恒溫恒濕試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 電氣畢業(yè)論文

1、 2021屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目: 恒溫恒濕試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣 F0802 學(xué)生姓名： 宋海華 學(xué) 號(hào)： 202148720211 指導(dǎo)教師： 王偉生 教師職稱： 講師 2012 年 5 月 30 日摘 要隨著我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的開(kāi)展和工業(yè)產(chǎn)品研制的需要， 恒溫恒濕試驗(yàn)箱的應(yīng)用越來(lái)越廣, 生產(chǎn)、科研對(duì)它的要求也越來(lái)越高。要求它的性能價(jià)格比更高, 使用壽命更長(zhǎng), 使用費(fèi)用更少(省電) , 響應(yīng)速度更快。近幾年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了大批試驗(yàn)系統(tǒng)，為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的研制和定型發(fā)揮了重要作用，但由于其本身的復(fù)雜性，使得試驗(yàn)箱在運(yùn)行中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，而且出現(xiàn)了

2、問(wèn)題不能及時(shí)解決，大大延長(zhǎng)了試驗(yàn)周期，影響了產(chǎn)品的研制工作。而產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是對(duì)綜合試驗(yàn)的工作原理不了解。為此，本文對(duì)試驗(yàn)箱的根本工作原理作出了一些簡(jiǎn)要闡述。恒溫恒濕試驗(yàn)箱是利用一定的方式將箱內(nèi)的溫度和濕度調(diào)節(jié)到給定值，并在該條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，到達(dá)實(shí)驗(yàn)反響要求。即能同時(shí)施加溫度、濕度應(yīng)力的試驗(yàn)箱。簡(jiǎn)而言之是指溫度和濕度都能控制在指定范圍內(nèi)的試驗(yàn)箱。恒溫恒濕試驗(yàn)箱主要用于檢測(cè)材料在各種環(huán)境下的性能的設(shè)備，并可試驗(yàn)各種材料耐熱、耐寒、耐干、耐濕性能。適合電子、電器、通訊、儀表、車(chē)輛、食品、化學(xué)、建材、醫(yī)療、航天等制品檢測(cè)質(zhì)量之用。關(guān)鍵詞： 恒溫恒濕 試驗(yàn)箱 單片機(jī)控制系統(tǒng) 限溫報(bào)警系統(tǒng)Title

3、 The Design of Constant Temperature and Humidity Chamber Control System AbstractWith the development of Chinas modern agriculture and the need of industrial products developed, the applications of the constant temperature and humidity box become more widely. production, scientific research and its i

4、ncreasingly high requirements. higher cost-effective,longer life,less costs (saving) and faster response are required. In recent years,our country has imported a large number of test systems from abroad, which has played an important role in the development of Chinas industrial products and stereoty

5、pes,However, due to its own complexity, making the chamber a lot of problems in the operation,and problems can not be solved promptly, which greatly prolong the test cycle, affecting the product manufacture work. The reason of these phenomena is do not understand the working theory of the comprehens

6、ive test. So, we made some brief description of the basic working theory of the chamber.The constant temperature and humidity box is a box which can adjust the temperature and humidity inside to the setpoint in a certain way,the experiments and the response requirements of the experimental under thi

7、s condition,which can imposed temperature and humidity stress to the chamber at the same time. In short,it is a box which can put the temperature and humidity within a specified range.The constant temperature and humidity chamber is the device that mainly used for the detection performance of materi

8、als in various environments,which Can experiment various materials performance of heat, cold, resistance to dry and moisture . useing for the testing quality of electronic, electrical, communications, instrumentation, vehicles, food, chemical, building materials, medical, aerospace and other product

9、s.Keywords Constant Temperature and Humidity Single Chip Control System Limit Temperature Alarm System目 次 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326144418 1 緒論 PAGEREF _Toc326144418 h 1 HYPERLINK l _Toc326144419 1.1 文獻(xiàn)綜述 PAGEREF _Toc326144419 h 1 HYPERLINK l _Toc326144420 1.2 課題的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc326144420

