温湿度表（共6篇）
温湿度表 篇1
摘要：湿度是指含在大气中的水蒸汽的数量,可以使用相对湿度来表示湿度和温度的高低。因为它是在环境条件中评价的一个很重要的因素。相对湿度测试必需在恒温的环境,必需要有调节功能干湿温度计的装置中检验。因此,温度和湿度控制箱是非常重要的。现实中比较常用的温湿度装置主要有毛发式,电阻电容式,干湿球式,在我国经常使用的是干湿表,玻璃液体温度计也很常见,其销售价格低,使用环境和精确度要求都与毛发式湿度计一样的,它们的测量范围为5℃50℃,30%RH95%RH。因此,上述两类装置修正后的程序包含在JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》范围中。在本文中,通过方法对干湿球温度表测试以及测试中遇到的问题。本文将着重对干湿温度计检验中出现的问题进行分解,其中包含一些恒温恒湿箱在使用中的技巧,在检验过程中可能出现的一些问题和解决的办法。
关键词：温湿度表,校准,问题
1 校准用的标准仪器,设备及工作原理
1.1 数显式通风用干湿表
数显式通风用干湿表可表示温度和相对湿度的温湿度表、恒定温恒湿箱、纯净水。
1.2 温湿度表检定箱
温湿度表检定箱可以自主控制温度和湿度。
1.3 可以显示实验室内温度和湿度的干湿温度计
最大的允许误差应不超过±2℃,相对的湿度不大于±5%RH(40%RH~70%RH,20℃),±7%RH(40%RH以下或超过70%RH,20℃)。
1.4 对标准器的要求
需要有数显式干湿温度计,可表示相对湿度和温度,其最大的允许误差为±0.1℃,相对湿度最大允许误差为±1.7%RH。
1.5 工作的原理
由两个一样的工作用温度计,用来测量实时温度,称为干球温度计,另外一个用纯净水浸泡的布包好,纱布球部的另个分支下部放入纯净水中,称为湿球温度计。大气的干温度计和湿温度计温度有着函数的联系,它可以测试在大气中干温度和湿温度的湿度来计算。探头可以放在有准确温度和湿度的标准箱的中央,摆放的方式和数量不应当阻碍气体流通。温湿度标准箱内应该保持气密,不能将产品放在潮湿或吸湿性强的物质上。当温度、湿度到达测试要求后,在对实测值进行读数,可以通过比较法得到湿度修正值。
如图1所示的温度和湿度表检定图:
2 校准方法和校准项目
在此之前的温湿度测试中,我们根据JJG130-2004《工作用玻璃液体温度计检定规程》,依次对干湿温度计的干温度和湿温度的精确性和一致性进行检定,没有把湿纱布对温度计的影响考虑进去,这是此种方法存在一些问题。在JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》中明确包含干湿温度计的测试,以及其他的参数,如温度和湿度仪在测试点进行测试。
该套测试系统还包含了湿度试验箱,温湿度检定箱,传感器适配器,加热装置,冷却器,加湿器,除湿机,泵,阀,气动元件。
2.1 恒温恒湿箱操作步骤
恒温恒湿箱操作人应经历正确的训练,否则会损坏仪器。
(1)打开实验箱的门,打开加湿器加水盖,关掉加湿器放水阀门,再加上水直到溢出,再次关掉加湿器放水阀,拧好加湿器口。
(2)温湿度标准箱在显示板后侧处,加水入口在顶部,打开螺帽添加工作用介质(蒸馏水或纯净水)约80L,直到水箱加满有多余的水流出,通电后先通循环泵,运行1~2分钟后,在加至水溢出即可。
(3)将温湿度检定箱门打开,放进被检表,根据要求将准确的湿温度传感器放到适当的地方,把引线从接线孔穿出,连接到数显仪上,盖上塞子,关上门。
(4)连接仪器的电线,接通开关,温度显示仪表绿灯亮起,按指示标识设定,最后设定温湿度到规定的值,依次把风扇电源点亮、循环泵、制冷的开关。
(5)当仪器的温度即将要接近设置的温度值时,关掉电源开关。
2.2 检定、校准中问题的分析与措施
(1)标准器在很长使用后,湿度的读取值和温湿度标准箱的湿度仪示值有一定的误差,这时候就必须要更换新的白棉球,因为棉球使用的太久,会被物质淤积,对介质的流通性有影响。
(2)有时在工作中,湿度显示值太高
①对分子筛进行检查看是否按规范要求安装,且必须保持干燥的状态;
②查看箱底是不是有多余的水,如果水过多,箱底的湿度会增加;
③检查干阀门有没有打开。
(3)有时候湿度显示值上不来:
①检查加湿器内是否有水;
②查看加湿器的加湿管道内是不是有多余的水。如果有积水,则打开排水开关进行排水;
③检查湿气阀门是否打开。
2.3 湿度的测量和检定
将一个准确性比较好的干湿温度计送到上一级的检测机构对重复性检测,得到结果后在和其他的温湿度计检测的数据进行比对,计算误差。
3 结语
对温湿度表检测方法的分析,可以使温湿度标准箱精确度控制在合理范围内等。其中标准器和设备的技术参数很重要,必需设置得当才行,这样既达到了机械式温湿度计测试的指标,切合现实情况。要制定准确的检测、检测体系就可以解决,并且要溯源到国家计量基准,保证整个装置拥有先进的理念,构架合理,操作方便,数据的可靠性,才能为企业提供所需要的服务,保证生产和科研有一个可靠的测量值。
参考文献
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[2]栾恩杰,高志强,马恒儒等.热学计量[D].原子能出版社,2002,6.
