智能除湿器控制系统的设计毕业论文.doc
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1、题 目: 智能除湿器控制系统的设计 姓 名: 学 号: 系 别: 物理与电子工程系 专 业: 自动化 年级班级: 2009级(1)班 指导教师: 2013年5月18日毕业论文(设计)作者声明本人郑重声明:所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定,同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编;同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本毕业
2、论文内容不涉及国家机密。论文题目:智能除湿器控制系统的设计作者单位:物理与电子工程系作者签名: (学号: ) 年 月 日 目 录摘要1引言11.总体设计方案21.1方案设计21.2除湿器工作原理32.硬件的选择42.1单片机主芯片选择42.2传感器选择方案42.3显示器选择63.硬件电路设计63.1时钟电路63.2复位电路73.3湿度采样电路73.4报警电路83.5显示电路93.6按键输入电路93.7系统硬件电路图94.软件系统设计104.1主程序流程图104.2湿度控制流程115.调试与仿真125.1软件仿真125.2硬件仿真136.结束语15参考文献15附录16致谢21智能除湿器控制系统的
3、设计摘 要:设计一个除湿器控制系统,要求具备监控实时湿度的功能。以AT89S52单片机作为控制核心,利用SHT11湿度传感器采集空气中的实时湿度值。传感器将湿度和温度信号传送给单片机,经单片机处理后,根据不同的情况采取相应的控制方案,并在LCD1602上显示湿度上限值、实时湿度和温度。当环境湿度高于限定值时启动除湿模块采取相应的措施降低环境湿度,并同步声光报警,能够通过溢出开关控制蓄水池水位,达到控制除湿器工作的目的。软件部分采用C语言完成程序的编写,仿真调试结果正确,实现了智能除湿功能,精度高,响应快。关键词:AT89S52单片机;SHT11;智能除湿Design of Intelligen
4、t Control System of DehumidifierAbstract: The design of a dehumidifier control system with real-time monitoring humidity function. Based on AT89S52 single chip microcomputer as control core, and uses the SHT11 humidity sensor to collect the real-time air humidity. The sensor transmits the humidity a
5、nd temperature to the SCM. After being processed by the SCM the sensor will take corresponding control, and the upper limit of humidity, the real-time temperature and humidity will be displayed on LCD1602. When the humidity of the environment is higher than the limit, the module will be started to t
6、ake corresponding measures to reduce the humidity of the environment, and to activate the sound and light alarms synchronously. And the module can control the water level through the overflow switch, and then the aim of controlling the work of dehumidifier will be achieved. The software uses C langu
7、age to write the program, and the simulation debugging results are correct, basically the intelligent dehumidifying function is achieved with high precision and fast response.Key Words: AT89S52;SHT11;Intelligent dehumidifying引言湿度和生产生活都有着密切的关系,随着人们生活水平的提高,人们对生活环境的要求越来越高。空气中湿度的变化对人体的舒适度和情绪都有直接的影响,所以对湿