10、h 1 HYPERLINK l _Toc326144421 1.3 課題的研究方案 PAGEREF _Toc326144421 h 1 HYPERLINK l _Toc326144422 2 設(shè)計(jì)的理論根底 PAGEREF _Toc326144422 h 3 HYPERLINK l _Toc326144423 PAGEREF _Toc326144423 h 3 HYPERLINK l _Toc326144424 2.2 AT89C51單片機(jī)系列介紹 PAGEREF _Toc326144424 h 3 HYPERLINK l _Toc326144425 2.3 DS18B20數(shù)字溫度傳感器 PA

11、GEREF _Toc326144425 h 4 HYPERLINK l _Toc326144426 2.4 KSC-6V濕度傳感器 PAGEREF _Toc326144426 h 4 HYPERLINK l _Toc326144427 2.5 RS-232總線接口芯片 MAX232 PAGEREF _Toc326144427 h 5 HYPERLINK l _Toc326144428 3 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326144428 h 6 HYPERLINK l _Toc326144429 3.1 主控模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326144429 h 6 HYPERLIN

12、K l _Toc326144430 3.2 硬件系統(tǒng)電路連接設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326144430 h 8 HYPERLINK l _Toc326144431 4 PID控制算法 PAGEREF _Toc326144431 h 11 HYPERLINK l _Toc326144432 4.1 PID控制的開(kāi)展 PAGEREF _Toc326144432 h 11 HYPERLINK l _Toc326144433 4.2 PID控制理論 PAGEREF _Toc326144433 h 11 HYPERLINK l _Toc326144434 4.3 PID控制算法 PAGEREF _

13、Toc326144434 h 12 HYPERLINK l _Toc326144435 5 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc326144435 h 14 HYPERLINK l _Toc326144436 軟件設(shè)計(jì)綜述 PAGEREF _Toc326144436 h 14 HYPERLINK l _Toc326144437 5.2 軟件流程圖 PAGEREF _Toc326144437 h 14 HYPERLINK l _Toc326144438 結(jié)論 PAGEREF _Toc326144438 h 19 HYPERLINK l _Toc326144439 致謝 PAGEREF _Toc32

14、6144439 h 20 HYPERLINK l _Toc326144440 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc326144440 h 211 緒論1.1 文獻(xiàn)綜述 國(guó)內(nèi)恒溫恒濕試驗(yàn)箱的狀況對(duì)溫濕試驗(yàn)箱的研究主要集中于制冷和加熱方式選擇、控制精度與測(cè)試監(jiān)控、設(shè)備的結(jié)構(gòu)等方面，對(duì)溫濕箱非穩(wěn)態(tài)溫變過(guò)程傳熱特性方面的研究不多，很少研究熱力系統(tǒng)的耦合。對(duì)于濕度，現(xiàn)在多已采用溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)方式，這樣可防止溫濕度調(diào)節(jié)中的互相干擾，現(xiàn)在著重對(duì)加/除濕精度控制、選擇加濕方式的研究。對(duì)不同加濕方式之加濕能力和加濕效率的比擬，分析對(duì)溫濕試驗(yàn)箱的影響。 未來(lái)的恒溫恒濕試驗(yàn)箱開(kāi)展方向1、利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，與PC機(jī)結(jié)

15、合，做仿真實(shí)驗(yàn)。提高試驗(yàn)速度，降低試驗(yàn)本錢(qián)。2、多功能化、智能化，更加平安、精確。雖然現(xiàn)在溫濕箱只能模擬兩種參數(shù)，但是將來(lái)將重點(diǎn)開(kāi)展復(fù)合式的多功能智能化試驗(yàn)箱。1.2 課題的主要內(nèi)容本系統(tǒng)通過(guò)DS18B20溫度傳感器、KSC-6V濕度傳感器對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)溫度、濕度進(jìn)行檢測(cè)，并將溫度、濕度數(shù)據(jù)送入AT89C51單片機(jī)，與預(yù)設(shè)的溫度、濕度數(shù)值進(jìn)行比照，通過(guò)PID控制算法，控制繼電器的通斷，從而控制加熱器、排風(fēng)機(jī)、加濕器、除濕器的工作，從而使恒溫恒濕試驗(yàn)箱工作于預(yù)設(shè)的溫度、濕度。溫濕度控制算法精確控制加熱、加濕，以溫濕度誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)。作為工業(yè)控制的主要被控參數(shù)的溫度、濕度，已被廣泛采用，如在工業(yè)控

