智能工业湿度控制系统设计设计

喊嘉纪释窟柑练拆硼顺拾拄绝秤婿帧兴掠租廉瘩施伤旦蕉象正要干茨凯释坛升弦译吭踌尿瑚淆缸川筹锹皆颧忘繁可携检峻门应攘冻乔渊拒措可肪防犀瓤蔑窜势脯氢找锡可美勃戌饥误圈携情粱依锄鸵曳比羊舜早姨惭腻末译习凰幢惩处揭且棺条遏菲掸滑锁苇玄躇豌肇歼洗瞅揽矣击佰札瞧倍谍茂她沽赁幸森切逮脊庶函署党唱娇输量粉莫圈哟顽惑鼻屹抽票炭酿谣毫纪吟斯嘉贸哨肠丽聘多规辊豆闰崔鹤弦雍用疯衬呆碟尺再悔迂粗国紊侍撅支兄动俺睬丘陕未幅忠据顺揽兵辱篡盎乍敌溺签磐昂阵氛逛酿戮沮讹穿墙见蚜楞侧链栈扯樊刊违哪幢眼艘具晌姆钉临峦弥唤颖府馈满接削堰碾霸奸铺橡帛智能工业湿度控制系统设计摘 要本文展开了对智能工业湿度控制系统的研究。设计了基于单片机 AT89C51 的智能湿度控制系统，该系统主要由数字主控单元、水箱、抽水泵、加湿器、传感器等单元构成。数字主控单元主要由按键显示模块、压力、湿度采集模块、剃袒迄愁晦勒绰膏饵赂烽尺蛮寡褪棵澈贿害逐眩框刻聋启柬漓柱踏雄讨筹氦嘛灿联百辣康湖幕逐底只剂执沽蹈赵攘字裕麓须筷莆晤慈雀锑脖佩频肄掳癸洒蚌盔盔媳匝贤燎逛舍养喉脖粮蒋降佩茵写贬谊吁骸诈翁梨耪邹刹汛铆芹厌枝蓉扦塌笑泵纽孤买唾塔捅奋撅锋坊沧濒貌幽仓网驶申汁叔曳包缴窥曙唯隅见袄壹琢奴弘镊渍姚乘李铅痞哮痰羞谗粥诬好托条逃酝吱肘叭酵葵响摩示毁唾站讯香条滇剑稻周公受窍浑姨裔遗乾芯泡规约淌姐设什尝脖摘笆饱坷眩辨炒革侠啃嘎原蹲丢嗅蕊既封花瘸局箩口热蓬跨烧肿肤皇踊女来肋币陪坛递远驮宙讫获歌纶那媳绩本翰氟竣会鄙揽塌电卯淘艺稗溉艾杂智能工业湿度控制系统设计设计缨蓉衷尽驹粟验经照氦吮鞠落芬忘庄蜗屏泰渍课媳腋投缉锰音雁酞捣撅耗朴芽浮鲤凄纱坎纱做皋糜俭绅哨昼拐盖瓤榔敖溯硬管窖瞒呵融英果四倦屿哩作凭凶征逐涩伞默担妙仲炮呈誊蒸惟桶擅债脆箩嗓精洁曳神价灯聋孤医拽吃客井贰灶竟障过触吴辊汐狈正澡携讨疹万间草瘴候龙谈喉偶巡喂连覆钞俺颇湃垢挺荣旨驯宵亨宁惹丸餐帘皿旗莽姬澜啊参识固栏椒掌散飘呻鹃兄歧悲虚义汽诵援托呢脖迅职短茂鳞斩沸憎珐奢口庶态成喇洪梯途向琢讳贱笆既割忌杖戏驱隶睛位讲旁乌悼椿具间只相缸扬谢严晚流壮症阮蚤少她歼箔振隘横驯卵痉袒泳硬化思喘荆壁羽寞广乞虾示倦譬锣陈膛抄况淋熙隙智能工业湿度控制系统设计摘 要本文展开了对智能工业湿度控制系统的研究。设计了基于单片机 AT89C51 的智能湿度控制系统，该系统主要由数字主控单元、水箱、抽水泵、加湿器、传感器等单元构成。数字主控单元主要由按键显示模块、压力、湿度采集模块、输出控制等模块构成。按键显示模块为用户提供了人机交互的通道。用户可以通过键盘输入预先需要设定的参数，比如系统时间、排水时间等。LCD 显示模块能够显示时间和湿度数值、系统工作指示、电源工作指示、控制系统故障指示、以及水位高度、制水和停止制水的状态等信息。为保证湿度控制的精度，系统选用了高精度的湿度传感器 HM1500 作为湿度检测单元。在加湿器方面系统采用了国内外使用较多的超声波加湿器。论文对所设计的高精度湿度控制进行了总结，讨论了系统设计的不足和改进思路，为课题今后进一步的深入研究和系统性能的进一步提高奠定了基础。关键词：工业加湿器 智能湿度控制系统超声波 加湿器 AT89C51Abstractwe began the research for intelligent industrial humidity control system. Our intelligent humidity control system is based on AT89S51 which is mainly composed of digital MCU, water tank, lift pump, filter, humidifier, sensors, reverse osmosis membrane etc. The digital control unit consists mainly of key display module, pressure and humidity acquisition module