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自毕业论文1111111111

1　绪论

１.１前言

　　温湿度的监测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。

在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。

由于温湿度的监测控制不当,可能使我们导致无法估计的经济损失。

为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙,通过人工进行监测,对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。

这种人工测试方法费时费力，效率低，且测试的温度及湿度误差大,随机性大。

目前，在低温条件下温湿度的测量已经相对成熟。

利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。

但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机入手了,一切向着数字式、智能化控制方向发展。

对于国外对温湿度检测的研究,从复杂模拟量监测到现在的数字智能化监测越发的成熟，随着科技的进步，现在对温湿度的研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。

在发展过程中,以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高等诸多优点在生产生活中的各个方面发挥着至关重要的作用。

温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。

湿敏元件的线性度及抗污染性差，在监测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

1.1在纺织生产中,温湿度的变化直接影响到产品的质量,产量和材料的消耗。

目前纺织行业的温湿度控制基本采用人工手动调节方式。

由于在控制中是人工的原因，所以必然存在反应速度慢,劳动强度高，调节方式大都属于开关控制，难以实现理想的调节方式，所以现场的温湿度波动范围大,温湿度的均匀度特性差，能源利用率低,失控几率大，由此直接影响产品产量和质量的稳定性。

温湿度传感器的发展和计算机技术的发展,为纺织行业车间温湿度控制提供了坚实的技术手段。

　随着科技的飞速发展和普及,高性能设备越来越多，各行各业对温湿度的要求也越来越高。

传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式开测量和记录环境状况信息。

在这种模式下，不仅效率低下不利于人才资源的充分利用,而且缺乏科学性,许多重大事故都是有人为因素造成的，人工维护缺乏完整的管理系统，而问世监控系统就可以解决这样人才资源浪费，管理不及时的问题。

近几年随着温湿度控制技术研究的不断深入，温湿度的应用变得越来越普及在许多领域中也占重要地位,随着现代化的实现,很难找出一个与湿度无关的领域来，科技的迅速发展使对温湿度的要求逐渐提高。

1.2现代社会越来越多的试验都要求在严格的环境下完成，而温湿度和湿度是实验室最基本的环境条件，也是对试验影响较大的因素。

一般温湿度控制系统中的温湿度测量均采用热敏电阻与湿敏电容，这种传统的模拟式温湿度传感器一般都需要设计信号调理电路并经过复杂的标准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题。

这种传感器只适合那些测量点数较少。

对精度要求不高的场合。

因此设计出一款精度高、稳定性好、成本低的温湿度监测控制系统将具有一定的市场。

温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度控制器被广泛工农生产、科学研究和生活等领域,数量日渐上升。

温度控制器是一种温度控制装

它根据用户所需温度与设定温度之差值来控制加热器运作，从而达到改变用户所需的目的。

近百年来，温度控制器的发展大致经历了以下阶段

（1）模拟、集成机械式温度控制器；ﻫ

（2）电子式智能温度控制器。

目前,国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式由集成化向智能化、网络化的方向发展。

1.3现今基于单片机的温度控制系统在生产、安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。

近年来,国内基于单片机的温度控制系统在技术上得到迅速发展,性能不断完善,功能不断增强,适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长，进入21世纪后,智能的温控系统正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。

但是比起国外，我们仍处于起步晚，高度低,技术创新能力薄弱的状况,技术密集型产品明显落后于发达工业国家，自主研发产品少，缺乏核心技术是硬伤。

就单片而言,以欧美和日韩的技术最为成熟,他们几乎霸占了智能市场,并制定了相关的行业标准，在技术方面不断的革新使产品不断的更新换代，使之功能、精度、安全性等都不断得到新的提升。

在这方面我们做的还远远不够，与发达国家的差距还很大。

我们在研究新技术的同时还要加强产业结构的调整，在产品的科技含量上下功夫不断地提高产品的科技附加值，使产品向着更加智能化、的方向发展，努力缩小同发达国家

之间的差距。

早在十八世纪人类就发明了湿球和毛发湿度计，传统方法是使用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计湿度试纸等测试器材，再进行人工监测，对不达标的库房进行通风、加湿、降温等操作。

其操作方式费时费力,控制效果也可想而知。

随着时代的发展，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高,对环境温湿度的控制以及对工业材料水分值的监测与分析都已成为比较普通的技术条件之一。

　　　国外对温度控制技术研究较早,始于20世纪7０年代。

先是采用模拟式的组合仪表,收

集现场信息并进行指示、记录和控制。

80年代末出现了分布式控制系统。

目前正开发和研

制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在世界各国的温度控制技术发展

很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

我国对于温度控制技术的研究较晚,始于2０世纪８０年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温度控制技术的基础上,才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。

我国温度控制设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

在技术上,以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比,存在较大差距。

我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度,生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后,软硬件资源不能共享。

第二章总体方案设计

2．１温湿度控制系统的设计指标要求

本文要设计的是基于单片机的车间温湿度控制系统，要能够及时、准确地对棉纺车间内的温度、湿度进行采集，将其显示在LCD１６02液晶显示器上,然后与设定的上下限值进行比较,如果超出限制则启动温度、湿度控制设备，直到温湿度回到规定的范围。

