湿度控制新版专业系统设计开题报告.doc

论文题目
湿度控制系统设计
一、选题背景和意义
湿度关键指设施内空气相对湿度，它是表示空气潮湿程度物理量。湿度是作物最为敏感因子之一，湿度大小不仅影响着设施内作物蒸腾和地面蒸发量，而且直接影响着作物光合强度和病害情况[1]。通常所指湿度为相对湿度，用RH%表示，用空气中实际水汽压和当初气温下饱和水汽压之比百分数表示。在一定温度下在一定体积空气里含有水汽越少，则空气越干燥;水汽越多，则空气越潮湿。
伴随现代工农业发展，空气湿度在各个方面应用也越来越广泛，且对空气湿度要求也越来越高。不管是在温室栽培、食物储藏方面，还是医疗环境和科学研究等多方面全部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主动意义。由此可看出，设计一个高精度、控制简捷且成本较低湿度控制系统是有一定实用意义所在，含有良好应用前景和推广价值。
采取湿度传感器芯片进行湿度检测，用单片机编程进行控制，打破原有人工控制湿度模式，采取智能化方法进行控制，研制系统含有小型化，智能化，湿度控制范围能够依据不一样应用环境进行设定。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，不仅含有控制方便、简单、灵活性大等优点，而且能够大幅度提升被控湿度技术指标，从而能够大大提升产品质量。
二、 中国外研究现实状况、发展动态
现现在，湿度控制系统种类很多且它实现方法多样化，可采取基于单片机、PLC及LabVIEW语言等多个实现方法去实现它功效。国外早已将湿度控制技术应用到了很多领域，从最先手动控制到自动控制，再到最终智能化，向着完全自动化、小型化、低功耗方向发展。比如在现在阶段，中国大多数大型农业温室大棚已完成了温湿度检测控制设施研发和应用。而中小型大棚还是依靠人工温湿度判定和控制，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大力发展。开发一个低成本、高效益湿度控制系统来控制小型大棚湿度将会降低人工劳动负担，提升种植业经济效益。在湿度检测控制系统上，中国在国外技术发展基础上，即使和发达国家还有一定差距，但也有着很大进步。
伴随各个行业及人民生活等领域对湿度测量要求不停提升,多种类型湿度测量仪器不停涌现。湿度传感器是湿度检测控制系统灵魂，湿度测控系统性能很大
程度上依靠传感器特征。湿度传感器种类繁多，根据湿度传感器工作原理不一样进行分类，通常可分为伸缩式、蒸发式、露点式、电子式及光电式等多个类型。其中电子式分类是利用材料电特征和空气中湿度改变展现一定关系确定气体湿度。这类湿度传感器尤其适用予自动控制领域，通常可分为电阻式和电容式两种。另外现现在利用广泛集成湿度传感器，它是微电子技术和微电子机械系统（MEMS)发展产物，这两种技术结合越来，使得湿度传感器在功效和微型化方面全部有所突破[2]。现在，国外生产集成湿度传感器关键厂家及经典产品，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
经典产品有HIH3605／3610、HMl500／1520。其关键特点是采取恒压供电，内置放大电路，能输出和相对湿度呈百分比关系伏特级电压信号，响应速度快，反复性好，抗污染能力强。
2 线性频率输出式集成湿度传感器
经典产品为HF3223型。它采取模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器。这种传感器含有线性度好、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
经典产品为HrF3223型。它除含有HF3223功效以外，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。当环境温度改变时，其电阻值也对应改变而且从NTc端引出，配上二次仪表即可测出值。
除此以外，sen8iron企业在世界上率先研制成功SHTll、SHTl5型智能化湿度／温度传感器[3]。广州奥松电子推出DHTll数字温湿度传感器，是一款含有已校准数字信号输出温湿度复合传感器。它应用专用数字模块采集技术和温湿度传感技术，含有很高可靠性和稳定性[4]，在DHT11基础上，推出DHT21，现更名为AM2301温湿度复合传感器也得到了广泛应用。
在常规环境参数中,湿度是最难正确测量一个参数，多年来,中国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发明了有利条件,也将湿度测量技术提升到新水平。总而言之，伴随计算机技术、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前沿性研究领域。
三、研究内容及可行性分析
1 研究内容
此系统硬件部分关键将由LED液晶显示电路、键盘控制、报警电路、数字湿度采集模块、控制模块几大模块组成。系统经过数字湿度传感器采集某特定环境湿度，并将采集数据送入单片机中，将测量值和设置湿度范围进行比较，控制环境湿度。硬件系统结构以下图所表示：

