恒温恒湿控制系统设计与实现

本 科 毕业设计（自然科学）题 目： 恒温恒湿控制系统的设计与实现（偏硬）院（系、部）： 河北科技师范学院机电科学与工程系 学 生 姓 名： 李浩儒 指 导 教 师： 刘士光 职 称 教授 2012 年 5 月 29 日河北科技师范学院教务处制 Hebei Normal University of Science & Technology专业：电气工程及其自动化学号： 9310080411 资料目录1. 学术声明 页2. 河北科技师范学院本科毕业论文（设计） 页3.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）任务书 页4.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）开题报告 页5.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）中期检查表 页6.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表 页7.河北科技师范学院本科毕业论文（设计）成绩评定汇总表 页8河北科技师范学院本科毕业论文（设计）工作总结 页9 其他反映研究成果的资料（如公开发表的论文复印件、效益证明等） 页河北科技师范学院本 科 毕 业 设 计恒温恒湿箱控制系统的设计与实现（偏硬）院 （ 系 、 部 ） 名 称 ： 河 北 科 技 师 范 学 院 专 业 名 称 ： 电 气 工 程 及 其 自 动 化 学 生 姓 名 ： 李 浩 儒 学 生 学 号 ： 9310080411 指 导 教 师 ： 刘士光 2012 年 5 月 19 日河北科技师范学院教务处制学 术 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 摘 要I摘 要本文利用 AT89C52 单片机设计一个温室的温湿度控制系统，对给定的温湿度进行控制并实时显示，其中温湿度信号各有四路，系统采用一定的算法对信号处理以确定采取某种控制手段。系统硬件主要由电源电路、温度采集电路、湿度采集电路、键盘、显示电路、输出控制电路及其他辅助电路组成。使用温度传感变送器获得温度的感应电压，经处理后送给单片机。单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量，然后根据模糊控制算法得出控制量。执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用 PWM 控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间。从而调节高温电磁阀开关的导通时间，达到蒸汽控制目的。通过键盘输入控制信息，并能将控制箱内的实时信息通过 LED 显示出来，实现人机对话。关键词： 单片机；信号采集；温湿度控制；LED 显示；AbstractThis text uses the type AT89C52 one-chip computer to control the temperature and humidity, real-time control temperature and constant temperature permanent wet case control system of the humidity. “ the constant temperature, permanent wet control cabinet“ are gathered the temperature , humidity which test the case by No. two sensor , give to 8051 microprocessor dealing with by, lowering the temperature , humidification , dehumidifying , alarm ,etc. continue the electric device respectively. According to need , is it control information is and can real-time information of control cabinet through LED show come out to input through keyboard, realize man-machine dialogue. Keywords: one-chip computer；signal gathering；temperature and humidity control；LED monitor目 录II目 录摘 要 .IAbstract.I1 绪论 .11.1 论文研究背景与意义.11.2 主要研究内容.12 系统总体设计 .22.1 方案设计.22.2 控制系统测控设定.22.3 控制系统组成.23.