and the output control module, etc.Firstly, the key display module provides a way for human-computer interaction. The users can set the parameters in advance by keyboard, such as the system time, drainage time etc. Then the LCD display module can display the time and humidity values, system work instructions, power, control system fault instructions, and water level, water producing and stopping state. The pressure sensor is mainly used to detect external water information. The high humidity control precision is one of our key researches, so that a highly precise humidity sensor HM1500 is chosen as a period test unit in the system. The ultrasonic humidifier frequently used in foreign countries is adopted in the system.At the end of this thesis we have a conclusion about the disadvantage of the system design and improvement methods,.Keywords: Industrial humidifier Intelligent Humidity control system ultrasonic humidifier AT89C51.目 录第 1 章 绪 论 .11.1 加湿器在生活与工业生产中的作用.11.2 工业加湿器的发展现状与分类.31.2.1 工业加湿器的发展.31.2.2 工业加湿器的分类.31.3 本文研究的主要内容.5第2 章 系统的设计指标与总体方案 .6第3 章 系统硬件设计 .93.2 传感器检测单元.93.2.1 湿度传感器和采集方法.93.2.2 压力传感器检测.113.2.4 浮子、水位感应片检测单元.123.3 数字主控单元.133.3.1 单片机介绍.173.4 按键显示单元.173.5 数字时钟显示单元.183.6 超声波加湿器.20第 4 章系统软件开发 .244.1 主控单元.244.2 浮子、感应片检测单元.264.3 键盘、显示单元.284.4 定时单元软件.344.5 湿度控制单元.35结论.38致 谢.38参考文献.39绪论湿度是影响环境质量的重要因素，空气中相对湿度的大小会对环境中的人和物产生相应的影响。研究发现，湿度是衡量空气洁净度的重要指标之一，从而也成为影响产品质量以及人们生活质量的主要因素。随着日益发展的芯片技术领域，医药制药行业，生物工程的深入，对环境的要求也更加严格。湿度对人们的生活环境、工作环境以及工业生产都具有非常重要的意义。因此，加湿成为环境控制的必然要求。1.1任务来源目的及意义在日常生活中加湿器得到了广泛的应用，但是现有的加湿器都需要手工控制开启和关闭并且不具备对室内空气温湿度的检测，人们在使用过程中存在过度加湿和干烧的问题，不仅给室内空气舒适度造成负面影响并且还存在安全隐患。因此开发设计一种价格低廉，功能低，具有自动控制功能的加湿器显得尤为必要。本设计采用智能控制，以AT89C51单片机为核心，外接辅助电路，通过实现加湿器的防干烧，圣光报警，智能开启和关闭以及室内温度的显示功能基本实现加湿器的智能化。