储藏室温湿度监测系统.docxVIP

“计算机控制系统”课程设计报告题 目 储藏室温湿度监测系统姓 名2013/1/16项目背景一般情况下储藏室内的温度及湿度等需要保持在一定的范围之内，尤其对于那些食物、粮食等需要进行生命活动的被储藏对象来说，维持温湿度的相对恒定尤为重要。当温度或湿度偏离正常范围一定程度时，它们可能进行无氧呼吸甚至生长等，使得质量无法保障，达不到储藏的目的。所以，我们设计了一个储藏室的温湿度监测系统。当温度超过30℃或者相对湿度超过80%时报警，提醒仓库管理员进行通风降温等。总体方案为了实现设计的要求需要我们以单片机为控制核心，并利用热敏传感器测量环境的温度，利用湿敏传感器测量周围环境中的湿度；传感器的输出信号经过运算放大器的放大后经过单片机内置AD的采样输入到控制系统，控制系统根据采得的数据经过分析，将控制信号通过IO口输出，控制数码管将相应的数据显示出来，当采得的数据达到设定的阈值时通过IO口输出控制信号，经过驱动电路的放大，驱动蜂鸣器发出声音报警。系统结构框图系统工作流程传感器及其它器件选择该系统中需要用到两种传感器：温度传感器及湿度传感器，另外由于显示及报警的要求，还需要用到数码管及蜂鸣器等器件。温度传感器的选择常用的温度传感器有热敏电阻器、铂电阻、热电偶等，其中热敏电阻通常具有负温度系数。并且不能太高的温度下使用，其测量范围一般为-100~300℃。热敏电阻的阻值与温度的关系如右图所示：热敏电阻也有多重类型，如，批量生产可降低成本的通用型热敏电阻器，热响应速度非常快的热敏电阻器，可在高温下使用的热敏电阻器，分散性小的高精度热敏电阻器等，电阻-温度特性呈线性变化的线性热敏电阻器，自动组装中不可缺少的片热式热敏电阻器，利用其自身加热的自加热型热敏电阻器。在本项目中，需要测量的温度测量误差不大于1℃，测量范围在30℃以下。根据测量要求，可以知道热敏电阻中的线性热敏电阻及通用型热敏电阻等。其中通用型热敏电阻测量的温度上限为100℃，适合本系统的测量要求，并且价格便宜。上图所示的热敏电阻器的电阻值变化与温度的特性不是线性关系。但是，通过对热敏电阻器增加串联电阻或者并联电阻的方法可以实现线性化，不过灵敏度会下降，在50℃的温度跨度内，可以讲非线性误差控制在0.1℃以下，可以满足本项目的要求。铂电阻是一种性能极其稳定、测量范围宽达-200~+650℃的温度传感器，是在高精度温度测量中不可欠缺的温度传感器，其电阻-温度特性如图上所示。最近出现了适合于工业化生产的廉价的薄膜型或者厚膜型的铂电阻，这些膜式电阻的电阻除了可以跟随环境温度波动、具有热响应速度快的优点外，还由于容易获得高电阻值，而容易进行电路设计，测量电路如下图所示。热电偶是利用贝塞克效应进行温度测量的，其最大的优点在于温度测量的范围极宽，并且测量精度高。但是，测量过程繁琐，所以不适合本系统采用。由于铂热电阻器线性度很好，并且稳定，所以在该测量过程中选择铂热电阻作为温度传感器。在铂热电阻器中，最为常用的是Pt100。Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│）， B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间30s。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。为了提高温度测量的准确性，可以使A/D转换器的5V参考电源要稳定在mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器、A/D转换器和运放的线性度要高。同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在±0.2℃左右。湿度传感器湿度测量传感器包括：电阻值变化型相对湿度传感器，陶瓷型相对湿度传感器，电容量变化型相对湿度传感器，利用自加热型热敏电阻器制作的相对湿度传感器。其中陶瓷型相对湿度传感器适用于长时间处于高湿环境的条件，不适合本项目采用。电阻值变化型相对湿度传感器，其感湿部分使用的是高分子材料，由外壳和多分子薄膜保护着，经久耐用。通常相对湿度传感器的使用湿度范围是20%~95%，高耐水性的湿度传感器可以在20%~100%的相对湿度下使用。根据项目需求，在此只需要使用通用型相对湿度传感器即可。电容量变化型相对湿度传感器与电阻值变化型相对湿度传感器具有线性输出的特点，所以不需要线性化电路或利用程序进行线性化处理等。而且这种相对湿度传感器对于湿度的变化响应速度快，抗结露能力强，耐腐蚀性能好，即使在最高温度为180℃的环境气氛中也可以正常工作。并且这种传感器比较低廉，常用的型号是HS1101。如下图是其电容量变化型湿敏传感器响应特性图：其测量电路如下所示：数码管选择系统设计要求使用同一组数码管进行显示，并且由于温度测量误差不大于1℃，相对湿度测量误差小于10%所以本题目中选择4位8段数码管，显示温度时最低位显示符号“C”，显示湿度时最低位显