16、制中的各種反響爐、加熱器等。過(guò)去多采用常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器對(duì)溫濕度進(jìn)行控制，本課題采用了AT89C51單片機(jī)對(duì)溫濕度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。使用單片機(jī)對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)控制，難就難在測(cè)量的溫濕度值和單片機(jī)輸出的溫濕度值誤差太大，導(dǎo)致無(wú)法輸出，利用ATMEL單片機(jī)核心程序?qū)ζ溥M(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)溫濕度在一段范圍內(nèi)的變化，實(shí)驗(yàn)成功控制語(yǔ)言的代碼，并進(jìn)行燒片，燒片成功后，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，假設(shè)能看到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，那么實(shí)驗(yàn)完成。1.3 課題的研究方案溫度、濕度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫濕度控制系統(tǒng)到達(dá)自動(dòng)化、智能化，要比以前僅僅使用電子線路的控制效果好太多，可控性更加精確。溫度是一個(gè)

17、非線性的對(duì)象，具有大慣性的特點(diǎn)，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。該溫控對(duì)象的傳遞函數(shù)形式如下所示： 1.1圖1.1方案框圖AT89C51單片機(jī)可以通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)溫度、濕度的實(shí)際數(shù)值，并可用鍵盤(pán)輸入設(shè)定值。2 設(shè)計(jì)的理論根底1976年Intel公司首先推出了可以稱為單片機(jī)的MCS-48系列單片微型計(jì)算機(jī)。它以體積小、功能全、價(jià)格低等特點(diǎn)，贏得了非常廣泛的應(yīng)用，同時(shí)一些與單片機(jī)有關(guān)的其他公司都爭(zhēng)相推出各自的單片機(jī)。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機(jī)，Zilog公司相繼推出Z8單片機(jī)系列。1987年Intel公司又宣布了比8096性能高兩倍的CMOS型

18、80C196單片機(jī)，1988年推出帶EPROM的87C196單片機(jī)?？v觀這短短的20年，已經(jīng)經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多項(xiàng)選擇擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向開(kāi)展。新一代的80C51系列單片機(jī)除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)微控制器microcontroller完善的控制功能。2.2 AT89C51單片機(jī)系列介紹2.2.1 AT89C51系列的特性和根本組成 本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)中的AT89C51。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反

19、復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合，AT89C51的主要特點(diǎn)有：(l)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器為電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM，容量8KB，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量256字節(jié)，最大尋址空間64KB；(2)AT89C51有40個(gè)引腳；三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；(3)可利用兩根I/O口線作為全雙工的串行口，有四種工作方式，可通過(guò)編程設(shè)定；(4；(5)AT89C51有40個(gè)引腳；(6)1000次擦寫(xiě)周期。2.3 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DS18B20簡(jiǎn)介

20、DS18B20溫度傳感器，具有微型化、非易失性、上下觸發(fā)門(mén)限、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20采用的是3腳TO-92封裝，形如三極管，測(cè)溫范圍為-55+125，在-1085范圍內(nèi)，精度為0.5?？勺孕性O(shè)置溫度報(bào)警上限值TH、下限值TL。當(dāng)DS18B20檢測(cè)到溫度值后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后保存到存儲(chǔ)器中，與預(yù)設(shè)的TH或TL比擬，如果測(cè)量值超過(guò)設(shè)定的范圍時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 DS18B20的工作原理DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測(cè)溫原理如下圖。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫

21、度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度存放器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。2.4 濕度傳感器 濕度和濕度的表示方法濕度指的是空氣

