PAGE16論文題目濕度控制系統設計一、選題背景和意義濕度主要指設施內空氣的相對濕度，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施內作物蒸騰與地面蒸發量,而且直接影響著作物光合強度與病害情況[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時氣溫下的飽和水汽壓之比的百分數表示。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。隨著現代工農業的發展，空氣濕度在各個方面的應用也越來越廣泛，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，還是醫療環境和科學研究等多方面都需對環境濕度進行測量和控制,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，設計一個高精度、控制簡捷且成本較低的濕度控制系統是有一定的實用意義所在的，具有良好的應用前景和推廣價值。采用濕度傳感器芯片進行濕度檢測,用單片機編程進行控制，打破原有的人工控制濕度模式，采用智能化的方式進行控制，研制的系統具有小型化，智能化,濕度控制范圍可以根據不同的應用環境進行設定.利用單片機判別特定環境濕度程度,再進行去濕或加濕裝置處理，不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控濕度的技術指標,從而能夠大大提高產品的質量。國內外研究現狀、發展動態現如今,濕度控制系統的種類很多且它的實現方式多樣化，可采取基于單片機、PLC及LabVIEW語言等多種實現方式去實現它的功能.國外早已將濕度控制技術應用到了很多領域,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、低功耗的方向發展。例如在目前階段，我國大多數大型的農業溫室大棚已完成了溫濕度檢測控制的設施的研發與應用.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，產業化程度低，環境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點，已嚴重影響了設施農業的大力發展.開發一種低成本、高效益的濕度控制系統來控制小型大棚濕度將會減少人工勞動負擔,提高種植業的經濟效益。在濕度檢測控制系統上，我國在國外技術發展基礎上，雖然與發達國家還有一定差距，但也有著很大的進步。隨著各個行業及人民生活等領域對濕度測量要求不斷提高,各種類型濕度測量儀器不斷涌現。濕度傳感器是濕度檢測控制系統的靈魂,濕度測控系統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行分類，一般可分為伸縮式、蒸發式、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一定的關系確定氣體濕度.這類濕度傳感器特別適用予自動控制領域,一般可分為電阻式和電容式兩種.另外現如今運用廣泛的集成濕度傳感器，它是微電子技術和微電子機械系統（MEMS)發展的產物，這兩種技術結合越來,使得濕度傳感器在功能和微型化方面均有所突破［2］。目前，國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品,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品有HIH3605／3610、HMl500／1520。其主要特點是采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好,抗污染能力強.線性頻率輸出式集成濕度傳感器典型產品為HF3223型。它采用模塊式結構，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、便于配數字電路或單片機、價格低等優點。3頻率／溫度輸出式集成濕度傳感器典型產品為HrF3223型。它除具有HF3223的功能以外,還增加了溫度信號輸出端，利用負溫度系數（NTc）熱敏電阻作為溫度傳感器.當環境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從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數字溫濕度傳感器,是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，具有很高的可靠性與穩定性［4]，在DHT11基礎上，推出的DHT21，現更名為AM2301的溫濕度復合傳感器也得到了廣泛應用。在常規的環境參數中,濕度是最難準確測量的一個參數,近年來，國內外在濕度傳感器研發領域取得了長足進步，為開發新一代濕度測控系統創造了有利條件,也將濕度測量技術提高到新的水平。總之，隨著計算機技術、應用子技術、傳感器智能化技術、機械電子一體化技術和計算機網絡技術研究的發展,室內濕度檢測已經成為各個國家在保養電子元器件、實時監測室內濕度等國際市場競爭力的前沿性研究領域。三、研究的內容及可行性分析1研究內容此系統的硬件部分主要將由LED液晶顯示電路、鍵盤控制、報警電路、數字濕度采集模塊、控制模塊幾大模塊組成。系統通過數字濕度傳感器采集某特定環境的濕度,并將采集的數據送入單片機中，將測量值與設置的濕度范圍進行比較,控制環境的濕度。硬件系統結構如下圖所示：圖1系統結構圖本系統的主控單元將以AT89S51單片機作為核心處理器，它是一種帶4節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）濕度采集模塊系統設計要求中濕度測量范圍在30~80%RH間，測濕精度為±5％RH,在一些常見的數字濕度傳感器中，如在SHT11數字溫濕度傳感器中，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計的要求。