1、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 。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，

2、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。2、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

3、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

4、，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10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)

5、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。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：1線性電壓輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品有HIH3605/3610 HM1500/1520。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)。2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

6、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、SHT15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

7、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

8、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 MOS位微處理器。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3080%RH間，測濕精度為土 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 0100%RH測濕精度在土 3%RH在SHT1x及 SHT7x系列溫濕度傳感器中，測濕精 度均小于土 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

9、試精度過低，與測量系統(tǒng)的精度相同為土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。DHT1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

10、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

11、， 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。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

12、于所設(shè)濕度下限時(XL),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

13、調(diào)試5. 與標(biāo)準(zhǔn)濕度計做對比測試6、論文的進(jìn)度安排2013 年 10 月 15 日:開始閱讀資料；2013 年 12 月 20 日:完成開題報告，文獻(xiàn)綜述；2014年1月：完成PCB板，原理圖，程序仿真；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;2014年4月3 日:完成畢業(yè)設(shè)計作品及畢業(yè)設(shè)計論文；2014年4月15 日:指導(dǎo)老師修改論文；2014年4月底：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。18123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.基于AT89C52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，(0

14、7):82-83.李俊，張曉東.基于單片機(jī)的溫濕度檢測與控制系統(tǒng)研究J.微計算機(jī)信息,2008，(17):116-118.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,七、主要參考文獻(xiàn)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.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)，2009.2009，28(2

15、):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.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用J.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,10倪天龍.單總線傳感器 DHT11在溫濕度測控中的應(yīng)用J.2010，(06) : 60-62.11 鐘曉偉，宋蟄存.基于單片機(jī)的實驗室溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計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.遙控式土壤溫、濕度數(shù)據(jù)采集儀的研制開發(fā)J.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)2006，(03): 42-43.14 張艷麗，楊仁弟.數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11及其應(yīng)用J.工礦自動化，2007，(03):113-115.15 蔡用霞，呂曉梁，盧佩.基于AT89C51的溫室大棚溫濕度測控系統(tǒng)設(shè)計J.機(jī)械與電子,201