＆Field=BaseID*year*issue＆TableName=CJFDYEARINFO&Value=TJNY＊2006*03&NaviLink=％e5%a4％a9％e6%b4%a5%e5%86％9c％e4％b8%9a％e7％a7％91%e5%ad％a6”\t”_blank"2006，（03)：42—43.[14］張艷麗，楊仁弟。HYPERLINK”http://10.1。136。24/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2007&filename=MKZD200703041＆filetitle=%e6%95%b0％e5％ad％97%e6%b8％a9％e6%b9％bf％e5％ba%a6%e4%bc%a0%e6％84％9f%e5％99%a8SHT11％e5%8f%8a％e5%85%b6％e5％ba％94%e7%94％a8"\o"數(shù)字溫濕度傳感器SHT11及其應(yīng)用”\t”_blank”數(shù)字溫濕度傳感器SHT11及其應(yīng)用［J].\t”_blank”工礦自動化,HYPERLINK”http：//10.1。136.24/kns50/Navi/Bridge.aspx？DBCode=cjfd＆LinkType=IssueLink＆Field=BaseID＊year＊issue＆TableName=CJFDYEARINFO＆Value=MKZD*2007*03＆NaviLink=％e5%b7%a5%e7％9f％bf％e8%87％aa%e5%8a%a8%e5％8c%96”\t"_blank”2007,(03)：113—115.[15]蔡用霞，呂曉