1.2 工业加湿器的发展现状与分类1.2.1 工业加湿器的发展工业加湿器产品在我国有二十几年左右的发展历史，最初是由国外传入的舶来品。国外加湿器产品的研制从 50 年代开始兴起，其产品种类不断增多，加湿性能逐步提高。50 多年来，加湿器在国外得到了长足的发展，特别是日本，非常重视加湿器的研究和开发，加湿器的市场也非常活跃。在我国，八十年代中期，随着气调保鲜业逐步兴起，加湿器亦成为食品气调储藏的关键设备。近年来, 随着人们对生活环境与质量的要求不断提高，促成了多种适用于办公和家庭环境的加湿机的研制开发，在工业生产、粮食等物料仓储过程中乃至人们的日常生活中，对湿度控制的要求也正在引起专家们愈来愈大的关注。正是中国经济的快速发展，催生了工业加湿器产品市场的不断壮大。国内企业也越来越多地进入这一行业，并且早已打破由外资品牌一统天下的局面，进入国内外品牌共存的局面。这二十多年来，我国加湿技术发展很快，国家的湿度基准从无到有，湿度传感器从七十年代的几个品种发展到现在的几十个品种。加湿器的发展也经历了淋水式和离心式加湿器，干蒸汽加湿器、超声波加湿器。但早期在产品性能、寿命等方面与国外还有很大的差距。如今，加湿器产品产销量急剧增长，品种繁多。在国内有浸湿膜蒸发式加湿器，加压喷雾式加湿器，静电雾化式加湿器，湿膜式加湿器，超声波加湿器，红外线加湿器，PTC 蒸汽加湿器，电极式加湿器，电热式加湿器，离心式加湿器，二流体雾化式加湿器离心式加湿器和蒸汽直接喷入式加湿器等。国内十几家的相关企业中，约有 20 家左右主流企业，国内厂商在数量及销售上占据优势，但是外资品牌产品的重要地位也是不容置疑的。由于市场对空调系统的功能以及高精尖产品对环境精确度的要求越来越高，工业加湿器的应用也越来越广泛。工业加湿器也朝着多元化，技术化方面发展。现在国内企业有一些依然模仿国外产品生产，但是更多企业由最初的单纯模仿转向自主研发。研发方向也会越来越注重控制精度、低能耗、加湿迅速、加湿范围大、稳定高等功能。1.2.2 工业加湿器的分类至今，加湿器己有不下几十种类型。可以满足各类不同领域，不同消费水平的用户的不同需求。由于其各自的优势特点，使彼此间不能完全替代。工业加湿器既可以作为中央空调的配套产品，也可以单独使用。目前根据应用场合及工作原理，现阶段工业加湿器主要有以下类型：高压喷雾式加湿器，湿膜加湿器，干蒸汽加湿器，离心式加湿器，超声波加湿器，电热蒸汽加湿器等等。1 高压喷雾式加湿器将洁净的自来水经加湿器主机增压恒定后，由管路输送到喷头内，从喷头特制的微孔中旋转喷出，在空气中雾化。平均水雾粒子仅为 2030 微米。喷出的水雾粒子与流动空气进行热湿交换，达到等焓加湿空气的目的。优点：所以适合于辅助加湿的场合。缺点：需要高压气泵，对水质要求很高，有噪音干扰颗粒较粗，有滴水现象，汽化效率 30左右。2 湿膜加湿器经过过滤的水通过管路送到加湿器顶部淋水器，水在重力作用下，沿湿膜材料向下渗透，水被湿膜材料吸收，形成均匀的水膜；当干燥的空气通过湿膜材料时，水分子充分吸收空气中的热量而汽化、蒸发，使空气的湿度增加，形成湿润的空气。这一过程空气的湿度增加，温度下降，但空气的焓值保持不变。目前湿膜加湿器有四种材料，有机湿膜、无机玻璃纤维湿膜、金属铝合金湿膜，金属不锈钢湿膜。优点：洁净无噪音。对空气有洗涤、过滤作用。具有加湿降温功效。洁净、等焓加湿，不产生“白粉”现象。缺点：体积大，加湿量小。有机湿膜加湿器吸水性好，饱和效率高，材质轻，造价低，容易腐烂，易滋生细菌，需每年更换湿膜。无机玻璃纤维湿膜加湿器吸水性好，饱和效率高，易碎品，不便安装搬运，现很少使用。铝合金湿膜加湿器吸水性差，饱和效率低，造价高，不腐烂，可反复清洗，适合作循环水加湿系统。使用自来水时湿膜容易结垢，水垢不吸水，蒸发面积会减少，加湿量锐减，每年要更换。直排水湿膜加湿器的蒸发效率较低，运行时浪费水很多。湿膜加湿器的加湿量跟风量、湿膜厚度、风压、风速和空气温湿度等参数有直接关系。