湿度控制系统设计开题报告

10论文题目湿度控制系统设计一、选题背景和意义湿度主要指设施内空气的相对湿度，它是表示空气潮湿程度的物理量。湿度是作物最为敏感的因子之一，湿度的大小不仅影响着设施内作物蒸腾与地面蒸发量，而且直接影响着作物光合强度与病害情况[1]。通常所指的湿度为相对湿度，用RH%表示，用空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比的百分数表示。在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥;水汽越多，则空气越潮湿。随着现代工农业的发展，空气湿度在各个方面的应用也越来越广泛，且对空气湿度的要求也越来越高。无论是在温室栽培、食物储藏方面，还是医疗环境和科学研究等多方面都需对环境湿度进行测量和控制，湿度测量控制智能化对开展各项工作有着积极的意义。由此可看出，设计一个高精度、控制简捷且成本较低的湿度控制系统是有一定的实用意义所在的，具有良好的应用前景和推广价值。采用湿度传感器芯片进行湿度检测，用单片机编程进行控制，打破原有的人工控制湿度模式，采用智能化的方式进行控制，研制的系统具有小型化，智能化，湿度控制范围可以根据不同的应用环境进行设定。利用单片机判别特定环境湿度程度，再进行去湿或加湿装置处理，不仅具有控制方便、简单、灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。二、国内外研究现状、发展动态现如今，湿度控制系统的种类很多且它的实现方式多样化，可采取基于单片机、PLC及LabVIEW语言等多种实现方式去实现它的功能。国外早已将湿度控制技术应用到了很多领域，从最先的手动控制到自动控制，再到最后的智能化，向着完全自动化、小型化、低功耗的方向发展。例如在目前阶段，我国大多数大型的农业温室大棚已完成了温湿度检测控制的设施的研发与应用。而中小型的大棚还是依靠人工温湿度判断与控制，存在着人工气候装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点，已严重影响了设施农业的大力发展。开发一种低成本、高效益的湿度控制系统来控制小型大棚湿度将会减少人工劳动负担，提高种植业的经济效益。在湿度检测控制系统上，我国在国外技术发展基础上，虽然与发达国家还有一定差距，但也有着很大的进步。随着各个行业及人民生活等领域对湿度测量要求不断提高,各种类型湿度测量仪器不断涌现。湿度传感器是湿度检测控制系统的灵魂，湿度测控系统的性能很大11程度上依赖传感器的特性。湿度传感器种类繁多，按照湿度传感器工作原理的不同进行分类，一般可分为伸缩式、蒸发式、露点式、电子式及光电式等多种类型。其中电子式分类是利用材料的电特性与空气中湿度变化呈现一定的关系确定气体湿度。这类湿度传感器特别适用予自动控制领域，一般可分为电阻式和电容式两种。另外现如今运用广泛的集成湿度传感器，它是微电子技术和微电子机械系统（MEMS)发展的产物，这两种技术结合越来，使得湿度传感器在功能和微型化方面均有所突破[2]。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品，从输出形式来看，大致可将湿度传感器分成以下三种类型：1线性电压输出式集成湿度传感器典型产品有HIH3605／3610、HMl500／1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。2线性频率输出式集成湿度传感器典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。3频率／温度输出式集成湿度传感器典型产品为HrF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数(NTc)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTc端引出，配上二次仪表即可测出值。除此以外，2002年sen8iron公司在世界上率先研制成功SHTll、SHTl5型智能化湿度／温度传感器[3]。广州奥松电子有限公司推出的DHTll数字温湿度传感器，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有很高的可靠性与稳定性[4]，在DHT11基础上，推出的DHT21，现更名为AM2301的温湿度复合传感器也得到了广泛应用。在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数，近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。总之，随着计算机技术、应用子技术、传感器智能化技术、机械电子一体化技术和计算机网络技术研究的发展，室内湿度检测已经成为各个国家在保养电子元器件、实时监测室内湿度等国际市场竞争力的前沿性研究领域。三、研究的内容及可行性分析1研究内容此系统的硬件部分主要将由LED液晶显示电路、键盘控制、报警电路、数字湿12度采集模块、控制模块几大模块组成。系统通过数字湿度传感器采集某特定环境的湿度，并将采集的数据送入单片机中，将测量值与设置的湿度范围进行比较，控制环境的湿度。硬件系统结构如下图所示：图1系统结构图本系统的主控单元将以AT89S51单片机作为核心处理器，它是一种带4节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能MOS8位微处理器[6]。