湿度控制系统设计开题报告

湿度控制系统设计开题报告

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论文题目湿度控制系统设计

一、选题背景和意义

湿度主要指设施内空气的相对湿度，它是表示空气潮湿程度的物理量。湿度是作物最为敏感的因子之一，湿度的大小不仅影响着设施内作物蒸腾与地面蒸发量,而且直接影响着作物光合强度与病害情况［1]。通常所指的湿度为相对湿度,用ＲH%表示，用空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比的百分数表示。在一定的温度下在一定的体积的空气里含有的水汽越少,则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。

随着现代工农业的发展,空气湿度在各个方面的应用也越来越广泛，且对空气湿度的要求也越来越高。无论是在温室栽培、食物储藏方面,还是医疗环境和科学研究等多方面都需对环境湿度进行测量和控制，湿度测量控制智能化对开展各项工作有着积极的意义。由此可看出，设计一个高精度、控制简捷且成本较低的湿度控制系统是有一定的实用意义所在的,具有良好的应用前景和推广价值。

采用湿度传感器芯片进行湿度检测，用单片机编程进行控制，打破原有的人工控制湿度模式，采用智能化的方式进行控制，研制的系统具有小型化，智能化,湿度控制范围可以根据不同的应用环境进行设定。利用单片机判别特定环境湿度程度，再进行去湿或加湿装置处理,不仅具有控制方便、简单、灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控湿度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量。

二、国内外研究现状、发展动态

现如今，湿度控制系统的种类很多且它的实现方式多样化，可采取基于单片机、PLC及LaｂVIEW语言等多种实现方式去实现它的功能。国外早已将湿度控制技术应用到了很多领域,从最先的手动控制到自动控制,再到最后的智能化，向着完全自动化、小型化、低功耗的方向发展。例如在目前阶段,我国大多数大型的农业温室大棚已完成了温湿度检测控制的设施的研发与应用。而中小型的大棚还是依靠人工温湿度判断与控制，存在着人工气候装备配套能力差,产业化程度低,环境控制水平落后,软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点,已严重影响了设施农业的大力发展。开发一种低成本、高效益的湿度控制系统来控制小型大棚湿度将会减少人工劳动负担,提高种植业的经济效益。在湿度检测控制系统上，我国在国外技术发展基础上，虽然与发达国家还有一定差距，但也有着很大的进步。

随着各个行业及人民生活等领域对湿度测量要求不断提高，各种类型湿度测量仪器不断涌现。湿度传感器是湿度检测控制系统的灵魂，湿度测控系统的性能很大程度上依赖传感器的特性。湿度传感器种类繁多，按照湿度传感器工作原理的不同

进行分类，一般可分为伸缩式、蒸发式、露点式、电子式及光电式等多种类型。其中电子式分类是利用材料的电特性与空气中湿度变化呈现一定的关系确定气体湿度。这类湿度传感器特别适用予自动控制领域，一般可分为电阻式和电容式两种。另外现如今运用广泛的集成湿度传感器,它是微电子技术和微电子机械系统(ＭEMS)发展的产物,这两种技术结合越来，使得湿度传感器在功能和微型化方面均有所突破［2]。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品，从输出形式来看,大致可将湿度传感器分成以下三种类型:

1线性电压输出式集成湿度传感器

典型产品有HＩH3605/3610、ＨMｌ５00/15２0。其主要特点是采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快,重复性好，抗污染能力强。

2线性频率输出式集成湿度传感器

典型产品为HＦ3２2３型。它采用模块式结构,属于频率输出式集成湿度传感器。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

3 频率／温度输出式集成湿度传感器

典型产品为HｒF3223型。它除具有HF３２2３的功能以外,还增加了温度信号输出端，利用负温度系数(NTc)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时,其电阻值也相应改变并且从NTc端引出，配上二次仪表即可测出值。

除此以外,200２年ｓen8iroｎ公司在世界上率先研制成功SHTlｌ、SHＴl5型智能化湿度/温度传感器[3]。广州奥松电子有限公司推出的DHTｌl数字温湿度传感器，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,具有很高的可靠性与稳定性［４]，在DHT11基础上,推出的DＨT２1，现更名为AＭ2301的温湿度复合传感器也得到了广泛应用。

在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数,近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。总之,随着计算机技术、应用子技术、传感器智能化技术、机械电子一体化技术和计算机网络技术研究的发展，室内湿度检测已经成为各个国家在保养电子元器件、实时监测室内湿度等国际市场竞争力的前沿性研究领域。

三、研究的内容及可行性分析

1 研究内容

此系统的硬件部分主要将由LＥＤ液晶显示电路、键盘控制、报警电路、数字湿度采集模块、控制模块几大模块组成。系统通过数字湿度传感器采集某特定环境

的湿度,并将采集的数据送入单片机中，将测量值与设置的湿度范围进行比较,控制环境的湿度。硬件系统结构如下图所示：

图1 系统结构图

本系统的主控单元将以AT8９S51单片机作为核心处理器，它是一种带4节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能MOS８位微处理器[6］。接下来简要介绍各模块功能：

１)湿度采集模块

系统设计要求中湿度测量范围在30~80%ＲＨ间，测湿精度为±５%ＲＨ,在一些常见的数字湿度传感器中,如在SHT11数字温湿度传感器中，测量范围为０~100%ＲH，测湿精度在±3％ＲH，在SHT1x及ＳHＴ7ｘ系列温湿度传感器中,测湿精度均小于±５％RH,但这些传感器价格较高，相比之下，DHT11价格在６－7元左右,但它的测试精度过低,与测量系统的精度相同为±5％,故综合比较之下,选择性价比较高的AM2３01温湿度传感器更为符合所要设计的要求。

DＨT１１湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件,并与一个高性能８位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

2）键盘及ＬＥD液晶显示模块