DHT11濕敏電容數字溫濕度模塊是一款含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術,確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。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位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。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數碼管顯示相關數值及信息.在單片機應用系統中，鍵盤和顯示器往往須同時使用，為節省I/O口線,可將鍵盤和顯示電路做在一起，構成實用的鍵盤、顯示電路。3)報警電路模塊采用蜂鳴器報警，為了區別,當濕度傳感器檢測到的數據高于控制范圍的上限值時，蜂鳴器設置頻率較高；當檢測數據低于控制范圍的下限值時,蜂鳴器設置頻率較低。4）控制模塊該模塊主要是實現加濕及除濕設備的控制。首先要完成單片機接收AM2301檢測到由特定環境當前濕度轉換而來的數字信號，接著在中斷響應中，單片機要完成數據采集、數字濾波、判斷是否越限、標度轉換處理、繼續顯示當前溫濕度、與設定值進行比較、輸出控制信號等功能。控制模塊即根據所測濕度的大小如何來控制所測環境的濕度。本設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。當所測環境濕度低于設定的濕度范圍的下限值，單片機就發出一條指令信號，驅動超聲波加濕器，開始加濕。當所測濕度高于設定的濕度范圍的上限值時,單片機就發出指令驅動電吹風，使環境的濕度降低.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行校準。校準系數以程序的形式儲存在單片機中,傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。標準單總線接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。所以使用AM2301完全能夠滿足本設計的要求[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，當室內濕度低于所設濕度下限時（X〈L），控制器自動啟動加濕設備；當濕度上升到設定濕度時,控制器自動關閉加濕設備，為了防止加濕超調，同時也為了防止加濕設備頻繁啟動而造成設備損壞,設置加濕延時時間為1，蒸發延時時間為1時，設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.如此循環,直到濕度達到設定值。除濕控制同理。四、論文擬解決的關鍵問題及難點1)濕度測試儀的標定，即采用一個高精度的濕度計進行對比來檢測該系統設計的精確度。2）濕度環境的制造,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、研究方法與技術路線1．文獻查找2．電路理論設計仿真3.硬件電路調試4。軟件程序調試5。與標準濕度計做對比測試論文的進度安排201320132014年1月2014年3月底：完成PCB板制作，元器件焊接，硬件調試和軟件調試；20142014年4月15日2014年4月七、主要參考文獻［1］梁婧宇.智能溫室環境溫濕度測控系統的研究與設計［D]。太原：太原理工大學，2005。［2]周俊.基于LabVIEW的溫、濕度遠程控制系統[D]。福建:東南大學，2009。[3］王方江，李樂超.基于PLC的禽舍溫濕度控制系統[J］.上海電器技術，2007，（04）：36-40.［4］楊海。基于AT89C52單片機的藥品庫房溫濕度控制系統設計［J］.機械與電子,2010，(07):82-83。[5]李俊，張曉東。\o”基于單片機的溫濕度檢測與控制系統研究”\t”_blank"基于單片機的溫濕度檢測與控制系統研究[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單片機的溫室大棚溫濕度測控系統［J］。黎明職業大學學報,2007，（02）：25-30.［7]易順明.基于單片機的大棚溫濕度控制系統設計[J］.現代電子技術，2011，34（07)：55-58.[8]喻曉莉,楊堅，倪彥。濕度傳感器的選用及發展趨勢［J].自動化技術與應用，2009，28（2)：107—110。[9］沙占友,薛樹琦，葛家怡。濕度傳感器的發展趨勢[J]。電子技術應用，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用[J].單片機與嵌入式系統應用，2010，（06)：60-62。［11］鐘曉偉，宋蟄存。基于單片機的實驗室溫濕度控制系統設計［J］.林業機械與木工設備，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的設計［J].現代農業科技，2010，（18）：14—15。［13]張昱，陸文龍，宋治文.\o”遙控式土壤溫、濕度數據采集儀的研制開發"遙控式土壤溫、濕度數據采集儀的研制開發［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"數字溫濕度傳感器SHT11及其應用”\t”_blank”數字溫濕度傳感器SHT11及其應用［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