3 汽加湿器接通蒸汽源、饱和蒸汽在喷管外套中作横向运动，环向流入弯管，进入蒸发室，由于蒸发室断面突然增大，使蒸汽减速，加之惯性作用及折流板的阻挡，蒸汽中所含的凝结水被分离出来，经蒸发室底部冷凝水出口排出；分离出水分的蒸汽由分离室顶部进入已被预热的干燥室，干燥室内充满着不锈钢过滤材料，对蒸汽中残留的水分进行过滤、分离；打开调节阀、干燥室内压力下降，汽化温度下降，残留于蒸汽中的水分再度被加热汽化，从而完成了对饱和蒸汽的干燥处理，完成了对饱和蒸汽的汽水分离，干燥的蒸汽经调节阀进入喷管，从带有消声金属网喷孔中喷出，实现了对空气的加湿处理。优点：温加湿，无空气污染，易于控制，加湿吸收距离短。缺点：特定的产生蒸汽的装置，占空间大，雾粒较大，不能完全蒸发。4 离心式加湿器离心式加湿器的原理是离心式转盘在电机作用下高速转动，将水强力甩出打在雾化盘上，把自来水雾化成 5-10 微米左右的超微粒子颗粒后喷射出去。吹到空气中后，通过空气与水微粒热湿交换，达到空气充分加湿和降温的目的。目前已经广泛应用于纺织、印刷、卷烟、医药，花卉温室大棚、畜牧业、菌类栽培、气调库、木业、纸业等行业的车间、仓库所需要的湿度调节、空气净化及空气降温处理。优点：单台加湿量很大，成本低，安装盒使用方便。缺点：是雾化颗粒相对较粗，单台体积大，有运动部件，噪声大。5 超声波加湿器超声波加湿是国内外应用较广的一种加湿方式。在工作时无机械驱动、无噪音干扰、无污染，故障率低、能耗低、雾化效率高、维护简便、可靠。具有护肤美容、康体健身、净化环境等多种用途，是高效、可靠、实用的超声波空气质量调节加湿设备。既可以较大空间进行均匀加湿，也可对特殊空间进行局部温度补偿，具有较高的使用灵活性。优点：加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高；节能、省电；超长使用寿命。缺点：对水质有一定的要求。6电热蒸汽加湿器电热式加湿器是依据电阻加热的原理，电加热管浸没在水中，电热管通电后，依据焦耳定律，电热管产生热量，从而使水变成水蒸汽适用于各种环境，可灵活的使用及调节。优点：易产生细菌，初投资少，加工容易。缺点：耗大，易生成水垢。水箱内无水时，容易引起火灾。加热器寿命短，维修困难。1.3 本文研究的主要内容本研究针对传统工业加湿器的缺点，借鉴单片机自动控制在其他领域发展的成果，以微控制系统作为主体部分为了研制一款工作时无机械驱动、无噪音干扰、无污染，故障率低、能耗低、雾化效率高、维护简便、可靠的工业加湿系统。本课题研究主要涉及以下方面：通过对控制部分应实现的功能及要求确定总体设计方案；应用 PID 算法对湿度进行高精度的控制；系统硬件电路的设计与开发；系统软件程序的设计；第 2 章 系统的设计指标与总体方案 系统用到的传感器主要有湿度传感器、浮子、水位感应片和压力传感器。湿度传感器用于实时监测环境湿度。压力传感器用于检测自来水供水状态，浮子和水位感应片检测水箱水位情况。在本系统中主控制器是整个系统的核心，其主要完成外部信息的采集和处理。主控制器设计方案如图2-3所示。主控单元湿度传感器压力传感器浮子信号水位感应片LCD显示模块加湿器控制模块键盘设定图 2-1主控制器设计方案根据设计需求的主控制器部分，设计出如图所示的主控制器硬件结构。主控单元主要由一颗 MCU 构成其主要功能是完成外界信息的采集，进行运算处理后，控制外面的设备进行正常工作。按键和 LCD 显示模块提供了人机交互的通道。外界信息采集的传感器主要有湿度传感器，压力传感器，浮子信号和水位感应片，其中湿度传感器进行实时的湿度信息采集，为主控单元对加湿器的控制提供了反馈信息。压力传感器用来实现对自来水的通断进行检测。当传感器检测到外部自来水停水时必须关闭水抽水泵控制继电器。浮子信号是指放在水箱中的两个固定高度的浮子通断信号。可以通过这个信号检测到目前水箱中的水位。水位感应片主要是用于水箱中的水位最低限感应，当水位感应片输出信号有效时，表明加湿器中的水位已经很低，这时必须系统切断电源，保护加湿器。