加湿器控制系统.docx

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加湿器控制系统

南京理工大学

毕业论文

作者:

潘嘉琦

学号：

514308140522

教学点:

南京理工大学继续教育学院溧阳函授站

专业:

电气工程及其自动化

题目:

改良型加湿器控制系统

指导者：

丁盛讲师

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

年月

南京理工大学

毕业设计〔论文〕评语

学生：

潘嘉琦班级、学号：

题目：

改良型加湿器控制系统

综合成绩：

指导者评语：

论文选题符合专业培养目标和自身发展方向，能够到达综合训练目标且有一定创新性。

研究方向难度较大，工作量较大，圆满完成了毕业设计论文任务书规定的工作。

　　文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，语言表达流畅，层次结构安排科学，文题相符，论点突出，论述紧扣主题，有很强的个人见解。

该生查阅文献资料能力较强，能较为全面收集关于选题资料，写作过程中能系统运用所学知识全面分析问题，综合运用知识能力较强。

写作较为标准，格式完全符合标准要求；其时效性较强；无抄袭现象，原创价值高.

建议评定成绩为:

优秀。

可以提交答辩。

指导者（签字）：

________________

年月日

毕业设计〔论文〕评语

评阅者评语：

评阅者（签字）：

年月日

答辩委员会〔小组〕评语：

答辩委员会〔小组〕负责人（签字）：

年月日

毕业论文中文摘要

【摘要】我的设计是加湿器的设计，之所以选择加湿器是因为随着人们生活水平的提高，人们越来越重视生活的质量和工作环境的质量，因湿度不足造成的空气干燥，不仅有损于人的健康和舒适性而且还会降低生产效率和改造产品不合格造成各种各样的不良影响，加湿器的作用正在被人们逐渐重视起来。

加湿器在未来将会有一个非常广阔的市场前景。

该系统主要能够完成以下功能：

采集空气中的湿度状态，并送入主控模块，主控模块根据现有的湿度判断是保持原来状态还是进行加湿以及加湿量的大小，和加湿速度等；能够通过水位传感器测试水位的状态，从而通过主模主控模块控制进水，排水预报，警报警的，具有良好的人际交互性能够通过控制面板比较，方便的进行湿度设定加湿量的设定。

【关键词】加湿器控制系统单片机温度检测

毕业论文外文摘要

TitleImprovedhumidifiercontrolsystem

Abstract

Mydesignisthedesignofthehumidifier,humidifierwaschosenisbecauseofwiththeimprovementofpeople'slivingstandard,peoplemoreandmoreattentiontothequalityofthequalityoflifeandworkingenvironment,duetolackofhumiditycausedbyairdrying,notonlylosstohumanhealthandcomfort,butwillalsoreducetheproductionefficiencyandproductprices,resultinginavarietyofadverseeffectsandtheroleofhumidifierarebeinggraduallypayattentiontopeople.

Thehumidifierhasaverybroadmarketprospectinthefuture.Thesystemismainlytocompletethefollowingfunctions:

acquisitionintheairhumidity,andsenttothemaincontrolmodule,maincontrolmoduleisdeterminedaccordingtotheexistinghumidityismaintainstheoriginalconditionorhumidificationandhumidificationamountsizeandhumidifyingspeed;canbethroughthewaterlevelsensortestthewaterlevelofthestate,andthroughthemaincontrolmodulecontrolwater,drainage,alarm,alarm;hasagoodhuman-computerinteractiontothroughthecontrolpanelisconvenienttotemperaturesetting,settheamountofhumidification.

Thetechnologyofsinglechipcomputersystemtoimprovethefunctionofthehumidifier,whichnotonlyhasthefunctionofautomaticcontrol,andcanbeadjustedautomaticallyaccordingtothedemandoftheusers.

Keywords:

Humidifier,Controlsystem,singlechipTemperaturemeasurement

第1章引言..........................................................1

1.1选题背景...........................................................1

1.2本课题研究的主要内容...............................................4

1.3系统研究的应用前景.................................................5

第2章方案论证........................................................6

2.1显示部分...........................................................6

2.2温湿度检测部分.....................................................6

2.3控制部分...........................................................7

第3章温湿度控制系统的硬件设计........................................7

3.1系统的组成及工作原理...............................................8

3.2温度传感器的选择...................................................8

3.3湿度传感器的选择..................................................13

3.4信号分析与处理A/D转换...........................................17

3.5显示接口电路......................................................19

3.6键盘路............................................................20

3.7执行机构接口电路..................................................21

3.8加湿装置的原理....................................................

