課程設計設計題目：設計題目：孵化室溫濕度監控系統設計系別：自控系班級：測控本091班學號：2023308120學生姓名：劉禮旭指導教師：祝尚臻職稱：講師起止日期：2023年3月5日起——2023年3月16日止沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目：孵化室溫濕度監控系統設計系別自控系班級測控本091班學生姓名劉禮旭學號2023308120指導教師祝尚臻職稱講師課程設計進行地點：實訓F430任務下達時間：12年3月5日起止日期：12年3月5日起——至12年3月16日止教研室主任呂勇軍2023年3月5日批準孵化室控溫控制電路設計1設計主要內容及要求1.1設計目的：〔1〕了解溫濕度檢測和控制技術的根本知識以及電工電子學、單片機、傳感器等相關技術。

〔2〕初步掌握常用測溫、測濕方法的特點和應用場合，并選擇恰當方法應用于本設計。

〔3〕通過學習，具體掌握所選擇測溫、測濕方法和相關傳感器的使用特點和方法。1.2根本要求〔1〕孵化室對溫度有一定要求，溫度是否適宜直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴格控制，主要指標如下：孵化室溫控制在36～42℃，溫度低時啟動電熱器加熱，溫度高時，啟動風扇冷卻。報警指示，當溫度大于42℃或低于36℃時，用聲光報警。孵化室濕度要求保持在相對濕度55％～60％范圍內，超出該范圍要求聲光報警。〔2〕要求設計相關的硬件電路，選擇適宜的傳感器、控制系統和顯示系統。〔3〕要有相應的控制算法〔軟件流程圖〕。1.3發揮局部顯示局部實現人性化設計，遠程監控。2設計過程及論文的根本要求：2.1設計過程的根本要求〔1〕根本局部必須完成，發揮局部可任選；〔2〕符合設計要求的報告一份，其中包括總體設計框圖、電路原理圖各一份；〔3〕報告的電子檔需全班統一存盤上交。2.2課程設計論文的根本要求〔1〕參照畢業設計論文標準打印，包括附錄中的圖紙。工程齊全、不許涂改，不少于4000字。圖紙為A4，所有插圖不允許復印。〔2〕裝訂順序：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文〔設計題目、設計任務、設計思路、設計框圖、各局部電路及相應的詳細的功能分析和重要的參數計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹〕、小結、參考文獻、附錄〔總體設計框圖與電路原理圖〕。3時間進度安排順序階段日期計劃完成內容備注1講解主要設計內容，安排學生查閱資料打分2檢查任務框圖的設計情況打分3檢查整個設計理論方面的準備情況打分4指導學生進行傳感器的選擇打分5進程傳感器及測量電路的硬件電路設計打分6講解原理圖的繪制要求打分7檢查原理圖完成情況，講解及糾正錯誤打分8檢查流程圖的繪制及報告的書寫要求打分9布置辯論打分10辯論、寫報告打分沈陽工程學院傳感器課程設計成績評定表系〔部〕：自控系班級：測控本091班學生姓名：劉禮旭指導教師評審意見評價內容具體要求權重評分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態度工作態度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作。0.25432工作量按期圓滿完成規定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整標準。0.55432指導教師評審成績〔加權分合計乘以12〕分加權分合計指導教師簽名：年月日評閱教師評審意見評價內容具體要求權重評分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力。0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整標準。0.35432評閱教師評審成績〔加權分合計乘以8〕分加權分合計評閱教師簽名：年月日課程設計總評成績分摘要當今時代是一個自動化時代，生產、養殖等好多行業的設備都與計算機密切相關。目前在中國，絕大局部的養殖場的溫濕度的檢測還停留在人工測量和記錄的水平上，沒有一個科學的高技術的測試系統。因此，一個好的養殖場的溫濕度的控制系統，將給養殖場帶來該方面的技術革新。