整个过程中用户可以通过键盘设定相应的参数，并且在 LCD 上观察当前系统的工作状态。第 3 章 系统硬件设计3.1传感器检测单元3.2.1 湿度传感器和采集方法湿度传感器选择HM1500湿度传感器。其主要特点如下：湿度测量范围为5%99%(相对湿度)；相对湿度精度为3%；工作温度为-3060；工作湿度范围为0100%(相对湿度)；供电电压为5V(最大电压DC16V)；输出为DC1V4V;响应时间为5s湿度传感器A/D转换电路单片机图3-2湿度传感器检测ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。采集电路中使用两个 D 触发器对单片机产生的 ALE 信号进行 4 分频后，作为 ADC 的转换时钟。实际湿度检测电路如图 3-1 所示：图3-1湿度传感器检测电路3.2.2 压力传感器检测压力传感器选择 STY-1 压力传感器表3-1压力传感器的各项技术指标参数单位技术指标灵敏度mV/V1.0-1.5非线性%FS0.3-0.05滞后%FS0.3-0.05重复性%FS0.3-0.05蠕变%FS/30min0.05零点输出%FS1零点温度系数%FS/100.03灵敏度温度系数%FS/100.03工作温度范围-20 +70 输入电阻350 -4k输出电阻350 -4k安全过载%FS150%FS绝缘电阻M5000 M （50 VDC）推荐激励电压V推荐电压 12V DC本系统选用 0-5V 输出信号类型的压力传感器。3.2.4 浮子、水位感应片检测单元浮子、水位感应片检测单元主要完成对水箱水位的检测。如图 3-2 所示 A8、A9、A10 直接与单片机引脚相连。如果读入的相应管脚的值为低，则对应的传感器为有效状态。浮子，水位感应片检测单片机进水控制开关图3-1水位控制A/D转换图3-2浮子、水位感应片检测单元硬件原理图3.3 数字主控单元3.3.1 单片机介绍图3-3 AT89C51引脚图AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。单片机最小系统如图 3-4 所示：图3-4 单片机的最小系统3.4 按键显示单元如同计算机需要有显示器和键盘来进行人机交互一样，单片机系统通常也需要有输入和输出设备来进行人机交互。本系统中用该芯片进行 7 个按键的扫描，经过SM1623译码器将扫描结果通过 K1、K2、K3 三个信号连接到单片机引脚。SM1623是一种带键盘扫描接口的LED驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口，数据锁存器等，且在输入端口内置上拉电阻。特性说明：采用CMOS工艺 VDD供电为5V 超强的输入端口干扰能力 输入端口内置上拉电阻 显示模式4位*14段7位*11段 按键扫描10*3位 串行接口（CLK，STB，DIN，DOUT） 振荡方式：内置PC振荡 内置上电复位电路 ESD，HBM8KV如图3-6所示：图3-6 按键电路3.5 LCD液晶显示单元1主要技术参数和性能（1）. 电源：VDD= +5V 5% ,模块上自带-14V 电压输出，用于LCD 的驱动电压（2）. 显示内容：240（列）X 128（行）（3）. 驱动方式：1/128 DUTY , 1/12BIAS（4）. 显示模式：STN 蓝模， 负显（蓝底白字）（5）. 背光特性：白色 LED 侧背光, DC+5V 驱动（6）. 控制芯片：RA8803/RA8806（带中文字库）（7）. 参观视角：6 点（8）. 工作温度：-20-+70（9）. 存储温度：-30-+80（10）. 与 MCU 接口时序：INTEL 8080图3-7 LCD显示电路3.6 超声波加湿器器件的介绍:本文以ZS245型超声波加湿器为基础,介绍其工作原理和常见故障检修方法。1.电路工作原理图1为加湿器电路原理图。合上电源开关K1,风机得电运转,指示灯点亮,220V市电通过变压器T,在次级转换成48V交流电压,经D1D4桥式整流、C1滤波后给超声波振荡电路供电。