孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

課程設(shè)計設(shè)計題目：設(shè)計題目：孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計系別：自控系班級：測控本091班學(xué)號：2023308120學(xué)生姓名：劉禮旭指導(dǎo)教師：祝尚臻職稱：講師起止日期：2023年3月5日起——2023年3月16日止沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計題目：孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計系別自控系班級測控本091班學(xué)生姓名劉禮旭學(xué)號2023308120指導(dǎo)教師祝尚臻職稱講師課程設(shè)計進行地點：實訓(xùn)F430任務(wù)下達時間：12年3月5日起止日期：12年3月5日起——至12年3月16日止教研室主任呂勇軍2023年3月5日批準(zhǔn)孵化室控溫控制電路設(shè)計1設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1設(shè)計目的：〔1〕了解溫濕度檢測和控制技術(shù)的根本知識以及電工電子學(xué)、單片機、傳感器等相關(guān)技術(shù)。

〔2〕初步掌握常用測溫、測濕方法的特點和應(yīng)用場合，并選擇恰當(dāng)方法應(yīng)用于本設(shè)計。

〔3〕通過學(xué)習(xí)，具體掌握所選擇測溫、測濕方法和相關(guān)傳感器的使用特點和方法。1.2根本要求〔1〕孵化室對溫度有一定要求，溫度是否適宜直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴(yán)格控制，主要指標(biāo)如下：孵化室溫控制在36～42℃，溫度低時啟動電熱器加熱，溫度高時，啟動風(fēng)扇冷卻。報警指示，當(dāng)溫度大于42℃或低于36℃時，用聲光報警。孵化室濕度要求保持在相對濕度55％～60％范圍內(nèi)，超出該范圍要求聲光報警?！?〕要求設(shè)計相關(guān)的硬件電路，選擇適宜的傳感器、控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)?！?〕要有相應(yīng)的控制算法〔軟件流程圖〕。1.3發(fā)揮局部顯示局部實現(xiàn)人性化設(shè)計，遠程監(jiān)控。2設(shè)計過程及論文的根本要求：2.1設(shè)計過程的根本要求〔1〕根本局部必須完成，發(fā)揮局部可任選；〔2〕符合設(shè)計要求的報告一份，其中包括總體設(shè)計框圖、電路原理圖各一份；〔3〕報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2課程設(shè)計論文的根本要求〔1〕參照畢業(yè)設(shè)計論文標(biāo)準(zhǔn)打印，包括附錄中的圖紙。工程齊全、不許涂改，不少于4000字。圖紙為A4，所有插圖不允許復(fù)印?！?〕裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文〔設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各局部電路及相應(yīng)的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹〕、小結(jié)、參考文獻、附錄〔總體設(shè)計框圖與電路原理圖〕。3時間進度安排順序階段日期計劃完成內(nèi)容備注1講解主要設(shè)計內(nèi)容，安排學(xué)生查閱資料打分2檢查任務(wù)框圖的設(shè)計情況打分3檢查整個設(shè)計理論方面的準(zhǔn)備情況打分4指導(dǎo)學(xué)生進行傳感器的選擇打分5進程傳感器及測量電路的硬件電路設(shè)計打分6講解原理圖的繪制要求打分7檢查原理圖完成情況，講解及糾正錯誤打分8檢查流程圖的繪制及報告的書寫要求打分9布置辯論打分10辯論、寫報告打分沈陽工程學(xué)院傳感器課程設(shè)計成績評定表系〔部〕：自控系班級：測控本091班學(xué)生姓名：劉禮旭指導(dǎo)教師評審意見評價內(nèi)容具體要求權(quán)重評分加權(quán)分調(diào)研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設(shè)計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設(shè)計工作。