另外，还要能够通过按键修改设定的上下限。

为了能够满足农业生产的需要，此次设计要达到一下指标:

（１）工作环境:

棉纺车间;

（2）测温范围：

23~２5℃;

（３）测湿范围：

40~60%RH;

（４）通过键盘电路修改上下限：

有;

2.2　系统设计的原则

2．2.1　可靠性

　可靠性是在设计过程中应该优先考虑的一个因素，一个控制系统必须要能稳定、可靠地工作，才能投入到生产实践中去。

如果系统的可靠性不能达标，那么系统出现故障的可能就会增大，造成很大的损失。

这种损失不仅包括经济上和信誉上的损失，而且可能会对人身安全产生威胁。

要提高控制系统的可靠性，那么就要注意以下几个方面:

选用的元器件要有很高的可靠性;由于供电电源很容易产生干扰,所以应该对其采用抗干扰措施；对输入输出通道也一样，要采用抗干扰措施；在对电路板的设计时，要合理的布线和接地;软硬件都要进行滤波；系统要有自己诊断功能等。

２．2．2性价比

　　性价比也是一个系统设计中所要考虑的重要因素。

性价比高的产品更容易被消费者接收，但是设计过程中不能盲目地追求性价比，它应该建立在对产品性能要求的基础上,首先要满足性能要求,然后再设法降低产品成本。

第三章　课题选型及论证

２.1课题概述

车间温湿度对棉纺的品质有很大的影响，温湿度的变化对棉纺的质量会产生很大的影响。

本课题利用SHＴ11数字温湿度传感器,ＡT８９C5２单片机，加上外围控制电路，构成温湿度控制系统，LCＤ显示温湿度,单片机内部进行计算,控制调节系统，从而达到控制的目的。

2.1.1　单片机是指集成在芯片上的一个完整计算机系统，虽然它集成在一块小芯片上，但是它具有完整计算机所需要的大部分部件：

ＣPU、内存、内部和外部总线系统,大部分还具有外存。

它使用简洁,结构简单,成本低。

方案一：

AＴ89C52兼容MCS51指令系统，8kｂ可反复擦写ＦlａshROM，具有32个双向I／O口,3个１６位可编程定时/计数器中断,时钟频率0-24MＨz,低电压,高性能。

AT89Ｃ52除了有AT８9C51所有的定时／计数器０和定时/计数器1外,还增加了一个定时/计数器2。

方案二:

采用AT８9Ｃ51作为控制系统C51单片机向下完全兼容５１全部字系列。

从电子市场得到的消息，最直接的是编程器市场,老款不支持AT8９C52的编程器将被淘汰,ＡT8９C5２支持在线编程，很多客户需要这个功能。

综上比较:

方案一更优于方案二。

2.1.２方案一：

ＳＨT11是一款基于ｃｍｏsenｓｔm技术的新型温湿度传感器。

该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。

温度测量范围：

0~100%RＨ，湿度测量范围:

-40~+123.8　摄氏度，湿度测量精度:

正负3%ＲH,温度测量精度:

正负０.４摄氏度。

　　方案二:

采用数字温度采集电路DS１８B20的温度传感器和HＳ１1０１相对湿度传感器组成的温湿度采集系统。

　　　由于传统的模拟式湿度传感器（方案一）不仅要设计信号调理电路,还要经过复杂的校准和标定过程,其测量精度难以保证。

而ＳHT1１是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试及全互换等特点。

该传感器将ＣMOS芯片技术与传感器技术融合,为开发高集成度、高精度、高可靠性的温湿度测控系统提供了解决方案。

所以本设计采用的是方案二。

2.1.4方案一：

采用LED数码显示,优点亮度高、成本低、编程驱动简单。

由于数码管只有８段，显示内容有限,要显示的位数相对多的时候,数码管操作起来十分繁琐,显示的速度受到限制。

并且当硬件电路设计好之后，系统显示能力基本也被确定,系统显示能力的扩展受到了限制，不能显示汉字，并且，消耗很大。

方案二：

采用LCD液晶显示,可以灵活显示各种数字文字,现实的内容丰富,可显示温度和湿度大小及其单位,显示屏具有体积小、功耗低,外围驱动电路比较简单,显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改,可扩展性很强。

考虑到本设计的要求,我们采用方案二。

第三章

３．1各单元模块功能介绍及电路设计

3.１.1单片机最小系统

单片机最小系统包括单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。

时钟电路用于产生单片机工作时候所必须的时钟信号，单片机在时钟信号的节拍下逐条地执行指令。

单片机有两种时钟信号产生方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。

外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTＡL2送入单片，一般用于有多个单片机的情况,所以本设计中时钟电路采用内部时钟方式，选用12M的晶振和两个3０pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。

电源电路后面的模块中会单独提到,用5Ｖ的直流电源。

下面着重论述一下复位电路。

单片机的复位主要有上电复位和手动复位,之所以要进行复位,目的就是为了让单片机进入初始状态，比如让PC指向0０00H，这样单片机才能从头运行程序。

因此上电的时候就要让单片机复位一次;在