3.9数字电路设计的抗干扰..............................................25

3.10单片机的选择及介绍...............................................26

3.11时钟振荡器.......................................................29

第4章控制系统的软件结构和程序框图.....................................30

主程序..............................................................30

4.2系统各程序模块.....................................................30

总结...................................................................35

致谢...................................................................34

参考文献..............................................................42

1引言

我的设计是加湿器的设计，之所以选择加湿器是因为随着人们生活水平的提高，人们越来越重视生活的质量和工作环境的质量，因湿度不足造成的空气干燥，不仅有损于人的健康和舒适性，而且还会降低生产效率和造成产品不合格，造成各种各样的不良影响，加湿器的作用正被人们逐渐重视起来，加湿器在未来将会有一个非常广阔的市场前景。

该系统主要能够完成以下功能：

采集空气中的湿度状态,并送入主控模块,主控模块根据现有的湿度判断是保持原来状态还是进行加湿以及加湿量的大小和加湿速度等;能够通过水位传感器测试水位的状态,从而通过主控模块控制进水、排水、预报警、报警等;具有良好的人机交互性,能够通过控制面板比较方便地进行温度设定、加湿量设定、进水阀的控制、导风的控制等;能够和上位机进行通信,从而实现网络监控。

研究说明：

湿润的空气才能保持生机盎然。

为防止家具、木质装修、书籍或乐器老化、变形甚至干裂的情况出现，储存以上物品时室内湿度应保持在45%一55%RH之间，而冬季北方家庭室内湿度仅为10%-15%RH，干燥使我们可能带上2000-7000伏的高压静电，由于家用和办公电器的普及，静电更是无处不在。

严重的静电会使人心情烦躁、头晕胸闷、喉鼻不适。

由此可见空气湿度的控制对于我们的身心健康和工作学习的重要性。

目前市场上的加湿器一般只能提供简单的雾量调节，功能单一，且多为手动控制类型。

少数加湿器有自动调节和恒湿功能，但是其湿度检测方法单一、可信度不高，难以到达真正均匀加湿的目的。

本课题的研究就是针对目前市场上加湿器产品功能单一的缺点，利用单片机制技术对加湿器功能进行改良，使其既有自动控制功能，又能够根据用户需要进行自动调节。

通过本研究，使目前加湿器的智能控制程度都得到增强，而且该研究还直接针对家庭温湿度控制，具有非常重要的实际意义和应用价值。

在超声作用下，液体在气相中分散并在液体外表形成细雾飞逸的过程叫做超声雾化。

其空化作用是超声成雾的主要原因，然后通过风动装置，将水雾扩散到空气中，到达均匀加湿空气的目的。

雾化速度和功率密切相关，功率大则产生的雾量多。

雾化速度还与液体外表张力、密度、粘度、蒸气压、温度等因素有关。

雾滴的直径与超声频率成反比关系。

下表列出了超声频率与采用的换能器形状和物粒直径以及这种频率下雾化器的用途的关系。

（见表1-1） 

表1-1超声频率与物粒直径的关系

频率

超声辐射器形状

雾粒直径

用途

10-100KHZ

夹心压电换能器

磁致伸缩换能器

120-30um

促进燃烧

金属粉末制取

100-300KHZ

圆形或方形金属共振板

30-15um

小型吸入器

300-800KHZ

圆形压电片厚度振动

15-7um

医用吸入器

800-3MH

圆形压电片厚度振动

7-2um

火焰光谱分析 家用加湿器

800-3MHZ

圆形压电片厚度振动

7-2um

火焰光谱分析家用加湿器

 M Hz超声波的强烈作用下，药物粉末分散到水形成的水雾中，其所形成的雾滴直径在1-2微米之间，然后经鼻或口吸入，使雾化了的药物直接进入支气管末梢和肺泡，从而大大增强对疾病的治疗效果。

从对家电的控制手段来看。

在上世纪70年代到80年代，家用电器基本上属于机电控制功能型。

进入90年代，家用电器出现了智能化，转向电脑控制的智能型家电。

这种智能型家电一般通过单片机实现对家电的控制操作。

未来家电将实现网络化,而且Bluetooth ，Home RF 以及IEEE8  等标准的制定说明了这个趋势。

 单片机作为微型电脑的一个很重要的分支，自70年代问世以来，以极其高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很广。