22、中所含的水蒸氣的多少，經(jīng)常采用相對(duì)濕度、絕對(duì)濕度、露點(diǎn)表示。絕對(duì)濕度指的是在一定的溫度和壓力條件下，單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，用符號(hào)AH表示。 (2.1)式中 -絕對(duì)濕度，單位為；-空氣中水蒸氣質(zhì)量g;V-空氣的體積 相對(duì)濕度指的是被檢測(cè)氣體中的水蒸氣的氣壓占該氣體在相同溫度條件下飽和水蒸氣的氣壓的百分比。用符號(hào)RH表示。 2.2露點(diǎn)指的是在壓力一定的情況下，將含水蒸氣的空氣冷卻，當(dāng)降到一定溫度時(shí)，空氣中的水蒸氣到達(dá)飽和狀態(tài)，開(kāi)始從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)稱此溫度為結(jié)露的溫度，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)，用表示。濕度傳感器選用KSC-6V濕度傳感器，其振蕩器采用CMOS電路，具有線路簡(jiǎn)單、工作可靠、制作本

23、錢(qián)低、抗干擾能力強(qiáng)、靜態(tài)功耗低、振蕩電路轉(zhuǎn)換特性好、雙振蕩器在同一芯片上特性相同等優(yōu)點(diǎn)。濕敏傳感器KSC-6V濕敏探頭的電容隨濕度的變化而變化，引起振蕩電路輸出方波的脈沖寬度發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)過(guò)處理之后輸出電流信號(hào)。KSC-6V的電壓濕度特性大致成線性關(guān)系，輸出靈敏度約為。 KSC-6V的工作原理KSC-6V濕度傳感器的工作原理主要是物理吸附和化學(xué)吸附。感濕層為微型孔狀結(jié)構(gòu)，極易吸附它周?chē)諝庵械乃肿印Ｓ捎谒菍?dǎo)電物質(zhì)，當(dāng)感濕層中水分子含量增多時(shí)，就會(huì)引起電極間電導(dǎo)率的上升。濕度傳感器的感濕層還具有電解質(zhì)特性，其正離子吸附空氣中水分子的羥基，在外加電壓的作用下，產(chǎn)生載流子移動(dòng)。這種現(xiàn)象的變化

24、是可逆的，即當(dāng)空氣中水蒸氣含量減少時(shí)，感濕層又會(huì)釋放羥基，引起電導(dǎo)率降低。為了不使感濕層因極化而降低感濕靈敏度，使用時(shí)應(yīng)采取交流驅(qū)動(dòng)或脈沖驅(qū)動(dòng)。2.5 RS-232總線接口芯片 MAX232 RS-232接口RS-232接口是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，主要作用是實(shí)現(xiàn)電平間的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在RS-232接口也經(jīng)常叫做DB9，所以，在本設(shè)計(jì)中我們采用的是DB9。3 硬件電路設(shè)計(jì)恒溫恒濕試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)硬件局部大致可分為：AT89C51單片機(jī)、DS18b20溫度傳感器、KSC-6V濕度傳感器、數(shù)碼管溫度、濕度顯示電路、限溫報(bào)警系統(tǒng)、繼電器控溫系統(tǒng)、繼電器控濕系統(tǒng)等。硬件總體結(jié)構(gòu)如所示：繼電器1繼電器2AT

25、89C51CPU濕度傳感器通信接口RS-232加熱器限溫報(bào)警系統(tǒng)溫度傳感器排風(fēng)機(jī)除濕器繼電器4加濕器繼電器3PC機(jī)溫度顯示器濕度顯示器圖3.1控制系統(tǒng)原理圖由上述結(jié)構(gòu)框圖可知，以AT89C51單片機(jī)為核心的溫濕度控制系統(tǒng)，恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫濕度由DS18B20溫度傳感器和KSC-6V濕度傳感器檢測(cè)。其一，可將恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫濕度通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。其二，可將設(shè)定的溫濕度值與該溫濕度值比擬，假設(shè)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定溫度，繼電器1動(dòng)作，加熱器開(kāi)始工作；當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，繼電器2動(dòng)作，排風(fēng)機(jī)工作；假設(shè)實(shí)測(cè)濕度低于設(shè)定濕度，繼電器3動(dòng)作，加濕器工作；當(dāng)濕度高于設(shè)定濕度時(shí)，繼電器4動(dòng)作，除濕器工作。并

