自動控制溫濕度系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.11.1選題背景.11.2國內(nèi)外形勢.11.3設(shè)計過程及工藝要求.42傳感器與信號采集通道的選擇.42.1溫度傳感器的選擇.42.2濕度傳感器的選擇.52.3信號采集通道的選擇.63系統(tǒng)總體設(shè)計.73.1信號采集.73.1.1溫度傳感器.73.1.2濕度傳感器.113.1.3多路開關(guān).133.2信號分析與處理.143.2.1A/D轉(zhuǎn)換.143.2.2單片機89C51芯片簡介.163.2.3數(shù)據(jù)存儲器的掉電保護.173.2.4系統(tǒng)時鐘的設(shè)計.173.3顯示與報警的設(shè)計.183.3.1顯示電路.183.3.2報警電路.194總結(jié).21致謝.22參考文獻.2311緒論1.1選題背景隨著工業(yè)的發(fā)展，需要對溫濕度進行控制的場合越來越多。例如：倉庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、檔案資料庫、煙草、食品加工等等，溫濕度的高低對其影響很大，如糧倉中的溫濕度過高將會是糧食變質(zhì)；檔案資料庫房中的溫度忽高忽低，紙張纖維熱脹冷縮，使強度降低，濕度過大會使霉菌和害蟲滋長，以致造成資料質(zhì)變；電力系統(tǒng)中，由于溫度過高、過低引起的元件失效或由于濕度過高而引起的爬電、閃絡(luò)事故時有發(fā)生等等。在倉庫內(nèi)的溫濕度控制，直接影響到儲藏物品的質(zhì)量，如果控制不當，溫度和濕度升高將會使物品潮濕發(fā)霉，而有些物品溫度的降低會使凍結(jié)變質(zhì)等等不良后果。故把倉庫的溫濕度控制在一定范圍非常有意義，倉庫應用的各種場合對溫濕度的要求也不同。由于溫濕度的控制不當導致的經(jīng)濟損失將讓我們無法估計，為避免受到溫濕度的影響，需要安裝溫濕控制系統(tǒng)減少因溫度和濕度的變化給我們帶來的經(jīng)濟損失1。同時針對于倉庫管理系統(tǒng)對溫濕度控制的要求，我們設(shè)計了一個自動控制溫濕度的系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外形勢進入21世紀后，特別在我國加入WTO后，國內(nèi)產(chǎn)品面臨巨大挑戰(zhàn)。各行業(yè)特別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都急切需要應用電子技術(shù)、自動控制技術(shù)進行改造和提升。例如紡織行業(yè)，溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素，但紡織企業(yè)對溫濕度的測控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數(shù)仍在使用干濕球濕度計，采用人工觀測，人工調(diào)節(jié)閥門、風機的方法，其控制效果可想而知。制藥行業(yè)里也基本如此。而在食品行業(yè)里，則基本上憑經(jīng)驗，很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是，隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，許多農(nóng)民意識到必需擺脫落后的傳統(tǒng)耕作、養(yǎng)殖方式，采用現(xiàn)代科學技術(shù)來應付進口農(nóng)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，并打進國外市場。各地建立了越來越多的新型溫室大棚，種植反季節(jié)蔬菜，花卉；養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的測控也日感迫切；調(diào)溫冷庫的大量興建都給溫濕度測控技術(shù)提供了廣闊的市場。我國已引進荷蘭、以色列等國家較先進的大型溫室四十多座，自動化程度較高，成本也高。國內(nèi)正在逐步消化吸收有關(guān)技術(shù)，一般先搞調(diào)溫、調(diào)光照，控通風；第二步搞溫濕度自動控制及CO2測控。此外，國家糧食儲備工程的大量興建，對溫濕度測控技術(shù)提也提出了要求。但目前，在濕度測試領(lǐng)域大部分濕敏元件性能還只能使用在通常溫度環(huán)境2下。在需要特殊環(huán)境下測濕的應用場合大部分國內(nèi)包括許多國外濕度傳感器都會“皺起眉頭”！例如在上面提到紡織印染行業(yè)，食品行業(yè)，耐高溫材料行業(yè)等，都需要在高溫情況下測量濕度。一般情況下，印染行業(yè)在紗錠烘干中，溫度能達到120攝氏度或更高溫度；在食品行業(yè)中，食物的烘烤溫度能達到80-200攝氏度左右；耐高溫材料，如陶瓷過濾器的烘干等能達到200攝氏度以上。在這些情況下，普通的濕度傳感器是很難測量的。高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上，用絲網(wǎng)漏印或真空鍍膜工藝做出電極，再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對濕度的大氣環(huán)境中，因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)律性變化，此即為濕度傳感器的基本機理。影響高分子電容型元件的溫度特性，除作為介質(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)及所吸附水分子的介電常數(shù)受溫度影響產(chǎn)生變化外，還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點，液體的介電常數(shù)是一個與溫度和頻率有關(guān)的無量綱常數(shù)。水分子的在T5時為78.36，在T20時為79.63。有機物與溫度的關(guān)系因材料而異，且不完全遵從正比關(guān)系。在某些溫區(qū)隨T呈上升趨勢，某些溫區(qū)隨T增加而下降。