0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整標(biāo)準(zhǔn)。0.55432指導(dǎo)教師評審成績〔加權(quán)分合計乘以12〕分加權(quán)分合計指導(dǎo)教師簽名：年月日評閱教師評審意見評價內(nèi)容具體要求權(quán)重評分加權(quán)分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力。0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整標(biāo)準(zhǔn)。0.35432評閱教師評審成績〔加權(quán)分合計乘以8〕分加權(quán)分合計評閱教師簽名：年月日課程設(shè)計總評成績分摘要當(dāng)今時代是一個自動化時代，生產(chǎn)、養(yǎng)殖等好多行業(yè)的設(shè)備都與計算機密切相關(guān)。目前在中國，絕大局部的養(yǎng)殖場的溫濕度的檢測還停留在人工測量和記錄的水平上，沒有一個科學(xué)的高技術(shù)的測試系統(tǒng)。因此，一個好的養(yǎng)殖場的溫濕度的控制系統(tǒng)，將給養(yǎng)殖場帶來該方面的技術(shù)革新。本次課程設(shè)計是孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，孵化室內(nèi)的溫度和濕度直接影響出雛率和幼雛的健康，嚴(yán)格控制孵化室內(nèi)的溫濕度極為重要。首先，該系統(tǒng)用一個溫度傳感器LM56，對溫度進行測量，理論上是將溫度控制在36.5度到41.5度之間，而不是直接將溫度控制在36度到42度之間，這樣設(shè)定的理由一是減小計算阻值時的誤差，而是對溫度起到一個緩沖作用。通過繼電器來控制加熱器和風(fēng)扇的啟動與停止。其次，該系統(tǒng)用一個濕敏傳感器KSC-6V，對孵化室內(nèi)的濕度進行測量，然后通過比擬器來設(shè)定濕度范圍。通過繼電器來控制加濕機和風(fēng)扇的啟動與停止。最后就是顯示模塊的設(shè)計。該顯示局部是通過數(shù)據(jù)采集卡采集傳感器測得的數(shù)據(jù)而來的。只需用兩個通道1和2，分別采集LM56的Vtemp輸出和KSC-6V的濕度輸出。對于Vtemp需要進行轉(zhuǎn)換才能得到溫度值；對于KSC-6V，由于其輸出電壓值與相對濕度成線性關(guān)系，輸出電壓值即為相對濕度，故不必轉(zhuǎn)換。最后通過計算機系統(tǒng)就能顯示出當(dāng)前溫度值和相對濕度值，同時還能看到溫度值和相對濕度值的波形。通過計算機來觀察孵化室內(nèi)的溫度與濕度，免去了到現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)的麻煩，同時也節(jié)約了人力物力，只需極少的人力即可監(jiān)控數(shù)十個或者更多孵化室的溫度與濕度。對于大中型企業(yè)來說，該系統(tǒng)是一個不錯的選擇！總而言之，本系統(tǒng)操作簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強、本錢低、節(jié)能效果顯著。能更好地適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的需要，適用范圍廣，其經(jīng)濟效益很好，具有較好的推廣價值。關(guān)鍵詞計算機；溫濕度；LM56；KSC-6V；數(shù)據(jù)采集目錄TOC\o"1-3"\h\u16160課程設(shè)計任務(wù)書 I22986傳感器課程設(shè)計成績評定表III11580摘要IV282921設(shè)計任務(wù)描述6179221.1設(shè)計題目6171411.2設(shè)計主要內(nèi)容及要求63911.2.1設(shè)計目的 698541.2.2根本要求 6211861.2.3發(fā)揮局部 612642設(shè)計思路 7287103設(shè)計流程圖8299974各局部電路、程序設(shè)計及工作過程分析9282374.1濕度控制電路955704.1.1濕敏傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理 993674.1.2濕度控制電路的工作原理 10285224.2溫度控制電路11215504.2.1溫度傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理 1152764.2.2溫度控制電路的工作原理 1330284.3顯示局部程序設(shè)計14119205系統(tǒng)軟件設(shè)計局部分析18223676元器件清單19274877主要元器件介紹20327177.1溫控器LM56簡介2077187.2繼電器G3VM-61E1簡介2023987.3電位器3006P-1簡介2110589小結(jié)2318197致謝2419646參考文獻2522404附錄A1邏輯電路圖 261設(shè)計任務(wù)描述1.1設(shè)計題目孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。