8、度的检测以及控制就非常有必要。湿度测量是90年代兴起的行业,湿度传感器主要分为电容式和电阻式两类1,2。近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。1. 总体设计方案1.1 方案设计本设计是基于单片机对于数字信号的高敏感性、可控性,湿度传感器采集实湿度信息的准确性、即时性,设计以单片机为核心的一套智能除湿器控制系统。整个系统包括核心单片机控制模块、实时湿度信号采集模块、显示模块、按键输入模块、除湿越限报警模块和除湿模块。系统总体框图如图1所示。湿度信号检测模块按键模块报警电路时钟模块显示模块除湿模块复位电路单片机图
9、1 系统总体框图启动系统后,存在一个初始湿度上限值,通过按键调节湿度上限值,系统处于检测诊断状态,根据采集到的当前环境实际湿度情况采取相应的工作方案。如果当前时刻环境的实际湿度值低于设定的湿度上限值时,系统仍处于检测诊断状态,除湿模块不工作。如果检测到的实时湿度值高于上限值,则立即启动湿度越限报警装置,同时系统控制除湿模块工作,通过单片机控制压缩机、蒸发器、冷凝器、送风机等设备工作,对湿度超标的空气进行冷却除湿处理,当实际湿度降低到输入的湿度上限值以下时停止除湿。除湿过程产生的废水储存在蓄水池中,通过溢出安全开关控制蓄水池中水位,当达到警戒水位时及时停止压缩机工作,避免池水外溢。通过传感器采集
10、到的湿度信号在LCD1602上显示出来。系统各部分功能作用如下:(1) 湿度监控:对环境当前湿度进行测量,并通过冷凝除湿使环境湿度达到适合工作和生活的最佳湿度。(2) 温度检测:SHT11是温湿度传感器,能够在LCD1602上显示实时温度但不控制温度。(3) 除湿处理:湿度高于设定上限时报警,报警的同时采取相应的措施进行湿度的控制。(4) 输入显示:按键主要负责设定湿度上限值,LCD1602显示器用于显示设定值、实时湿度和温度。(5) 越限报警:在环境湿度越限时灯光闪烁报警,当蓄水池水位到达上限值时蜂鸣器报警,LED灯光同步闪烁。1.2 除湿器工作原理冷凝除湿器工作原理如图2所示。膨胀阀蒸发器
11、冷凝器送风扇压缩机图2 除湿器工作原理制冷剂循环系统:蒸发器中的液态制冷剂吸收空气中的热量开始蒸发,对空气进行降温除湿,液态制冷剂也完全蒸发变为气态;气态制冷剂被压缩机吸入并压缩,在通过冷凝器的过程中释放热量,给空气加热,制冷剂液化。通过膨胀阀截流后转变成低温低压制冷剂流入蒸发器,完成制冷循环过程。空气循环过程:送风扇将室内的潮湿空气吸入,通过蒸发器盘管区冷却除湿降温,再经过冷凝器升温后送入室内3。2. 硬件的选择2.1 单片机主芯片选择 AT89S52是一种高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器,片内8KB可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。使用Atmel公司的高密度非易失性存储
12、器制造技术,兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。拥有8位CPU和在系统内可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用4。AT89S52相比于之前的51单片机有很多优点:(1) 增加很多新功能,性能有较大提升,但价格基本不变。(2) ISP在线编程功能,改写单片机存储器内的程序时不需要把芯片从工作环境中剥离,操作方便。(3) 最高工作频率为33MHz,而之前的89C51的极限工作频率是24MHz。因此,AT89S52具有更高工作频率,计算速度更快。(4) 具有双工UART串行通道。(5) 内
13、部集成看门狗计时器,不需再像89C51外接看门狗计时器单元电路。 (6) 拥有全新的加密算法,程序的保密性得到大大加强,可以有效保护知识产权不被侵犯。(7) 兼容性方面:能够向下完全兼容51的全部字系列产品。如8051、89C51等早期MCS-51产品5。根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑,选用AT89S52单片机为主机,可以满足设计要求而且设计方便。2.2 传感器选择方案检测空气相对湿度的方法很多,其原理是感湿材料吸收空气中的水分,引起物理或化学性质的变化,间接地获得感湿材料的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积