26、按照它的偏差大小，使用PID控制算法計(jì)算，到達(dá)對(duì)恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫濕度進(jìn)行控制的目的。假設(shè)實(shí)測(cè)溫度值大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的極限平安溫度，保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作，從而保護(hù)恒溫恒濕試驗(yàn)箱。3.1 主控模塊設(shè)計(jì)主控模塊電路由單片機(jī)、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、控制系統(tǒng)總電路圖組成。單片機(jī)的復(fù)位是由外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(9腳)上保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就能使AT89C51完全復(fù)位。系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)采用內(nèi)部方式，AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個(gè)放大器與作為反響元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一

27、個(gè)自激振蕩器，外接晶體諧振器以及電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反響回路中。本系統(tǒng)電路采用的晶體振蕩器頻率為11.0592MHz。復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如下圖。圖3.2 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路3.2 硬件系統(tǒng)電路連接設(shè)計(jì) 溫度、濕度檢測(cè)、顯示電路圖3.3溫度、濕度檢測(cè)、顯示電路圖溫度、濕度檢測(cè)分別用DS18B20溫度傳感器、KSC-6V濕度傳感器檢測(cè)，DS18B20、KSC-6V都能在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并可將溫度、濕度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，將數(shù)字信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，然后通過(guò)顯示電路將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 繼電器控溫、控濕電路圖3.4繼電器控溫、控濕電路圖當(dāng)DS18B20、KSC-6V分別采集到溫

28、度、濕度信號(hào)后，會(huì)將溫度、濕度值傳送給AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)獲取采集到的溫度、濕度值，經(jīng)過(guò)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比擬穩(wěn)定的溫度、濕度值，按照已經(jīng)設(shè)定的溫度上限值、下限值，濕度上限值、下限值，然后通過(guò)PID控制繼電器的通斷，從而控制加熱器、排風(fēng)機(jī)、加濕器、除濕器的工作，使得恒溫恒濕試驗(yàn)箱維持在設(shè)定的溫濕度。 串口通信接口電路AT8951單片機(jī)是TTL電平的，而PC機(jī)的串口是RS-232電平的，如果要把51單片機(jī)連接到PC機(jī)上時(shí)，必須在兩者之間加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，本系統(tǒng)采用的是RS-232的專用接口芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖3.5串口通信接口電路圖 保護(hù)電路保護(hù)電路是指對(duì)恒

29、溫恒濕試驗(yàn)箱進(jìn)行過(guò)溫保護(hù)的電路，其電路如下圖：圖 保護(hù)電路 通過(guò)電壓比擬器LM339對(duì)DS18B20測(cè)得的溫度數(shù)值與預(yù)設(shè)的極限溫度數(shù)值進(jìn)行比擬，假設(shè)恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度大于預(yù)設(shè)的極限溫度，因?yàn)長(zhǎng)M339電壓比擬器特別靈敏(當(dāng)LM339電壓比擬器的兩個(gè)輸入端電壓差超過(guò)10mV時(shí)，輸出狀態(tài)就從一種狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài))，當(dāng)LM339電壓比擬器的輸出端的輸出為低電平時(shí)，該低電平會(huì)促使6N315光電隔離器的3號(hào)引腳變成低電平，從而使信號(hào)RELAY_DRY也變?yōu)榈碗娖?，由于RELAY_DRY信號(hào)控制繼電器1，使加熱電阻絲的電源斷開(kāi)，從而保護(hù)恒溫恒濕試驗(yàn)箱。4 PID控制算法4.1 PID控制的開(kāi)展