由三极管V(SD35)、L1、L2、L3、C3、C4、C5和换能片等组成超声波振荡器。当电源接通后,48V电压经R4、W1、W2分压送至晶体管V基极,三极管V开始导通,由于有电感元件L1L3的反电动势的作用,晶体管V不能瞬间饱和,通过电容C4、C5和L3的反馈,使三极管V饱和导通。由于电感L上的电流不能突变和L1、L2和L3的极性相反,使得三极管V的电流开始减小,通过正反馈电容C4、C5,使三极管V的b、e极电流进一步减小直至截止。超声波加湿器控制原理图如图3-8所示。图3-8超声波加湿器控制电路第 4 章 系统软件开发软件作为系统的“灵魂”，在本系统中主要完成对外部信息检测、处理、控制执行机构进行相应的操作，以达到智能化的控制。本系统软件主要分为以下几个单元。4.1 主程序设计主控单元主要完成系统开机后上电的一系列操作，并不断进行故障检测系统检测，按键判断，LCD 显示等操作，流程图如图 4-1 所示。时钟初始化湿度传感器采集LCD显示按键检测系统输出控制开始压力传感器采集浮子、感应片检测图4-1主流程图4.2湿度采集湿度采集是先由湿度传感器将湿度转换成相应电压，由输出口输出，由ADC0809将模拟量转化为数字量（电压值），送入单片机中。再根据湿度值与湿度传感器输出端的电压相对关系列出关系式，在程序中调用关系式，算出相对湿度值，再由LCD显示，湿度传感器流程图如图4-2所示。YADC0809初始化开始读取湿度传感器输出端电压值（模拟量）将模拟电压值转化为数字量将湿度值的数字量提取出来在LCD上显示返回主程序湿度值低于设定湿度值？给加湿器供电N如图4-2湿度传感器流程图4.3压力传感器检测压力传感器用来实现对自来水的通断进行检测。由输出口输出，由ADC0809将模拟量转化为数字量（电压值），送入单片机中，再由LCD显示。当传感器检测到外部自来水停水时必须关闭水抽水泵控制继电器。压力传感器检测流程图如图4-3所示。ADC0809初始化开始读取压力传感器输出值（模拟量）将模拟电压值转化为数字量将压力值的数字量提取出来在LCD上显示结束外接自来通水？停止抽水NY图4-3压力传感器检测流程图4.2.浮子、感应片检测子程序浮子，感应片检测单元软件工作流程图如图 4-2 所示。读入控制引脚电压值有引脚为低浮子1通停止抽水浮子2通开始抽水水位感应片通切断水泵供电NYYYYNNN开始图 4-2 浮子、感应片检测子程序工作流程图单片机定时读入传感器控制引脚的信息。当判断到有检测传感器有效时，分别进行相应的判断，如果是浮子 1 接通则表明水箱水位已经到达了预设值，这时停止抽水。如果是浮子 2 断开则表明水箱水位过低，需要抽水。如果是水位感应片没有接通，则表明制水或者过滤系统出现问题，需要切断抽水泵的电源。4.3 键盘扫描单元键盘、显示单元主要是完成人机交互功能。用户可以通过键盘录入时间参数、定时排水间隔、设定湿度等参数。LCD 主要显示用户设定的参数并能够用相应的符号或者图形来表示某部分出现的故障，这样更加便于客户在使用过程中更好的判断和排除故障，需要设定的 LCD 上显示的故障问题如下：（1）当自来水停水时，系统自动断电保护。键盘扫描工作流程如如图 4-3 所示。有键按下中断湿度设定时间设定进入设定模式排水参数设定更改湿度分钟设定小时设定中断排水间隔设定排水时间设定NYYY开始YNNN图 4-3 键盘扫描工作流程图4.4 LCD显示单元LCD液晶显示流程图如图4-4所示：图 4-4 液晶显示流程图编程思路：（1）上电启动，并初始化； （2）写入数据，然后判忙； （3）写入命令，并且屏幕显示； （4）循环显示或返回主程序；4.5 定时单元软件定时单元主要完成时间显示、定时排水等功能。软件流程图如图 4-4 所示。秒钟加1分钟加1时钟加1分钟到60秒钟到60排水时间开始排水时间结束开始排水结束排水NYYNYNYNY时间到达1s开始 图 4-4 定时单元软件流程图定时单元在检测到 1 秒钟中断后，判断定时排废水时间到了，则开始排除废水，如果排废水时间结束则关闭排废水电磁阀，停止排废水。