图1 系统结构图
本系统主控单元将以AT89S51单片机作为关键处理器，它是一个带4节闪烁可编程可擦除只读存放器低电压、高性能MOS8位微处理器[6]。接下来简明介绍各模块功效：
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，在部分常见数字湿度传感器中，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，但它测试精度过低，和测量系统精度相同为±5％，故综合比较之下，选择性价比较高AM2301温湿度传感器更为符合所要设计要求。
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温湿度复合传感器。它应用专用数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品含有极高可靠性和卓越长久稳定性。传感器包含一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并和一个高性能8位单片机相连接。所以该产品含有品质卓越、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
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，组成实用键盘、显示电路。
3）报警电路模块
采取蜂鸣器报警，为了区分，当湿度传感器检测到数据高于控制范围上限值时，蜂鸣器设置频率较高；当检测数据低于控制范围下限值时，蜂鸣器设置频率较低。
4）控制模块
该模块关键是实现加湿及除湿设备控制。首先要完成单片机接收AM2301检测到由特定环境目前湿度转换而来数字信号，接着在中止响应中，单片机要完成数据采集、数字滤波、判定是否越限、标度转换处理、继续显示目前温湿度、和设定值进行比较、输出控制信号等功效。控制模块即依据所测湿度大小怎样来控制所测环境湿度。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湿度范围下限值，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湿度范围上限值时，单片机就发出指令驱动电吹风，使环境湿度降低。
2 可行性分析
每个传感器全部在极为正确湿度校验室中进行校准。校准系数以程序形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号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。超小体积、极低功耗，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应用场所最好选择。所以使用AM2301完全能够满足本设计要求[5]。

图2.主程序步骤图
在这里要考虑湿度控制一个延时效应，当室内湿度低于所设湿度下限时（X<L），控制器自动开启加湿设备；当湿度上升到设定湿度时，控制器自动关闭加湿设备，为了预防加湿超调，同时也为了预防加湿设备频繁开启而造成设备损坏，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，以后停止一分钟，使增加湿度自然蒸发。如此循环，直到湿度达成设定值。除湿控制同理。
四、论文拟处理关键问题及难点
1）湿度测试仪标定，即采取一个高精度湿度计进行对比来检测该系统设
计正确度。
2）湿度环境制造，人工制造出不一样湿度测量范围，用以检测该控制系
完善性。

五、研究方法和技术路线
1．文件查找
2．电路理论设计仿真
3. 硬件电路调试
4. 软件程序调试
5. 和标准湿度计做对比测试

六、 论文进度安排
10月15日： 开始阅读资料；
12月20日： 完成开题汇报，文件综述；
1月： 完成PCB板，原理图，程序仿真；
3月底： 完成PCB板制作，元器件焊接，硬件调试和软件调试；
4月3日： 完成毕业设计作品及毕业设计论文；
4月15日： 指导老师修改论文；
4月底： 准备毕业答辩。

七、关键参考文件
[1] 梁婧宇.智能温室环境温湿度测控系统研究和设计[D].太原：太原理工大学，.
[2] 周俊.基于LabVIEW温、湿度远程控制系统[D].福建：东南大学，.
[3] 王方江，李乐超.基于PLC禽舍温湿度控制系统[J].上海电器技术，，(04)：36-40.
[4] 杨海.基于AT89C52单片机药品库房温湿度控制系统设计[J].机械和电子，，(07)：
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[5] 李俊，张晓东.基于单片机温湿度检测和控制系统研究[J].微计算机信息，，(17)：
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[6] 张明洋.基于AT89C51单片机温室大棚温湿度测控系统[J].拂晓职业大学学报，，（02) ：25-30.
[7] 易顺明.基于单片机大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术，，34(07)：55-58.
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