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粮仓温、湿度测控系统 篇2
关键词：单片机,测控系统,粮仓,AT89S51,LED
粮仓环境是关系着粮食安全的重要方面。随着科技的进步, 粮仓环境的测控系统开始广泛应用到实际中, 在保证粮食的安全方面发挥着积极重要的作用。当前随着农业生产技术的不断进步, 先进的设施被广泛应用于农业的各方面。传统的粮仓环境管理采用模拟控制仪表和人工管理方式, 其落后的管理方式已不能适应当前农业技术的发展。为此, 采用单片机对粮仓的温度、湿度、虫害等进行控制和管理, 实现粮仓环境测量控制及管理的自动化和科学化。
1 粮仓环境测控系统总体设计
整个测控系统由单片机AT89S51为核心, 配以温度、湿度检测和传送电路、温度传送电路、时钟电路、键盘和LED显示电路及电源电路等组成。系统框架如图1所示。
系统分为两大部分, 包含输入、输出电路。其中输入电路为采样粮仓环境数据, 包括温度、湿度的测量, 同时有必要的数据转换电路;键盘作为最基本的输入电路用于输入单片机的执行参数, 用于控制通风设备的电机。输出电路包括LED显示和通风设备。LED数目较少, 受制于传感器本身的测量精度以及单片机的处理精度, 显示当前测得的温度和湿度。在用键盘输入系统参数时, 显示输入的参数值;通风设备的主控对象是电机, 辅助与必要的数控电路, 用于改善粮仓环境。这两个属于不同的模块, 组合在一起与单片机相连, 共同完成粮仓的整体测控系统。
测控系统首先需要一定的支持系统来运行系统、保证系统的正确执行以及稳定性, 这些电路模块包括复位电路、电源电路和时钟控制电路。系统参数可以由人手动设定, 因此需要键盘电路接口供输入系统的运行参数。为完成粮仓环境测量任务, 需要传感器将温度输入到单片机, 其中包括温度检测和湿度检测电路。系统环境的测量结果、调节系统参数, 均需要显示出来供用户交互, 这部分属于显示电路。最后改变粮仓环境需要通风机与外界环境交换气体, 产生空气对流, 这部分为鼓风机及排气扇控制。这两个设备的控制机制是相同的, 因此改变系统环境时可以采用任意一个。
2 具体模块设计
2.1 温湿度检测电路
温度检测和湿度检测电路均属于单片机处理的主要输入数据。其中温度检测使用DS18B20。该原件只有一根信号线, 可处于寄生电源供电的工作方式, 所以接线简单, 只用占用一个端口。湿度检测使用HS1101。由于HS1101是基于电容的湿度传感器, 因此对其的取值需要通过A/D转换。但在具体的实现上, 考虑到技术问题, 如精度、采样时间、反映时间, 以及经济问题, 本系统采用的是将模拟值转化为频率进行测量。
2.2 温度检测电路
采用DS18B20可以直接获得温度的转换数据值而不需要添加而外的A/D转换电路。DS18B20可以采用两种方式供电, 一种是采用电源供电方式, 此时DS18B20的1脚接地, 2脚作为信号线, 3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式, 如图2所示单片机端口接单线总线, 为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流, 可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时, 总线上必须有强的上拉, 上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线, 因此发送接口必须是三态的。
2.3 湿度检测电路
传统的湿度检测电路是通过检测电压随湿度的变化, 并把这种关系通过A/D转换送入单片机来处理。这种处理是先把阻抗变成电压, 再把电压经过A/D转换从而得到想要的数据, 这个过程必然会降低检测的精度, 同时体积和检测成本也会大大增加, 并且远距离的传输有会引起信号的衰减和干扰。
总结以上特点, 本文提出了通过测频的技术来进行湿度检测。根据传感器阻抗的阻性和容性, 电阻电容元件混合的二端网络就与湿度传感器等效, 图3中的S11XX所示的就是该等效电路。因此该技术就是把传感器随湿度的变化转换成频率随湿度的变化, 这种变化就是通过一个555时基电路构成的振荡电路来完成的。电路如图3所示。