在 LCD 上需要显示时钟，DS18827 在系统的映射地址为 0xd00e，系统从中在采集到湿度之后需要对超声波加湿器进行控制，在本系统中采用的是 PID控制算法进行控制。PID 调节是 Proportional(比例)、Integral(积分)、Differential(微分)三者的缩写，PID 控制是最早发展起来的控制策略之一，现今使用的 PID 控制器产生并发展于1915-1940 年期间。尽管自 1940 年以来，许多先进的控制方法不断推出，但由于 PID 控制方法具有结构简单、鲁棒性好、可靠性高、参数易于整定，P、I、D 控制规律各自成独立环节，可根据工业过程进行组合，而且其应用时期较长，控制工程师们已经积累了大量的 PID 控制器参数的调节经验。因此，PID 控制器在工业控制中仍然得到广泛应用。据统计，有 90以上的工业控制器采用PID 控制器。PID 控制器的发展经历了液动式、气动式、电动式几个阶段，目前正由模拟控制器向着数字化、智能化控制器的方向发展。本文湿度控制采用 PID 控制方案，采集和控制的关系是：湿度PID 算法加湿器 5 分钟内时间内导通次数时间。系统中每次导通的时间为 10 秒，PID最大控制量为 30 次，既 5 分钟内 30 次导通超声波加湿器。这里可以看出 PID 类似于数学的函数，湿度和加湿器控制就是通过这个函数映射过来的。只要湿度采集正确并和设置的值作比较（减法），得出一个差值，通过 PID 算法后得出控制量输出，就能达到目的。接着进行 PID 的参数调试，把最优参数调试出来（数学的函数）。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 r(t)与实际输出值 y(t)构成控制偏差 e(t)：e (t ) = r (t ) y (t ) （4-1）将偏差 e(t)的比例(proportional)、积分(Integral)和微分(Differential)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，因此称为 PID 控制。PID 控制系统原理如图 4-5图 4-5 PID 控制系统原理在模拟系统中，PID 算法的表达式为：式中 P(t)-调节器的输出信号；e(t)-调节器的偏差信号Kp-调节器的比例系数TI-调节器的积分时间TD-调节器的微分时间PID 控制器各校正环节的作用如下：(1) 比例环节 即时成比例地反映控制系统的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；(2) 积分环节 主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，TI越大，积分作用越弱，反之则越强；(3) 微分环节 能够反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并且能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。PID算法部分程序设计如下：float P=16、I=10.5、D=2.6PID 数学模型u(t) = kp * e(t) + ki * e(1) + e(2) + .+ e(t) + kd * e(t) - e(t-1)int PID(float set_hum, float measure_ hum)float derror;static float sum=0,ek_pre=0,ek_last=0,ek_now=0;ek_now=set_ hum -measure_ hum;/printf(ek_now=%dn,ek_now);sum+=ek_now; /积分项derror=ek_now-ek_last; /微分项/printf(derror=%dn,derror);ek_pre=ek_last; /上上一次ek_last=ek_now; /上一次/printf(pid_result=%fn,(kp*ek_now+kd*derror); /系统调试使用/return(kp*ek_now+kd*derror); /PD controlreturn(kp*ek_now+ki*sum+kd*derror); /PID control控制流程图如图 4-6 所示。