单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易，并可获得较高的经济效益。

正因为如此，在我国，单片机己广泛地应用在智能仪器仪表。

机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。

 改良型加湿器的作用：

随着人们生活水平提高，空调广泛使用，导致皮肤紧绷、口舌干燥、咳嗽感冒等空调病的滋生。

本产品在雾化过程中，释放大量负氧离子，能有效增加室内湿度，滋润干燥空气，并与空气中漂浮的烟雾、粉尘结合使其沉淀，能有效除去油漆味、霉味、烟味及臭味，使空气更加清新，让人们有一个较为舒适的生活空间。

调节和增室内湿度，效果好预防疾病，消除静电，养颜护肤，养生保健，调节室内温度。

如今随着科技的进步， 加湿器不仅能加湿，越来越多的保健技术、医疗技术已经开始融入到象加湿器这样的生活中常常会用到的器具中，比方：

水箱中加入专用消毒液，阻挡流感、肺言等病毒的侵扰；兑入专用药水，给呼吸道患者一个良好的疗养空间；加温器产生的负离子使人们仿佛进入森林、海洋，感受新鲜空气的滋润加温过滤作用，在加温的同时到达滤净气,使我们能够在生活的基本环境中就能获得更多的健康！

研究改良型加湿器控制系统，该系统主要任务通过检测来自温度变送器和湿度变送器的信号，使用单片机对加湿器和加热器进行调节和控制。

本课题研究的目标和要求：

温度调节范围为0℃～30℃ ,相对湿度调节范围为 45％～60％ 在上述温度和湿度的调节范围内，通过键盘给定参数，由PLC对空调机执行控制以实现对温度和湿度的调节和控制。

采用可编程序控制器设计，画出原理图，编制程序绘制系统原理图，编写程序。

本课题的特色：

本系统具有电气控制，并且采用可编程序控制器实现智能控制等，系统具有实用价值，能锻炼我们的实际设计能力。

课题研究的技术关键：

提供了温湿度测量结构，相比其它方式的温度测量方案，这种检测方案具有低成本、宽工作电压、低功耗、高可靠性、易于实现和维护等诸多优点。

用软件实现了湿度检测的温度补偿。

测控系统是随着电脑技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。

“智能”可理解成为其科技含量，其科技含量高低反映了其技术水平。

总之，“湿度智能控制系统研究”课题的完成，一方面，为多种参数的测控智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定智能化标准提供了参考。

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活质量和健康要求越来越高，空气加湿器就是这样慢慢的走进全球的很多家庭当中，成为干燥地区家庭不可缺少的一种小型家电产品空气加湿器，在我国仍然属于新兴产品，据相关部门统计我国加湿器产品的人均占有率，远远低于美国、韩国、日本等发达国家的水平，加大对空气加湿器的研究与开发的力度将有利于国内空气加湿器行业的发展，有利于国民生活品质。

湿度智能控制系统是一种用于家庭、实验室、仓库（厂房、花棚和塑料薄膜大棚）内环境温湿度监测及湿度控制的全自动智能调节系统。

它通过超声雾化加湿装置对湿度进行自动调节，使环境的湿度到达适宜的范围。

系统的设计可靠，操作简单方便，全自动化，优选分析软件，智能控制，而且安装简便，维护简单，不仅适用于国防工程、人防工程等，而且也可广泛适用于大型建筑、工厂车间、仓库（房）、温室花棚、蔬菜塑料大棚等对湿度要求较高的场所。

另外，相关于智能化以及相关产品的研发，既有利于推开工控技术的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。