1.2設(shè)計主要內(nèi)容及要求設(shè)計目的〔1〕了解溫濕度檢測和控制技術(shù)的根本知識以及電工電子學(xué)、單片機、傳感器等相關(guān)技術(shù)。

〔2〕初步掌握常用測溫、測濕方法的特點和應(yīng)用場合，并選擇恰當(dāng)方法應(yīng)用于本設(shè)計。

〔3〕通過學(xué)習(xí)，具體掌握所選擇測溫、測濕方法和相關(guān)傳感器的使用特點和方法。1.2.2根本要求〔1〕孵化室對溫度有一定要求，溫度是否適宜直接影響孵化效果，為此需要對溫度進行嚴(yán)格控制，主要指標(biāo)如下：孵化室溫控制在36～42℃，溫度低時啟動電熱器加熱，溫度高時，啟動風(fēng)扇冷卻。報警指示，當(dāng)溫度大于42℃或低于36℃時，用聲光報警。孵化室濕度要求保持在相對濕度55％～60％范圍內(nèi)，超出該范圍要求聲光報警。〔2〕要求設(shè)計相關(guān)的硬件電路，選擇適宜的傳感器、控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。〔3〕要有相應(yīng)的控制算法〔軟件流程圖〕。1.2.3發(fā)揮局部顯示局部實現(xiàn)人性化設(shè)計，遠程監(jiān)控。2設(shè)計思路首先，該系統(tǒng)用一個溫度傳感器LM56，對溫度進行測量，理論上是將溫度控制在36.5度到41.5度之間，而不是直接將溫度控制在36度到42度之間，這樣設(shè)定的理由一是減小計算阻值時的誤差，而是對溫度起到一個緩沖作用。通過繼電器來控制加熱器和風(fēng)扇的啟動與停止。其次，該系統(tǒng)用一個濕敏傳感器KSC-6V，對孵化室內(nèi)的濕度進行測量，然后通過比擬器來設(shè)定濕度范圍。通過繼電器來控制加濕機和風(fēng)扇的啟動與停止。最后就是顯示模塊的設(shè)計。該顯示局部是通過數(shù)據(jù)采集卡采集傳感器測得的數(shù)據(jù)而來的。只需用兩個通道1和2，分別采集LM56的Vtemp輸出和KSC-6V的濕度輸出。對于Vtemp需要進行轉(zhuǎn)換才能得到溫度值；對于KSC-6V，由于其輸出電壓值與相對濕度成線性關(guān)系，輸出電壓值即為相對濕度，故不必轉(zhuǎn)換。最后通過計算機系統(tǒng)就能顯示出當(dāng)前溫度值和相對濕度值，同時還能看到溫度值和相對濕度值的波形。通過計算機來觀察孵化室內(nèi)的溫度與濕度，免去了到現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)的麻煩，同時也節(jié)約了人力物力，只需極少的人力即可監(jiān)控數(shù)十個或者更多孵化室的溫度與濕度。3設(shè)計流程圖加熱器電源繼電器LM56比擬結(jié)果1加熱器電源繼電器LM56室內(nèi)溫度風(fēng)扇電源繼電器不同阻值定比擬結(jié)果2風(fēng)扇電源繼電器不同范圍傳感器電壓輸出數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集溫濕度顯示溫濕度顯示換算公式由電位器控制的電壓值由電位器控制的電壓值加濕器電源加濕器電源傳感器繼電器比擬器電壓輸出繼電器比擬器KSC-6VKSC-6V室內(nèi)相對濕度繼電器比擬器繼電器比擬器風(fēng)扇電源由電位器控制的電壓值風(fēng)扇電源由電位器控制的電壓值4各局部電路、程序設(shè)計及工作過程分析4.1濕度控制電路濕度控制電路如圖4.1所示。圖4.1溫度控制電路4.1.1濕敏傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理KSC-6V型濕度傳感器基于濕敏電容與環(huán)境相對濕度的關(guān)系，采用CMOS集成電路作振蕩器。具有線路簡單、工作可靠、制作本錢底，抗干擾能力強、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。電路方框圖如圖4.1.1.1所示。