接下来简要介绍各模块功能：1）湿度采集模块系统设计要求中湿度测量范围在30~80%RH间，测湿精度为±5％RH，在一些常见的数字湿度传感器中，如在SHT11数字温湿度传感器中，测量范围为0~100%RH，测湿精度在±3％RH，在SHT1x及SHT7x系列温湿度传感器中，测湿精度均小于±5％RH，但这些传感器价格较高，相比之下，DHT11价格在6-7元左右，但它的测试精度过低，与测量系统的精度相同为±5％，故综合比较之下，选择性价比较高的AM2301温湿度传感器更为符合所要设计的要求。DHT11湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。2）键盘及LED液晶显示模块13用按键来控制电路及显示值，用LED数码管显示相关数值及信息。在单片机应用系统中，键盘和显示器往往须同时使用，为节省I/O口线，可将键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。3）报警电路模块采用蜂鸣器报警，为了区别，当湿度传感器检测到的数据高于控制范围的上限值时，蜂鸣器设置频率较高；当检测数据低于控制范围的下限值时，蜂鸣器设置频率较低。4）控制模块该模块主要是实现加湿及除湿设备的控制。首先要完成单片机接收AM2301检测到由特定环境当前湿度转换而来的数字信号，接着在中断响应中，单片机要完成数据采集、数字滤波、判断是否越限、标度转换处理、继续显示当前温湿度、与设定值进行比较、输出控制信号等功能。控制模块即根据所测湿度的大小如何来控制所测环境的湿度。本设计拟用两个装置来控制湿度，一个是超声波加湿器，还有一个是电吹风。当所测环境湿度低于设定的湿度范围的下限值，单片机就发出一条指令信号，驱动超声波加湿器，开始加湿。当所测湿度高于设定的湿度范围的上限值时，单片机就发出指令驱动电吹风，使环境的湿度降低。2可行性分析每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。所以使用AM2301完全能够满足本设计的要求[5]。14图2.主程序流程图在这里要考虑湿度控制的一个延时效应，当室内湿度低于所设湿度下限时（XL），控制器自动启动加湿设备；当湿度上升到设定湿度时，控制器自动关闭加湿设备，为了防止加湿超调，同时也为了防止加湿设备频繁启动而造成设备损坏，设置加湿延时时间为1，蒸发延时时间为1时，设备将自动开始定时加湿一分钟，之后停止一分钟，使增加湿度自然蒸发。如此循环，直到湿度达到设定值。除湿控制同理。15四、论文拟解决的关键问题及难点1）湿度测试仪的标定，即采用一个高精度的湿度计进行对比来检测该系统设计的精确度。2）湿度环境的制造，人工制造出不同的湿度测量范围，用以检测该控制系的完善性。五、研究方法与技术路线1．文献查找2．电路理论设计仿真3.硬件电路调试4.软件程序调试5.与标准湿度计做对比测试六、论文的进度安排2013年10月15日：开始阅读资料；2013年12月20日：完成开题报告，文献综述；2014年1月：完成PCB板，原理图，程序仿真；2014年3月底：完成PCB板制作，元器件焊接，硬件调试和软件调试；2014年4月3日：完成毕业设计作品及毕业设计论文；2014年4月15日：指导老师修改论文；2014年4月底：准备毕业答辩。16七、主要参考文献[1]梁婧宇.智能温室环境温湿度测控系统的研究与设计[D].太原：太原理工大学，2005.[2]周俊.基于LabVIEW的温、湿度远程控制系统[D].福建：东南大学，2009.[3]王方江，李乐超.基于PLC的禽舍温湿度控制系统[J].上海电器技术，2007，(04)：36-40.[4]杨海.基于AT89C52单片机的药品库房温湿度控制系统设计[J].机械与电子，2010，(07)：82-83.[5]李俊，张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统研究[J].微计算机信息，2008，(17)：116-118.[6]张明洋.基于AT89C51单片机的温室大棚温湿度测控系统[J].黎明职业大学学报，2007，（02)：25-30.[7]易顺明.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术，2011，34(07)：55-58.[8]喻晓莉，杨坚，倪彦.湿度传感器的选用及发展趋势[J].自动化技术与应用，2009，28(2)：107-110.[9]沙占友，薛树琦，葛家怡.湿度传感器的发展趋势[J].电子技术应用，2003，29(07)：6-7.[10]倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2010，(06)：60-62.[11]钟晓伟，宋蛰存.基于单片机的实验室温湿度控制系统设计[J].林业机械与木工设备，2010，38(01)：39-42.[12]张冬林，林李鑫，戴梅，全雷旺.基于DHT11的低成本蚕室温湿度自动控制系统的设计[J].现代农业科技，2010，（18)：14-15.[13]张昱，陆文龙，宋治文.遥控式土壤温、湿度数据采集仪的研制开发[J].天津农业科学,2006，(03)：42-43.[14]张艳丽，杨仁弟.数字温湿度传感器SHT11及其应用[J].工矿自动化,2007，(03)：113-115.[15]蔡用霞，吕晓梁，卢佩.基于AT89C51的温室大棚温湿度测控系统设计[J].机械与电子，2010，(13)：79-80.[16]K.Nagaya,T.Senbongi,Y.Li,J.Zheng,I.Murakami.Highenergyefficiencydesiccantassistedautomobileair-conditioneranditstemperatureandhumiditycontrolsystem[J].AppliedThermalEngineering,2006,(26):109-115.