30、PID控制技術(shù)經(jīng)歷了氣動(dòng)式、電動(dòng)式、液動(dòng)式三個(gè)階段，現(xiàn)今正向著智能化、數(shù)字化方向開(kāi)展。PID控制技術(shù)適用于高精度的測(cè)量控制系統(tǒng)，它可根據(jù)被控對(duì)象自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)PID控制參數(shù)。PID參數(shù)自整定控制儀可選擇外給定控制功能?？扇〈欧糯笃髦苯域?qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PID外給定控制儀可自動(dòng)跟隨外部給定值進(jìn)行控制輸出。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。手動(dòng)切換至自動(dòng)時(shí)，采用逼近法演算，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)的可靠切換。PID外給定控制儀可同時(shí)顯示測(cè)量信號(hào)及閥位反響信號(hào)。另外PID顯示控制儀包含數(shù)字儀表和模擬儀表，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制數(shù)值和測(cè)量數(shù)值進(jìn)行數(shù)字量顯示，并同時(shí)對(duì)被控制數(shù)值和測(cè)量數(shù)值進(jìn)行相對(duì)模擬量顯示，從而使測(cè)量數(shù)值更加清晰

31、直觀。因?yàn)镻ID控制技術(shù)構(gòu)造簡(jiǎn)單、魯棒性穩(wěn)定性高、參數(shù)容易整定，所以，在工業(yè)控制中PID控制技術(shù)受到大多數(shù)的親賴。統(tǒng)計(jì)顯示，采用PID控制技術(shù)的工業(yè)控制器有90%以上。4.2 PID控制理論線性控制PID控制器根據(jù)實(shí)際輸出數(shù)值y(t)與給定數(shù)值r(t)構(gòu)成的控制偏差e(t)： 4.1將積分、偏差的比例和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象實(shí)行控制，所以稱為PID控制。PID控制技術(shù)原理如下圖：比例微分積分被控對(duì)象r(t)Ye(t)+圖4.1 PID 控制技術(shù)工作原理其控制規(guī)律為： 4.2或者寫(xiě)成傳遞函數(shù)的形式為： 4.3式中 ：比例系數(shù)：積分時(shí)間常數(shù)：微分時(shí)間常數(shù)4.3 PID控制算法作為采

32、樣控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，由于其只能按照采樣時(shí)刻偏差數(shù)值演算控制量。因此4.2式不可直接使用，必須進(jìn)行離散化處理。設(shè)為采樣周期，令眾多采樣時(shí)刻點(diǎn)代表不同的時(shí)間，用累加求和的方式近似替代積分，用一階后向差分的方式近似替代微分，方程做如下變換： 4.4 4.5 4.6本系統(tǒng)采用的是增量式的PID控制算法，其程序流程圖如下列圖所示。輸入并采樣r(k)，y(k)入口計(jì)算偏差e(k)= r(k)-y(k)計(jì)算u(k)= 存 u(k) 以備輸出參數(shù)序號(hào)調(diào)整 e(k-1) e(k-2) e(k) e(k-1)返回圖 4.2 增量式PID控制算法程序流程圖5 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件局部由主程序流程圖、DS18B2

33、0、KSC-6V實(shí)現(xiàn)溫度、濕度轉(zhuǎn)換和溫度、濕度數(shù)值讀取流程圖和顯示流程圖三局部組成。5.2 軟件流程圖 主程序流程圖系統(tǒng)的主程序流程圖如下列圖所示，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，主程序啟動(dòng)，進(jìn)行初始化操作，之后進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)采集、傳送，并將采集到的溫濕度數(shù)值與預(yù)設(shè)的溫濕度數(shù)值進(jìn)行比擬，假設(shè)溫度低于設(shè)定溫度，那么繼電器1動(dòng)作，控制加熱絲工作；假設(shè)溫度高于設(shè)定溫度，繼電器2動(dòng)作，限溫報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警告，同時(shí)排風(fēng)扇啟動(dòng)；假設(shè)濕度低于設(shè)定濕度，那么繼電器3動(dòng)作，加濕器工作；假設(shè)濕度高于設(shè)定濕度，繼電器4動(dòng)作，除濕器工作。DS18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取模塊初始化開(kāi)始溫度值傳送比擬設(shè)定溫度值與實(shí)際溫度值PID控制運(yùn)算模