连接引脚2和引脚6的是HS1101, 它的作用是变化的电容器, R4的短路引脚是引脚7。HS1101通过R2和R4充电, 通过R2放电, 充电达到上限电压, 放电到触发界线。这个HS1101等效的变化电容器就是通过R2和R4这两个电阻对传感器的充放电。功率的计算公式如下:
根据上面的公式我们可以看到, R4必须远远小于R2并且不低于最小值时才可能提供50%的循环功率。其中R3电阻起保护电路的作用。
本系统采用的湿度传感器是电容式湿敏传感器HS1101, 它的机理是:当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时, 其介电常数也会改变。其中电容容量大小与水蒸气相对压力之间的关系可以用下面这个公式表示:
其中ε0表示真空中的介电常数;εμ感湿材料的介电常数, S表示传感器的有效面积。d表示感湿膜的厚度。
2.4 鼓风机及排风扇控制
本系统采用鼓风机或排气扇改变粮仓环境的温湿度。鼓风机及排气扇可以向粮仓内部通入外界空气借此改变内部的空气的温湿度。由于这样的系统没有精确地改良粮仓内部的环境, 可以在鼓风机及排气扇的附近加入加湿器、冷却器, 可以有效而快速地改变粮仓环境。
鼓风机或排气扇不属于单片机电路的一部分, 但其控制电路是接入单片机控制电路控制的。此处不使用单片机的原因是因为单片机的输出信号电压太低, 并且驱动器的功率很小, 像鼓风机和排风扇这样的大功率、高电压的设备, 单片的是驱动不起来的, 所以我们使用固态继电器来驱动我们的鼓风机和排风扇。虽然我们没有使用单片机来驱动鼓风机和排风扇, 此处给出单片机来驱动鼓风机和排风扇电路如图4所示。
2.5 键盘电路接口设计
在单片机的应用中键盘电路是最常用的人机接口电路, 使用键盘电路来实现湿度值的清零、上一页、下一页、增1、减1以及移位等操作功能。本系统利用一个按键做开始, 并使用一种新颖的键盘电路, 这种新颖的键盘电路可以大大减少键盘电路占用的I/O端口, 提高了I/O端口利用率。
该电路设计可使得按键的次数增加, 并且使用了端口访问和扫描检测技术, 采用组合逻辑直接读取端口, 大大简化了程序处理过程。键盘控制电路如图5所示。
2.6 显示电路设计
本系统使用LED显示电路实时显示温度变化、显示系统参数供用户设置。该显示电路由LM317稳压器、电阻、NPN晶体管、74LS164移位寄存器以及LED显示器组成。电路原理图如图6所示。
本系统在某些使用场合, 应该把可控的缓冲级 (如三态缓冲器74LS244) 加在74LS164与输出装置之间, 以使串行输出过程在输入结束后进行。该电路控制LED显示器共阳极电位是通过控制LM317以及通过控制NPN的导通来完成的, 以此来控制LED显示器的明亮程度。另外通过RP2电位器调整脚2的输出电压来调控LED显示亮度的均匀。
2.7 系统总体电路
综合以上各个电路模块, 整个系统的电路图如图7所示。其中在每个自模块电路的基础上组合而成。
测控系统的引脚定义与以上各个分电路的分配有所差别。主要原因是最终将不同电路组合成系统时需要考虑多种因素, 包括硬件设计上的:方便布线, 解决电磁干扰, 协调各个元件的物理关系、考虑每个元件的电气特性;软件方面的:程序的设计、调试。这些因素会影响到电路的设计。从实际应用出发, 最后的系统布线、端口分配等会更改。
整个系统的原理图通过了Protel的电路图编译, 进一步需要进行模拟实现, 判断是否需要更改必要部分来完成最终系统的实现。通过实验板的仿真并运行单片机的程序来测试系统的正确性、可靠性和稳定性。
3 结束语
本文主要介绍了粮仓环境的温度和湿度监控系统的整体设计方法, 并具体针对每个功能模块也做了详细的设计说明。简要介绍了整个电路的实现过程、温度传感器和湿度传感器的工作原理和工作工程。
参考文献
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[5]张天凡, 51单片机完全手册[M].北京:电子工业出版社, 2008.