〔1〕市场预测 

随着电脑技术、现代检测技术和自动控制技术等高新技术的延伸，以电脑为中心的自动化是当今世界范围内心的工业技术革命的核心之一。

电脑测控技术是人们提高劳动生产率确保产品质量，减轻劳动强度，实现综合自动化和生产过程最有控制以及为家庭提供舒适生活条件的有效手段。

〔2〕课题的实用性及前瞻性 

“温湿度智能控制系统”具有很强的灵活性，根据用户需要，可以进行灵活设置。

例如：

如果用户需要不同的相对湿度，我们在设计系统时提供了用户湿度设定功能，这样用户也可根据实际情况进行灵活设置。

总之，即能适合现在的测控要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。

〔3〕本课题的社会效益 

本课题是以测控智能化为宗旨，旨在为工业及家庭提供有效、实用的湿度测控方法。

这一方面是对当前湿度测控技术的更新，另一方面也为人们的家庭生活更加舒适提供了条件。

此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。

第2章 方案论证

方案一：

动态显示 

动态显示，此种显示的优点是使用硬件少，价格低，线路简单。

但占用单片机时间长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示。

方案二：

静态显示 

静态显示，虽然使用元件多且线路比较复杂，但是显示占用机时少，显示可靠，用起来比较方便，适合于单片机长时间做其它工作不管理显示的情况。

鉴于上述原因，选择方案一。

方案一：

温度的检测方法，一般采用热敏元件，如热电阻、热敏电阻、温敏二极管、温敏三极管等测温元件。

热敏电阻的工作原理：

热敏电阻的阻值随温度的升高而成非线性急剧变化，一般具有负的温度系数，其阻值随温度升高而急剧减小，只有少数具有正的温度系数。

热电阻的工作原理：

热电阻的阻值随温度的升高而增大并且阻值随温度按照近似的线性关系缓慢变化。

湿度的检测方法，一般采用湿敏元件检测湿度，分为湿敏电阻和湿敏电容两种情况。

常用的有高分子电阻式湿度传感器、高分子电容式湿度传感器等。

高分子电阻式湿度传感器的工作原理：

由于水附在有极性基的高分子膜上，在低湿度下，因吸附量少，不能产生荷电离子，电阻值较高。

当相对湿度增加时，吸附量也增加，集团化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的正负离子主要起到载流子作用，另外，由吸附水自身离解出的质子、水和氢离子也起电荷载流子作用，使高分子湿度传感器的电阻值下降。

高分子电容式湿度传感器的工作原理：

高分子材料吸水后，元件的介电常数随环境的相对湿度的改变而改变，元件的介电常数是水与高分子材料两种介电常数的总和。

当被测的气态水分子通过多孔的上电极扩散至感湿膜外表，被极性官能团所吸收，引起湿敏电容器介电常数的改变，从而改变了湿敏电容器的容量值。

但湿、热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测要求精度高的温湿度是不适用的。

方案二：

采用集成温湿度传感器。

集成温湿度传感器测量精度高，能把温度转化成数字，测得的温湿度值的存储在自带RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。

基于温湿度传感器的以上优点，决定选择方案二  

方案一：

 基于DSP设计的温湿度控制系统，因为DSP有强大的高速运算能力， 

以及其片内集成的丰富控制外围部件和电路，所以简化了电路的硬件设计，可以实现各种控制算法和控制策略，但是成本较高。

方案二：

 基于单片机的温湿度控制系统，因为软件完成众多的数据处理和存储的任务，简化了传统常规仪表的电子线路，增加了功能，提高了准确性和可靠性。

基于本次论文不需要如此高的精度，决定选择方案二。

总体方案 

利用单片机AT89C51作为本系统的总体模块，配以温度传感器AD590和和湿度 

传感器HM1500组成的数据采集模块，A/D转换模块〔ADC0809〕，MAX7219构成的的数码管显示模块，键盘控制模块等组成。

第3章 温湿度控制系统的硬件设计

本系统的硬件由AT89C51,湿度传感器、温度传感器、温湿度显示、执行机构等组成。

数据采集主要完成数据的采集、A/D〔ADC0809〕转换、线性处理；AT89C51单片机是系统的核心部分，主要完成系统参数和控制参数的设定，传感器标定曲线确实定以及数据的输入、处理、存储、输出、显示、等功能。

系统硬件配置如图3-1所示。

图3-1系统框图

本系统原理结构框图如图3-1所示，它是主要包括数据采集与单片机处理、输出等，由数据采集和单片机组成的控制系统。

其中数据采集由相应的传感器（如温度传感器、湿度传感器）、89C51单片机、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。

系统既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受人对控制参数设置，启动加湿装置，从而按不同要求调控湿度环境。

本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。

（一）信号采集由AD590、HM1500组成

〔二〕信号分析由A/D转换器ADC0809、单片机89C51基本系统组成；

〔三〕信号处理由显示器和报警系统等组成

3.2温度传感器的选择

方案一：

采用热电阻温度传感器。

热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。

现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。

其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。

铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。

在工业中用于-50～180℃测温。

方案二：

采用AD590，AD590是美国AD公司生产的二端式集成温度一电流传感器，该器件体积小、重量轻、性能稳定，它的测温范围在-55℃～+150℃℃℃。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。

使用可靠。

它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。

作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。

AD590的测量信号可远传百余米。

综合比较方案一与方案

二、方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。

温度传感器AD590：

集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。

一、主要特性