低頻振蕩器濾波門電路濕敏元件低頻振蕩器濾波門電路濕敏元件穩(wěn)壓電源標(biāo)準(zhǔn)輸出穩(wěn)壓電源標(biāo)準(zhǔn)輸出圖4.1.1.1濕敏傳感器電路方框圖將濕敏元件作為一個電容器，置于RC振蕩電路中，由于它的電容容量較小，容量變化范圍也較小，為了減少外界干擾和引線較長而帶來的分布電容的影響，將元件直接裝在探頭上，探頭內(nèi)裝上所需的電路，直接將濕敏元件的電容信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。由雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及RC組成雙振蕩器。其中一支路由固定電阻及濕敏元件組成；另一支路由多圈電位器及固定電容組成。設(shè)定在0%RH時，濕敏元件振蕩支路產(chǎn)生一固定脈沖寬度的方波，另一振蕩支路通過調(diào)整電位器使其方波與其濕敏元件支路的脈沖寬度相同，從而使兩信號差為零。當(dāng)相對濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的容量也隨之而變化，從而引起方波的脈沖寬度作相應(yīng)的變化。這兩個信號差通過RC濾波，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到電壓輸出，就是我們所需要的相對濕度。KSC-6V型濕度傳感器的濕度——電壓特性測試曲線見圖4.1.1.2。其輸出靈敏度為1mV/RH。圖4.1.1.2KSC-6V型濕度傳感器的濕度——電壓特性測試曲線該傳感器主要用于測濕。所以采用了通用優(yōu)質(zhì)“O〞型膠圈，在傳感器兩端進行密封。前頭采用透氣性較好的粉末冶金作護罩，外殼、前后接頭采用鋁材料，進行陽極氧化處理，從而使傳感器隔離高濕環(huán)境，也對減少電磁屏蔽，減輕重量，控制本錢起了很大的作用。4.1.2濕度控制電路的工作原理濕度傳感器應(yīng)用的電路原理圖如圖4.1所示。傳感器的相對濕度值0~100%，所對應(yīng)的輸出信號為0~100mV。將傳感器輸出信號分成三路分別接在U1A的反相輸入端，U1B的同相輸入端和插針的1腳上。U1A和U1B為開環(huán)應(yīng)用，作為電壓比擬器只將RP1和RP2調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢?，?dāng)相對濕度下降時，傳感器輸出電壓值也隨著下降；當(dāng)降到設(shè)定值55%時，U1A的輸出腳電位將突然升高，使VT1導(dǎo)通，同時D1發(fā)光，繼電器U4吸合，接通加濕器。數(shù)顯示局部見4.3節(jié)。在顯示局部，報警器發(fā)出聲音，同時指示燈亮。相對濕度值繼續(xù)上升，如超過設(shè)定值60%時，U1B的輸出腳將突然升高，使VT2導(dǎo)通，同時D2發(fā)光，表示空氣太潮濕，繼電器吸合，接通排風(fēng)扇，排除空氣中的潮氣。相對濕度降到低于60%的某值時，繼電器釋放，排氣扇停止工作。這樣室內(nèi)的濕度就可以控制在55%到60%內(nèi)。4.2溫度控制電路濕度控制電路如圖4.2所示。圖4.2溫度控制電路4.2.1溫度傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理LM56是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限〔和〕是由三個外部電阻對內(nèi)部的1.25V帶隙基準(zhǔn)電壓的方法產(chǎn)生的。LM56有兩個數(shù)字輸出OUT1和OUT2，當(dāng)溫度超過T1時，OUT1變低；而當(dāng)溫度低于〔T1-〕時，OUT1又變高；同樣地，當(dāng)溫度超過T2時，OUT2變低；而當(dāng)溫度低于〔〕時，OUT2又變高。內(nèi)部設(shè)置為。內(nèi)置溫度傳感器輸出電壓表達式為LM56的主要特點是：數(shù)字輸出支持TTL邏輯電平。內(nèi)置溫度傳感器和電壓基準(zhǔn)。內(nèi)置兩個具有滯回的比擬器。電源電壓：2.7~10V。電源電流：230uA〔最大值〕。滯回溫度：。LM56的內(nèi)部原理框圖如圖4.2.1.1所示。圖4.2.1.1LM56的內(nèi)部原理框圖主要技術(shù)參數(shù)特性曲線。LM56的溫控器輸出〔OUT1、OUT2〕傳輸函數(shù)如圖4.2.1.2所示。4.2.1.2LM56的溫控器輸出〔OUT1、OUT2〕傳輸函數(shù)4.2.2溫度控制電路的工作原理溫度傳感器應(yīng)用的電路原理圖如圖4.2所示。傳感器輸出信號OUT1用于控制風(fēng)扇，OUT2用于控制加熱器，接到J4插針的1腳上，該腳再接到數(shù)據(jù)采集的1通道。