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[10]孙增沂.智能控制理论技术汇编[M].北京:清华大学出版社, 1997.
温湿度表 篇3
随着我辽宁轨道交通职业学院新校区建设的不断深入与完善, 信息化应用的开发在我院教学和科研有了更深入的应用, 目前为全校提供基础服务环境的教学数据中心机房和宿社门禁, 所有网络设备与门禁安防设备采用以单体楼为汇聚点接入中心机房, 由于各个单体楼相距较远, 管理不能够集中。而且每个单体楼宇的弱电间空间相对狭小, 没有通风换气设备, 为了保证网络设备能够安全、稳定、高效的24小时全天运行, 实现设备投资的最大收益, 就有必要对各个单体楼宇弱电间环境, 比如温度、湿度等环境变量进行24小时实时监测, 并能够实现当环境温、湿度不符合设备运行时的智能报警, 以保证网络运行环境的稳定与软硬件资源、设备的安全以及相关数据资产的安全。因此我院信息化建设的首要任务之一就是建设一套能够对各个单体楼宇弱电间进行环境中温、湿度进行检测、智能化自动报警的系统。
1 CC2430芯片概述
CC2430作为Chipcon公司生产的首款2.4GHz射频芯片, 符合IEEE802.15通信标准, 片内集成工业级别单片机和射频收发器, 是专门为了建立Zig Bee系统设计的。用户应用该芯片可以设计Zig Bee终端设备、Zig Bee路由器、Zig Bee协调器。设计的系统适合于对环境变量采集, 系统控制, CC2430适用于多网络节点拓扑特性, 以达到系统优化、减少系统成本、降低系统功耗的的目的。
为了减少芯片的功耗, 延长系统使用电池的待机时间, CC2430芯片设计了4种不同的工作模式, 在不同的工作状态间, 能够快速的在不同工作模式中切换, 适用环境采集的系统, 由于系统的实时性要求不高, 大部分时间系统处于非激活状态, 因此CC2430采用了时钟分块控制技术, 可以关闭CC2430的电源, 进一步减少功耗。当需要对环境进行采集时, 系统切换工作状态。
2 硬件设计
2.1 核心电路设计
CC2430专门为实现Zig Bee系统而设计的, 外围只需要搭配适合的电容和电感就可实现Zig Bee网络数据的接收与发射功能。
通过合理的PCB (印制板) 微波传输线设计配合电感、电容可设计出非平衡变压器。通过调节偏置电阻可改变晶振电流。应用CC2430内部的T/R电路, 完成数据交换。
晶振电路。为了适应不同的工作模式, 为系统设计了两种工作频率的晶振电路, 其频率分别为32MHz与32.768k Hz。晶振电路有石英谐振器与电容构成。
通过电容滤波来改善电压调节器为内部供电的电压波形。
2.2 温度传感器电路
本文中温度传感器选取一款体积小, 直流5V供电, 由MAXIM公司设计生产的K4X6611。该传感器准确度高, 误差小。传感器输入为一路温度电压, 一路参考电压, 通过计算得到测量温度, 准确度高, 误差小。接口电路含温度采集电路, 调节电路, 通过差分放大器输入CC2430的ADC通道AD2。系统中选用的电阻都采用高精度贴片电阻, 以达到减小误差, 提高精度的目的。
2.3 湿度传感器电路
本文中湿度传感器结构简单、价格适中, 由Humire公司设计生产的HMl500LF湿度传感器。该传感器输入输出具有特性好, 输出电压与测量环境的湿度成正比, 线性度高。, 误差在2%以内。输出信号则经过1/2分压后输入到由运放组成的射随器, 射随器输出信号直接进入CC2430的ADC通道Ad1。
3 结束语
本文通过对Chipcon公司生产的CC24XX系列芯片进行研究设计出了一款适用于大学校园各个弱电间的温湿度测量环境监测、智能化自动报警的系统。设计的温湿度检测系统具有结构简单、系统稳定、成本低、功耗低、温湿度检测精度高的优点, 实现数据无线传输, 自动报警的功能, 为校园网络化、智能化管理带来了便利。
摘要：介绍CC2430芯片的技术特点、基本功能及其工作的基本硬件框架, 阐述了如何利用CC2430、温度传感器K4X6611和湿度传感器HMl500LF进行环境温度、湿度进行检测以及系统硬件设计。
关键词：CC2430温度传感器,湿度传感器,IEEE 802.15.4
参考文献
[1]黄向骥.基于CC2430的无线智能家居系统的设计[D].武汉理工大学.