多數(shù)文獻在對高分子濕敏電容元件感濕機理的分析中認為：高分子聚合物具有較小的介電常數(shù)，如聚酰亞胺在低濕時介電常數(shù)為3.0一3.8。而水分子介電常數(shù)是高分子的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后，由于水分子偶極距的存在，大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù)，這是多相介質(zhì)的復合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于的變化，使?jié)衩綦娙菰碾娙萘緾與相對濕度成正比。在設(shè)計和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器，高分子介質(zhì)膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關(guān)。溫度變化所引起的介質(zhì)幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數(shù)可達到的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數(shù)為108x10-5/。隨著溫度上升，介質(zhì)膜厚d增加，對C呈負貢獻值；但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對水的吸附量增加，即對C呈正值貢獻?？梢姖衩綦娙莸臏囟忍匦允芏喾N因素支配，在不同的濕度范圍溫漂不同；在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù)；不同的感濕材料溫度特性不同。總之，高分子濕度傳感器的溫度系數(shù)并非常數(shù)，而是個變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-10-60攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響。國外廠家比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹脂，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極，再噴鍍感濕介質(zhì)材料（如前所述）形式平整的感濕膜，再在薄膜上蒸發(fā)上金電極.濕敏元件的電容值與相對濕度成正比關(guān)3系，線性度約2%。雖然，測濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想，在工業(yè)領(lǐng)域使用，壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進一步提高。陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點在于能耐高溫，濕度滯后，響應速度快，體積小，便于批量生產(chǎn)，但由于多孔型材質(zhì)，對塵埃影響很大，日常維護頻繁，時常需要電加熱加以清洗易影響產(chǎn)品質(zhì)量，易受濕度影響，在低濕高溫環(huán)境下線性度差，特別是使用壽命短，長期可靠性差，是此類濕敏傳感器迫切解決的問題。當前在濕敏元件的開發(fā)和研究中，電阻式濕度傳感器應當最適用于濕度控制領(lǐng)域，其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優(yōu)點，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史，有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法，都應用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點尤其是穩(wěn)定性最強。氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料，在眾多的感濕材料之中，首先被人們所注意并應用于制造濕敏器件，氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當量電導隨著溶液濃度的增加而下降。電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實現(xiàn)感濕。氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝，以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產(chǎn)品制作不斷改進提高，產(chǎn)品性能不斷得到改善，氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的，也是濕度傳感器最重要的性能。在產(chǎn)品制作過程中，經(jīng)過感濕混合液的配制和工藝上的嚴格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關(guān)鍵。在國內(nèi)JUCSAN依托于國家計量科學研究院、中科院自動化研究所、化工研究院等大型科研單位從事溫濕度傳感器產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)。選用氯化鋰感濕材料作為主攻方向，生產(chǎn)氯化鋰濕敏傳感器及相關(guān)變送器，自動化儀表等產(chǎn)品，在吸取了國內(nèi)外此項技術(shù)的成功經(jīng)驗的同時，努力克服傳統(tǒng)產(chǎn)品存在的各項弱點，取得實質(zhì)性進展。產(chǎn)品選用了Al2O3及SiO2陶瓷基片為襯底，基片面積大大縮小，采用特殊的工藝處理，耐濕性和粘覆性均大大提高。使用燒結(jié)工藝，在襯底集片上燒結(jié)5個9的工業(yè)純金制成的梳妝電極，氯化鋰感濕混合液使用新產(chǎn)品添加劑和固有成份混合經(jīng)過特殊的老化和涂覆工藝后，濕敏基片的使用壽命和長期穩(wěn)定性大大提高，特別是耐溫性達到了-40-120，以多片濕敏元件組合的獨特工藝，是