LM56的局部接線圖如圖4.2.2.1所示，因為VT1=1.250Vx(R1)/(R1+R2+R3)，VT2=1.250Vx(R1+R2)/(R1+R2+R3)，(R1+R2+R3)=27kΩ，VT1orT2=[6.20mV/°CxT]+395mV，R1=VT1/(1.25V)x27kΩ，R2=(VT2/(1.25V)x27k)Ω–R1，R3=27kΩ?R1?R2。由于計算阻值時會產(chǎn)生誤差，還有就是溫度有緩沖時間，為了將孵化室的溫度控制在36℃到42℃之內(nèi)，故留出0.5℃，即理論溫度范圍是36.5℃到41.5℃。由此可得：從而，當(dāng)傳感器檢測到的溫度高于41.5℃時，OUT1和OUT2都輸出低電平，此時Q2導(dǎo)通，繼電器吸合，風(fēng)扇工作，Q3截止，加熱器不工作；當(dāng)傳感器檢測到的溫度低于〔〕=〔〕=36.5℃時，OUT1和OUT2都輸出高電平，Q2截止，風(fēng)扇不工作，Q3導(dǎo)通，繼電器吸合，加熱器工作。該溫度傳感器的缺乏之處是，加熱器和風(fēng)扇總是交替工作，這主要是由于LM56的精度太低，即=5℃太大引起的。圖4.2.2.1LM56的局部接線圖4.3顯示局部程序設(shè)計顯示局部的程序設(shè)計是基于虛擬儀器而來的。程序框圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1溫濕度顯示與報警程序設(shè)計框圖該程序運用雙通道數(shù)據(jù)采集，通道1用于采集溫度，通道2用于采集濕度。需要注意的是，兩個通道采集的模擬量實際上都是電壓值，電壓值和溫度，濕度都有一一對應(yīng)的關(guān)系。首先，將采集到的信號進行濾波處理，處理后的溫度信號進行轉(zhuǎn)換，調(diào)用公式函數(shù)，其設(shè)置如圖4.3.2所示。轉(zhuǎn)換后的結(jié)果即為當(dāng)前孵化室的室溫。然后分別用波形圖和數(shù)值顯示器顯示溫度波形和實時溫度。再用兩個比擬函數(shù)，將實時溫度分別與42℃和36℃進行比擬，當(dāng)孵化室溫度高于42℃或者低于36℃時，報警燈變亮，同時發(fā)出報警聲。處理后的濕度信號即為當(dāng)前孵化室的相對濕度。然后分別用波形圖和數(shù)值顯示器顯示濕度波形和實時濕度。再用兩個比擬函數(shù)，將實時濕度分別與60和55進行比擬，當(dāng)孵化室濕度高于60或者低于55時，報警燈變亮，同時發(fā)出報警聲。其前面板框圖如圖4.3.3所示。圖4.3.2溫度傳感器采集到的電壓值與溫度的轉(zhuǎn)換公式圖4.3.3孵化室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)顯示局部5系統(tǒng)軟件設(shè)計局部分析軟件局部設(shè)計是基于虛擬儀器的軟件工具LabviEW。軟件設(shè)計流程圖如圖5.1所示。燈亮，發(fā)出警報判斷是否在設(shè)定范圍內(nèi)濕度波形圖實時濕度燈亮，發(fā)出警報判斷是否在設(shè)定范圍內(nèi)溫度波形圖實時溫度公式轉(zhuǎn)換濾波器濾波器信號拆分DAQ助手溫度信號濕度信號燈亮，發(fā)出警報判斷是否在設(shè)定范圍內(nèi)濕度波形圖實時濕度燈亮，發(fā)出警報判斷是否在設(shè)定范圍內(nèi)溫度波形圖實時溫度公式轉(zhuǎn)換濾波器濾波器信號拆分DAQ助手溫度信號濕度信號否否圖5.1軟件設(shè)計流程圖6元器件清單名稱型號數(shù)量備注濕敏傳感器KSC-6V1電阻貼片電阻假設(shè)干220歐姆電阻貼片電阻假設(shè)干1K電阻貼片電阻114K電阻貼片電阻113K電阻貼片電阻1100K電阻貼片電阻250K插針假設(shè)干直流電源插座DC-0051電位器3006P-1250K比擬器LM3581溫控器LM561二極管1N40072繼電器G3VM-61E14三極管2N39061三極管2N39041三極管90132發(fā)光二極管貼片2電容貼片電容10nF加濕器1加熱器1風(fēng)扇17主要元器件介紹7.1溫控器LM56簡介LM56是一個高精度、低功耗的溫控器，其溫度門限〔和〕是由三個外部電阻對內(nèi)部的1.25V帶隙基準(zhǔn)電壓的方法產(chǎn)生的。關(guān)于LM56的詳細介紹請參考4.2.1節(jié)。7.2繼電器G3VM-61E1簡介繼電器G3VM-61E1的形狀如圖7.2.1所示。圖7.2.1繼電器G3VM-61E1的封裝形式繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.2.2所示。繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)該繼電器