本次課程設計是孵化室溫濕度監控系統的設計，孵化室內的溫度和濕度直接影響出雛率和幼雛的健康，嚴格控制孵化室內的溫濕度極為重要。首先，該系統用一個溫度傳感器LM56，對溫度進行測量，理論上是將溫度控制在36.5度到41.5度之間，而不是直接將溫度控制在36度到42度之間，這樣設定的理由一是減小計算阻值時的誤差，而是對溫度起到一個緩沖作用。通過繼電器來控制加熱器和風扇的啟動與停止。其次，該系統用一個濕敏傳感器KSC-6V，對孵化室內的濕度進行測量，然后通過比擬器來設定濕度范圍。通過繼電器來控制加濕機和風扇的啟動與停止。最后就是顯示模塊的設計。該顯示局部是通過數據采集卡采集傳感器測得的數據而來的。只需用兩個通道1和2，分別采集LM56的Vtemp輸出和KSC-6V的濕度輸出。對于Vtemp需要進行轉換才能得到溫度值；對于KSC-6V，由于其輸出電壓值與相對濕度成線性關系，輸出電壓值即為相對濕度，故不必轉換。最后通過計算機系統就能顯示出當前溫度值和相對濕度值，同時還能看到溫度值和相對濕度值的波形。通過計算機來觀察孵化室內的溫度與濕度，免去了到現場觀察數據的麻煩，同時也節約了人力物力，只需極少的人力即可監控數十個或者更多孵化室的溫度與濕度。對于大中型企業來說，該系統是一個不錯的選擇！總而言之，本系統操作簡單、工作穩定可靠、實用性強、本錢低、節能效果顯著。能更好地適應現代化農業的需要，適用范圍廣，其經濟效益很好，具有較好的推廣價值。關鍵詞計算機；溫濕度；LM56；KSC-6V；數據采集目錄TOC\o"1-3"\h\u16160課程設計任務書 I22986傳感器課程設計成績評定表III11580摘要IV282921設計任務描述6179221.1設計題目6171411.2設計主要內容及要求63911.2.1設計目的 698541.2.2根本要求 6211861.2.3發揮局部 612642設計思路 7287103設計流程圖8299974各局部電路、程序設計及工作過程分析9282374.1濕度控制電路955704.1.1濕敏傳感器結構和工作原理 993674.1.2濕度控制電路的工作原理 10285224.2溫度控制電路11215504.2.1溫度傳感器結構和工作原理 1152764.2.2溫度控制電路的工作原理 1330284.3顯示局部程序設計14119205系統軟件設計局部分析18223676元器件清單19274877主要元器件介紹20327177.1溫控器LM56簡介2077187.2繼電器G3VM-61E1簡介2023987.3電位器3006P-1簡介2110589小結2318197致謝2419646參考文獻2522404附錄A1邏輯電路圖 261設計任務描述1.1設計題目孵化室溫濕度監控系統設計。1.2設計主要內容及要求設計目的〔1〕了解溫濕度檢測和控制技術的根本知識以及電工電子學、單片機、傳感器等相關技術。

〔2〕初步掌握常用測溫、測濕方法的特點和應用場合，并選擇恰當方法應用于本設計。

〔3〕通過學習，具體掌握所選擇測溫、測濕方法和相關傳感器的使用特點和方法。1.2.2根本要求〔1〕孵化室對溫度有一定要求，溫度是否適宜直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴格控制，主要指標如下：孵化室溫控制在36～42℃，溫度低時啟動電熱器加熱，溫度高時，啟動風扇冷卻。報警指示，當溫度大于42℃或低于36℃時，用聲光報警。孵化室濕度要求保持在相對濕度55％～60％范圍內，超出該范圍要求聲光報警。〔2〕要求設計相關的硬件電路，選擇適宜的傳感器、控制系統和顯示系統。〔3〕要有相應的控制算法〔軟件流程圖〕。1.2.3發揮局部顯示局部實現人性化設計，遠程監控。2設計思路首先，該系統用一個溫度傳感器LM56，對溫度進行測量，理論上是將溫度控制在36.5度到41.5度之間，而不是直接將溫度控制在36度到42度之間，這樣設定的理由一是減小計算阻值時的誤差，而是對溫度起到一個緩沖作用。通過繼電器來控制加熱器和風扇的啟動與停止。其次，該系統用一個濕敏傳感器KSC-6V，對孵化室內的濕度進行測量，然后通過比擬器來設定濕度范圍。通過繼電器來控制加濕機和風扇的啟動與停止。最后就是顯示模塊的設計。該顯示局部是通過數據采集卡采集傳感器測得的數據而來的。只需用兩個通道1和2，分別采集LM56的Vtemp輸出和KSC-6V的濕度輸出。