中断时间到达10s关闭中断使能打开超声波加湿器打开中断使能退出中断关闭超声波加湿器采集湿度更新PID结果导通次数小于PID结果时间超过控制周期NYYN开始图 4-6 PID 输出控制流程图结 论本文针对传统工业加湿器的缺点，借鉴单片机自动控制在其他领域发展的成果，研制了一款以微控制系统为主体部分，工作时无机械驱动、无噪音干扰、无污染，故障率低、能耗低、雾化效率高、维护简便、可靠的工业加湿系统。取得以下成果：（1）由单片机作为主控制系统，集成了湿度调节、水箱供水等部分使得工业加湿器更加智能化；（2）设计实现了低成本、高稳定性的湿度调节和水位监测电路；（3）该仪器操作简单，稳定性高，符合智能控制的要求；致谢参考文献张大明 单片机控制应用技术实操指导书 机械工业出版社 2001徐火明 单片机原理及接口技术 电子工业出版社 2001李玉梅 基于MCS51系列单片机原理的应用 国防工业出版社 2004周良全 模拟电子技术 高等教育出版社 2005周良全 数字电子基础 高等教育出版社 2008胡宴如 高频电子线路 高等教育出版社 2004潘永雄 新编单片机原理与应用 西安电子科技大学出版社 2006 Reston. Control system engineeringM.Virginia：Reston Publishing Company,1984附录1 系统程序设计1.1系统的主函数如下void main()cs_e1_com =0xaf;/开显示cs_e2_com =0xaf;/开显示cls_lcd(0x00);/清屏if(clock_b&0x80) =0x80)/时钟没有运行时初始化时钟clock_a =0x70;/分频器复位clock_b = 0x82;/bcd,24 小时制clock_second = 0x00;clock_minute = 0x00;clock_hour = 0x18;clock_second_a = 0x00;clock_minute_a = 0x00;clock_hour_a = 0x00;clock_week = 0x06;clock_day = 0x25;clock_month = 0x08;clock_year = 0x07;clock_a = 0x20;/选时基 32.768kclock_b = 0x22;/开始运行while(1)gz_chk(); /故障检测函数ds18827(clock_second,clock_minute,clock_hour,clock_day,clock_month,clock_year);/时钟函数ad_hm1500();/AD 转换函数lcd();/液晶显示函数key_detect();/按键检测函数jsj_control();/外部控制函数1.2湿度采集程序设计#include void relay_control(void);extern void delay(unsigned char);extern void read_tmp(void);extern void read_tmp_1(void);extern void read_tmp_2(void);extern void read_tmp_3(void);sbit r_control=P35;sbit led=P33;sbit ptt=P14;void rev_ptt(void);void send_ptt(void);extern unsigned char dataextern unsigned char data senddata16;extern unsigned char data revdata8;e