14、随之发生变化而进行湿度测量的6。方案一:选择HS1101湿度传感器采集空气湿度信号。HS1101是电容式湿度传感器,能够采集实时湿度并输出模拟信号,适用于线性电压输出和频率输出两种电路。HS1101可测量的相对湿度范围在0%100%RH之间,其测量误差小于2.0%RH。方案二:选用SHT11作为湿度检测元件。SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温度传感器芯片,具有高度集成、测量精确度高、封装尺寸小、可靠性高等优点。全量程标定,两线数字输出;湿度测量范围:0%100%RH,湿度测量精度为3.0%RH,功耗80W。经上述分析,方案一虽然精度较高,但是需要进行模数转换,较为复杂。方案
15、二精度较方案一稍差,但是完全能够满足设计需求,且性能更好。故选择方案二,使用SHT11湿度传感器采集空气湿度信号。SHT11将湿度感测、温度感测、信号放大、A/D转换等功能集成到一个芯片上,其内部结构如图3所示。校准存储器易失RAM14位A/D转换器CRC寄存器状态寄存器串行接口放大器低压检测电路控制单元相对湿度传感器温度传感器SCKDATAGNDVDD图3 传感器SHT11内部结构该芯片包含一个电容性湿度敏感元件和一个温度敏感元件,分别将湿度和温度转换成电信号,产生的微弱电信号首先进入信号放大器进行放大处理,然后进入一个14位的A/D转换器进行模数转换,最后经过二线串行数字接口输出数字信号。
16、传感器芯片SHT11采用二线串行数字接口与微处理器进行通信,所以硬件接口设计简单。DATA接线时需要外接上拉电阻,时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间的通信同步,由于接口包含了完全静态逻辑,所以对SCK最低频率没有要求7。2.3 显示器选择LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED相似,将对应的信号送到相应的管脚就能实现显示。字符显示是根据需要显示基本字符。与传统的LED数码管显示器相比,LCD液晶显示器具有体积小、功耗低、等优点,且不需外加驱动电路8。现在LCD液晶显示已经成为单片机应用设计中最常用的显示器件。LCD1602显示器的引脚如图4所示。VSS VDD VO
17、RS R/WE DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K12345678910111213141516LCD 模 块图4 显示器LCD1602引脚图 RS:数据和指令选择控制端,RS=0命令状态;RS=1数据;R/W:读写控制线,R/W=0写操作;R/W=1读操作;A:背光控制正电源;K:背光控制地;E:数据读写操作控制位,E线向LCD模块发送一个脉冲,LCD模块与单片机间将进行一次数据交换;DB0DB7:数据线,用8位连接,也可以只用高4位连接,节约单片机资源;VDD:电源端;VEE:亮度控制端(1-5V);VSS:接地端。3. 硬件电路设计3.1 时钟电路单片
18、机运行的时间基准由时钟电路提供,在AT89S52的XTAL1和XYAL2两引脚间接一只晶振和两个电容,即可作为单片机时钟电路,电路中的两个电容对振荡频率有微调作用,电容大小为22pF,晶振频率为12MHz。系统时钟电路如图5所示。图5 系统时钟电路3.2 复位电路AT89S52的RST管脚是一个外部复位信号输入口。复位信号是高电平有效,在RST端输入高电平时实现复位和初始化。本设计采用手动按键复位电路,当按键REST被按下时,系统复位。复位电路如图6所示。图6 系统复位电路3.3 湿度采样电路采用SHT11湿度传感器采集湿度信号,采用二线串行数字接口与单片机进行通信。SCK与单片机P1.0引脚
19、相连,DATA与单片机P1.1引脚相连,并接两个上拉电阻。湿度信号采集电路的接线方法如图7所示。图7 湿度信号采集电路3.4 报警电路湿度越限报警电路:输入湿度的上限值后,系统进行实时湿度信息采样,并判断出当前湿度与输入湿度上限值之间的差异。如果当前湿度低于湿度上限值,报警电路不报警;如果检测到的实时湿度值高于设定上限值,则立即启动LED灯D2闪烁报警同时蜂鸣器BUZ1报警。湿度越限报警电路如图8所示。图8 湿度越限报警电路警戒水位报警:冷却除湿产生的废水储存在蓄水池中。当蓄水池中水位到达警戒水位时,溢出开关工作,压缩机停止工作,防止池水外溢。蜂鸣器BUZ2和LED灯D3同步报警。警戒水位电路
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