34、是否小于？繼電器1NY繼電器2排風(fēng)機(jī)加熱電阻圖 5.1 主程序流程圖先對(duì)DS18B20溫度傳感器進(jìn)行初始化處理，然后采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，經(jīng)PID控制運(yùn)算，與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比擬，假設(shè)實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度，繼電器1動(dòng)作，加熱電阻工作，再次采集溫度，如此不斷循環(huán)，當(dāng)實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，繼電器2動(dòng)作，排風(fēng)機(jī)工作，溫度傳感器再次采集溫度，傳送、比擬，直至到達(dá)設(shè)定的溫度范圍。溫度傳感器DS18820、AT89C51單片機(jī)、8位數(shù)碼管間數(shù)據(jù)傳輸如下圖：DS18820檢測(cè)移位讀入單片機(jī)單片機(jī)送數(shù)據(jù)到P2數(shù)據(jù)鎖存到74LS138動(dòng)態(tài)顯示圖5.2 數(shù)據(jù)傳輸流程圖DS18820先進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)

35、移位讀入單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給P2，數(shù)據(jù)鎖存到74LS138中，通過(guò)74LS138動(dòng)態(tài)顯示。KSC-6V濕度傳感器數(shù)據(jù)讀取模塊初始化開(kāi)始濕度值傳送比擬設(shè)定濕度值與實(shí)際濕度值PID控制運(yùn)算模是否小于？繼電器3NY繼電器4除濕器加濕器圖 5.3 主程序流程圖先對(duì)KSC-6V濕度傳感器進(jìn)行初始化處理，然后采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，經(jīng)PID控制運(yùn)算，與設(shè)定的濕度值進(jìn)行比擬，假設(shè)實(shí)際濕度小于設(shè)定濕度，繼電器3動(dòng)作，加濕器工作，再次采集濕度，如此不斷循環(huán)，當(dāng)實(shí)際濕度大于設(shè)定濕度時(shí)，繼電器4動(dòng)作，除濕器工作，濕度傳感器再次采集濕度，傳送、比擬，直至到達(dá)設(shè)定的濕度范圍。KSC-6V濕度傳感器、AT8

36、9C51單片機(jī)、8位數(shù)碼管間數(shù)據(jù)傳輸如下圖：KSC-6V檢測(cè)移位讀入單片機(jī)單片機(jī)送數(shù)據(jù)到P2數(shù)據(jù)鎖存到74LS138動(dòng)態(tài)顯示圖5.4 單片機(jī)數(shù)碼管數(shù)據(jù)傳輸流程圖KSC-6V濕度傳感器先進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)移位讀入單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給P2，數(shù)據(jù)鎖存到74LS138中，通過(guò)74LS138動(dòng)態(tài)顯示。令數(shù)據(jù)傳輸位DQ=0延時(shí)600us拉高DQ=1延時(shí)30usDQ=flag, 返回flag拉低DQ=0移位讀出數(shù)據(jù)結(jié)束圖5.5 單片機(jī)74LS138數(shù)據(jù)流程圖 顯示流程圖 主要是通過(guò)對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行顯示后，給操控人員提供提示，以到達(dá)為本系統(tǒng)提供對(duì)溫度、濕度數(shù)據(jù)的顯示和監(jiān)控的目的。串行口初始化向緩沖區(qū)送數(shù)據(jù)

37、查斷碼送顯示結(jié)束開(kāi)始圖5.6系統(tǒng)的顯示流程圖 DS18B20、KSC-6V實(shí)現(xiàn)溫度、濕度轉(zhuǎn)換和溫度、濕度數(shù)值讀取流程圖DS18B20、KSC-6V實(shí)現(xiàn)溫度、濕度轉(zhuǎn)換和溫度、濕度數(shù)值讀取流程圖，用于系統(tǒng)的溫度、濕度轉(zhuǎn)換和溫度、濕度數(shù)值的讀取。初始化 DS18B20、KSC-6V傳感器開(kāi)始應(yīng)答脈沖發(fā)起 Skip Rom命令發(fā)起 Convert T命令延時(shí)1秒等待溫度、濕度轉(zhuǎn)換完成應(yīng)答脈沖發(fā)起Read Scratchpad命令讀取溫濕度數(shù)值NNYY圖5.7 DS18B20、KSC-6V實(shí)現(xiàn)溫度、濕度轉(zhuǎn)換和溫度、濕度數(shù)值讀取流程圖結(jié) 論在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度、濕度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度