對于Vtemp需要進行轉換才能得到溫度值；對于KSC-6V，由于其輸出電壓值與相對濕度成線性關系，輸出電壓值即為相對濕度，故不必轉換。最后通過計算機系統就能顯示出當前溫度值和相對濕度值，同時還能看到溫度值和相對濕度值的波形。通過計算機來觀察孵化室內的溫度與濕度，免去了到現場觀察數據的麻煩，同時也節約了人力物力，只需極少的人力即可監控數十個或者更多孵化室的溫度與濕度。3設計流程圖加熱器電源繼電器LM56比擬結果1加熱器電源繼電器LM56室內溫度風扇電源繼電器不同阻值定比擬結果2風扇電源繼電器不同范圍傳感器電壓輸出數據采集數據采集溫濕度顯示溫濕度顯示換算公式由電位器控制的電壓值由電位器控制的電壓值加濕器電源加濕器電源傳感器繼電器比擬器電壓輸出繼電器比擬器KSC-6VKSC-6V室內相對濕度繼電器比擬器繼電器比擬器風扇電源由電位器控制的電壓值風扇電源由電位器控制的電壓值4各局部電路、程序設計及工作過程分析4.1濕度控制電路濕度控制電路如圖4.1所示。圖4.1溫度控制電路4.1.1濕敏傳感器結構和工作原理KSC-6V型濕度傳感器基于濕敏電容與環境相對濕度的關系，采用CMOS集成電路作振蕩器。具有線路簡單、工作可靠、制作本錢底，抗干擾能力強、靜態功耗低、振蕩電路轉換特性好、雙振蕩器在同一芯片上特性相同等優點。電路方框圖如圖4.1.1.1所示。低頻振蕩器濾波門電路濕敏元件低頻振蕩器濾波門電路濕敏元件穩壓電源標準輸出穩壓電源標準輸出圖4.1.1.1濕敏傳感器電路方框圖將濕敏元件作為一個電容器，置于RC振蕩電路中，由于它的電容容量較小，容量變化范圍也較小，為了減少外界干擾和引線較長而帶來的分布電容的影響，將元件直接裝在探頭上，探頭內裝上所需的電路，直接將濕敏元件的電容信號轉換成電壓信號輸出。由雙單穩態觸發器及RC組成雙振蕩器。其中一支路由固定電阻及濕敏元件組成；另一支路由多圈電位器及固定電容組成。設定在0%RH時，濕敏元件振蕩支路產生一固定脈沖寬度的方波，另一振蕩支路通過調整電位器使其方波與其濕敏元件支路的脈沖寬度相同，從而使兩信號差為零。當相對濕度發生變化時，濕敏元件的容量也隨之而變化，從而引起方波的脈沖寬度作相應的變化。這兩個信號差通過RC濾波，再經標準化處理，得到電壓輸出，就是我們所需要的相對濕度。KSC-6V型濕度傳感器的濕度——電壓特性測試曲線見圖4.1.1.2。其輸出靈敏度為1mV/RH。圖4.1.1.2KSC-6V型濕度傳感器的濕度——電壓特性測試曲線該傳感器主要用于測濕。所以采用了通用優質“O〞型膠圈，在傳感器兩端進行密封。前頭采用透氣性較好的粉末冶金作護罩，外殼、前后接頭采用鋁材料，進行陽極氧化處理，從而使傳感器隔離高濕環境，也對減少電磁屏蔽，減輕重量，控制本錢起了很大的作用。4.1.2濕度控制電路的工作原理濕度傳感器應用的電路原理圖如圖4.1所示。傳感器的相對濕度值0~100%，所對應的輸出信號為0~100mV。將傳感器輸出信號分成三路分別接在U1A的反相輸入端，U1B的同相輸入端和插針的1腳上。U1A和U1B為開環應用，作為電壓比擬器只將RP1和RP2調整到適當的位置，當相對濕度下降時，傳感器輸出電壓值也隨著下降；當降到設定值55%時，U1A的輸出腳電位將突然升高，使VT1導通，同時D1發光，繼電器U4吸合，接通加濕器。數顯示局部見4.3節。在顯示局部，報警器發出聲音，同時指示燈亮。相對濕度值繼續上升，如超過設定值60%時，U1B的輸出腳將突然升高，使VT2導通，同時D2發光，表示空氣太潮濕，繼電器吸合，接通排風扇，排除空氣中的潮氣。相對濕度降到低于60%的某值時，繼電器釋放，排氣扇停止工作。這樣室內的濕度就可以控制在55%到60%內。4.2溫度控制電路濕度控制電路如圖4.2所示。圖4.2溫度控制電路4.2.1溫度傳感器結構和工作原理LM56是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限〔和〕是由三個外部電阻對內部的1.25V帶隙基準電壓的方法產生的。LM56有兩個數字輸出OUT1和OUT2，當溫度超過T1時，OUT1變低；而當溫度低于〔T1-〕時，OUT1又變高；同樣地，當溫度超過T2時，OUT2變低；而當溫度低于〔〕時，OUT2又變高。內部設置為。內置溫度傳感器輸出電壓表達式為LM56的主要特點是：數字輸出支持TTL邏輯電平。內置溫度傳感器和電壓基準。內置兩個具有滯回的比擬器。電源電壓：2.7~10V。電源電流：230uA〔最大值〕。