硬件设计 .33.1 单片机的选择.33.2 AT89C52 系列单片机介绍.43.2.1 AT89C52 基本特征.43.2.2 AT89C52 单片机内部组成结构.53.2.3 AT89C52 的引脚功能.53.2.4 AT89C52 的储存器.83.3 传感器的选型及其性能特征.123.3.1 温度传感器 DS18B20.123.3.2 湿度传感器 HIH3610 .133.4 单片机外围电路设计.153.4.1 单片机最小电路.153.4.2 温度传感器电路.163.4.3 湿度传感器电路.173.4.4 A/D 转换电路 .173.4.4 LED 显示电路 .183.4.5 执行机构电路.193.4.5 键盘输入与报警.194 软件设计 .20结论 .24参考文献 .24目 录III致谢 .25河北科技师范学院 08 届本科毕业设计11 绪论 1.1 论文研究背景与意义恒温恒湿箱也称恒温恒湿试验机、恒温恒湿实验箱、恒温机，可用于检测材料在各种环境下性能的设备及试验各种材料耐热、耐寒、耐干、耐湿性能。适合电子、电器、通讯、仪表、车辆、塑胶制品、金属、食品、化学、建材、医疗、航天等制品检测质量之用。随着我国工业产品研制的需要，近几年来，我国从国外引进了大批试验系统，为我国工业产品的研制和定型发挥了重要作用，但由于其本身的复杂性，使得试验箱在运行中出现了许多问题，而且出现了问题不能及时解决，大大延长了试验周期，影响了产品的研制工作。随着现代农业的发展，恒温恒湿箱的应用越来越广泛（比如菌种的培养、幼苗的培育以及设施仪器仪表的校准等），并要求其性价比更高，使用寿命更长，使用费用更少（省电），响应速度更快。而采用单片机来对温度和湿度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。基于此，本课题围绕恒温恒湿箱系统的设计与实现进行研究。1.2 主要研究内容恒温恒湿的控制系统主要有以下几个方面：加热系统、制冷系统、除湿系统、 加湿系统、电气控制系统。具体的要根据恒温恒湿的温度范围、湿度范围去设计.以单片机为控制器，结合温度传感变送器、LED 显示器等，组成一个恒温恒湿控制系统。使用温度传感变送器获得温度的感应电压，经处理后送给单片机。单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量，然后根据模糊控制算法得出控制量。执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用 PWM 控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间。从而调节高温电磁阀开关的导通时间，达到蒸汽控制目的。河北科技师范学院 08 届本科毕业设计22 系统总体设计2.1 方案设计恒温恒湿控制系统，主要要完成对温度、湿度的采集、显示以及设定等工作，从而实现对温湿度的控制，以达到恒温恒湿的目的。传统采用铂电阻充当测温器件的方案，虽然其中段测量线性度好，精度较高，但是测量电路的设计难度高 ，且测量电路系统庞大，难于调试 ，而且成本相对较高。鉴于上述原因，本系统采用 DS18B20 充当测温器件。外部温度信号经 DS18B20 将输入的模拟信号转换成 8 位的数字信号， 通过并口传送到单片机系统。单片机系统将接收的数字信号译码处理，通过 LED 将温度显示出来，同时单片机系统还将完成键盘扫描 、按键温度设定、超温报警等程序的处理 ，将处理的温度信号与系统设定温度值比较，形成可以控制制冷、制热与停止工作三种工作状态，从而实现温度的智能化。湿度传感器选用 HIH3610 型传感器，将湿度信号由传感器进行采集，经单片机将其与设定湿度进行比较，进而控制加湿、干燥，达到恒湿控制。2.2 控制系统测控设定1. 能够实时采集与显示环境温度、湿度等参数。2. 能够根据要求变化通过键盘输入改变对参数的设置，以满足不同的要求达到最佳效果；3. 声音报警功能；4. 根据检测到的信号，实时控制执行机构的开启与关断。2.3 控制系统组成本设计是以 AT89C52 单片机为核心的自动控制系统，硬件系统由键盘输入电路、LED 显示电路、传感器、A/D 转换、隔离开关和执行电路、报警电路等组成。硬件系统原理框图如图 2.1 所示：河北科技师范学院 08 届本科毕业设计3图 2.1 测控系统硬件组成原理框图传感器一般输出的为模拟量，需要通过 A/D 转换，转换为单片机能够接收的数字信号，若模拟信号太弱，还需经过运算放大器放大信号。键盘输入的是系统参数的上、下限极限值，若检测到的信号值出现不在此极限区间的情况，单片机就会驱动蜂鸣器产生报警，此时就需要执行机构控制室内环境相应的改变，使得环境参数重新回到设定的理想区间。3.硬件设计硬件元器件的选择，必须考虑到功能的实现、器件的适时性、价格和通用性等几个方面。在电路的设计中，在实现所要求功能的基础上，尽量使电路简单。3.