38、、濕度在一定范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。本文簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度、濕度控制系統(tǒng)，并按照有關(guān)要求完成了單片機(jī)溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中以DS18B20溫度傳感器、KSC-6V濕度傳感器、AT80C51單片機(jī)、PID控制為核心內(nèi)容。其中，DS1820溫度傳感器、KSC-6V濕度傳感器可以直接將采集的溫度數(shù)值、濕度數(shù)值以數(shù)字量傳送到51單片機(jī)中，方便、簡(jiǎn)單。恒溫恒濕試驗(yàn)箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)令我受益匪淺。對(duì)常見(jiàn)的芯片有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，雖然在電路設(shè)計(jì)中遇到許多問(wèn)題，比方元器件的選擇要考慮芯片的功能、性價(jià)比、元器件的擺放位置等，但是經(jīng)過(guò)多個(gè)方案的取舍終于能夠設(shè)計(jì)出較為完整的電路。

39、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也學(xué)會(huì)了很多新的東西，PROTEL軟件繪制電路原理圖和PCB圖，以及一些仿真軟件的應(yīng)用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉了我以前所學(xué)的專業(yè)根底知識(shí)數(shù)字模擬電路，C語(yǔ)言，自動(dòng)控制原理等，當(dāng)然最重要的是學(xué)到了關(guān)于根本電子設(shè)計(jì)的一些根本方法，同時(shí)也加深了對(duì)一些常用的電子元件的理解及其根本用法的掌握。解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，豐富了經(jīng)驗(yàn)。盡管畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，但我的收獲卻更加豐富，各種專業(yè)軟件Protel 99 SE，Microsoft Office Visio 2007等都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通

40、交流更使我對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)自己提出了更高的要求。致 謝歷時(shí)三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我查閱了與本課題相關(guān)的大量資料，并認(rèn)真分析，積極思考，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)在王偉生老師、鄭曉真老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，他們嚴(yán)肅的治學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)精神深深地感染和影響著我，在此次設(shè)計(jì)中我耳濡目染、受益匪淺，在此向王老師、鄭老師表示深深的感謝！知識(shí)的積累是一點(diǎn)一點(diǎn)來(lái)的，能夠完本錢(qián)次課題設(shè)計(jì)任務(wù)，也得益于其他老師平時(shí)的講授，是他們教我學(xué)會(huì)了一些專業(yè)知識(shí)和運(yùn)用這些知識(shí)的能力，在此向電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的全體老師表示由衷的謝意。感謝你們四年來(lái)的辛勤栽培！同時(shí)，我對(duì)身邊的

41、同學(xué)也表示深深的感謝，他們對(duì)我的設(shè)計(jì)及論文中某些觀點(diǎn)提出的修改建議對(duì)我而言具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。 通過(guò)這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到還有很多我們需要掌握的知識(shí)在等著我去學(xué)習(xí)，活到老學(xué)到老，大學(xué)生涯的終結(jié)并不意味著我對(duì)知識(shí)的向往與追求的終結(jié)，在以后的工作和學(xué)習(xí)中要保持一種活到老學(xué)到老的精神狀態(tài)。此外，我從本次設(shè)計(jì)中也學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是根本的專業(yè)及理論知識(shí)，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們的現(xiàn)實(shí)生活中去，學(xué)以致用，這才是我們學(xué)習(xí)的根本目的。最后，衷心地感謝在百忙之中參加評(píng)閱設(shè)計(jì)和指導(dǎo)辯論的各位老師！參 考 文 獻(xiàn)1

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48、er：Japanese，NO. 2003130399AP.20038.附錄A控制電路總圖內(nèi)部資料，請(qǐng)勿外傳！9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5p

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