滯回溫度：。LM56的內部原理框圖如圖4.2.1.1所示。圖4.2.1.1LM56的內部原理框圖主要技術參數特性曲線。LM56的溫控器輸出〔OUT1、OUT2〕傳輸函數如圖4.2.1.2所示。4.2.1.2LM56的溫控器輸出〔OUT1、OUT2〕傳輸函數4.2.2溫度控制電路的工作原理溫度傳感器應用的電路原理圖如圖4.2所示。傳感器輸出信號OUT1用于控制風扇，OUT2用于控制加熱器，接到J4插針的1腳上，該腳再接到數據采集的1通道。LM56的局部接線圖如圖4.2.2.1所示，因為VT1=1.250Vx(R1)/(R1+R2+R3)，VT2=1.250Vx(R1+R2)/(R1+R2+R3)，(R1+R2+R3)=27kΩ，VT1orT2=[6.20mV/°CxT]+395mV，R1=VT1/(1.25V)x27kΩ，R2=(VT2/(1.25V)x27k)Ω–R1，R3=27kΩ?R1?R2。由于計算阻值時會產生誤差，還有就是溫度有緩沖時間，為了將孵化室的溫度控制在36℃到42℃之內，故留出0.5℃，即理論溫度范圍是36.5℃到41.5℃。由此可得：從而，當傳感器檢測到的溫度高于41.5℃時，OUT1和OUT2都輸出低電平，此時Q2導通，繼電器吸合，風扇工作，Q3截止，加熱器不工作；當傳感器檢測到的溫度低于〔〕=〔〕=36.5℃時，OUT1和OUT2都輸出高電平，Q2截止，風扇不工作，Q3導通，繼電器吸合，加熱器工作。該溫度傳感器的缺乏之處是，加熱器和風扇總是交替工作，這主要是由于LM56的精度太低，即=5℃太大引起的。圖4.2.2.1LM56的局部接線圖4.3顯示局部程序設計顯示局部的程序設計是基于虛擬儀器而來的。程序框圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1溫濕度顯示與報警程序設計框圖該程序運用雙通道數據采集，通道1用于采集溫度，通道2用于采集濕度。需要注意的是，兩個通道采集的模擬量實際上都是電壓值，電壓值和溫度，濕度都有一一對應的關系。首先，將采集到的信號進行濾波處理，處理后的溫度信號進行轉換，調用公式函數，其設置如圖4.3.2所示。轉換后的結果即為當前孵化室的室溫。然后分別用波形圖和數值顯示器顯示溫度波形和實時溫度。再用兩個比擬函數，將實時溫度分別與42℃和36℃進行比擬，當孵化室溫度高于42℃或者低于36℃時，報警燈變亮，同時發出報警聲。處理后的濕度信號即為當前孵化室的相對濕度。然后分別用波形圖和數值顯示器顯示濕度波形和實時濕度。再用兩個比擬函數，將實時濕度分別與60和55進行比擬，當孵化室濕度高于60或者低于55時，報警燈變亮，同時發出報警聲。其前面板框圖如圖4.3.3所示。圖4.3.2溫度傳感器采集到的電壓值與溫度的轉換公式圖4.3.3孵化室溫濕度監控系統顯示局部5系統軟件設計局部分析軟件局部設計是基于虛擬儀器的軟件工具LabviEW。軟件設計流程圖如圖5.1所示。燈亮，發出警報判斷是否在設定范圍內濕度波形圖實時濕度燈亮，發出警報判斷是否在設定范圍內溫度波形圖實時溫度公式轉換濾波器濾波器信號拆分DAQ助手溫度信號濕度信號燈亮，發出警報判斷是否在設定范圍內濕度波形圖實時濕度燈亮，發出警報判斷是否在設定范圍內溫度波形圖實時溫度公式轉換濾波器濾波器信號拆分DAQ助手溫度信號濕度信號否否圖5.1軟件設計流程圖6元器件清單名稱型號數量備注濕敏傳感器KSC-6V1電阻貼片電阻假設干220歐姆電阻貼片電阻假設干1K電阻貼片電阻114K電阻貼片電阻113K電阻貼片電阻1100K電阻貼片電阻250K插針假設干直流電源插座DC-0051電位器3006P-1250K比擬器LM3581溫控器LM561二極管1N40072繼電器G3VM-61E14三極管2N39061三極管2N39041三極管90132發光二極管貼片2電容貼片電容10nF加濕器1加熱器1風扇17主要元器件介紹7.1溫控器LM56簡介LM56是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限〔和〕是由三個外部電阻對內部的1.25V帶隙基準電壓的方法產生的。關于LM56的詳細介紹請參考4.2.1節。7.2繼電器G3VM-61E1簡介繼電器G3VM-61E1的形狀如圖7.2.1所示。圖7.2.1繼電器G3VM-61E1的封裝形式繼電器內部結構如圖7.2.2所示。繼電器內部結構該繼電器