[2]刘渝灿.基于CC2430片内温度传感器温度检测系统的设计[J].中国仪器仪表, 2008 (04) :40-41.
温湿度表 篇4
SHTxx系列产品是一款高度集成的温、湿度传感器芯片, 提供全量程标定的数字输出, 不需外围元件直接输出经过标定了的相对湿度、温度及露点的数字信号。它采用专利的CMOSens TM技术, 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
内部集成了湿度敏感元件和温度敏感元件, 这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面, 还集成了放大器、标定数据存储器以及数字总线接口以及稳压电路。该传感器性能稳定、响应超快、抗干扰能力强、有极高的性价比。每个传感器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定, 以镜面冷凝式露点仪为参照。通过标定得到的校准系数以程序形式储存在芯片本身的OTP内存中。使用两线制的串行接口与内部的电压调整, 使外围系统集成变得快速而简单, 稳定性好, 传输速度快。SHTxx系列传感器尺寸超小, 多种封装风格。提供表面贴片和4针引脚安装, 并可根据用户的不同需求, 提供特殊封装形式。
SHTxx系列电源电压适用范围宽:2.4~5.5 V。测量精度高:湿度的精度为±3.5%, 温度的精度为±0.5℃ (在20℃时) 。传感器提供全量程标定的数字输出, 通过两线数字接口直接连到微处理器上去, 系统设计方便, 电路简单, 且性能稳定。其管脚描述如表1所示。
SHT75传感器的特点:
(1) 相对湿度和温度测量
(2) 露点测量
(3) 全标定输出, 无需标定即可互换使用
(4) 卓越的长期稳定性
(5) 两线制数字接口, 无需额外电路
(6) 基于请求式测量, 低能耗
(7) 超快响应时间
二、系统总体设计思想及特点
1. 系统框图 (见图1)
2. 系统的特点
(1) 传感器采用SHT75, 数字式采集, 确保数据精确度高、可靠, 系统的稳定。
(2) 单片机采用飞利浦公司生产的P89LPC920F, 该单片机采用了高性能的处理器结构, 指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。P89LPC920F集成了许多系统级的功能, 这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。该单片机有电路简单, 易于编程, 运行速度快, 而且功耗低等优点。
(3) 单片机和计算机之间通过串口传输数据, 速度快, 稳定可靠。
(4) 硬件设计上实现在线可编程, 如果根据实际需求, 系统程序有所变动, 随时可以再对系统进行编程, 快捷、方便, 可移植性高。
(5) 本系统可扩展性极高, 可以对数据进行一系列处理后进行报警, 也可以仅仅把该系统作为数据采集只用, 也可以用于工业控制, 只要根据实际需要, 对系统框图中的报警处理模块做相应的变动即可。
三、硬件电路设计
1. 电源部分
单片机和传感器均采用+3.3V电压供电, 稳压电源模块采用LM7805和LT1117-3.3, 将电压稳定在+3.3V输出。实际设计中电路图如图2所示。
2. 数据采集部件连接图
传感器如图3所示与单片机相连接。
单片机采用12MHz晶振, +3.3V供电;单片机的第九管脚与传感器SHT75的数据输出线 (第四脚DATA) 相连接, 用来作为数据采集使用;单片机的第10脚与传感器的SCK相连接, 作为时序, 用于通讯同步。
3. 通信模块的实现
本系统设计时预留了两种数据传输模块, RS232和RS485, 用户可以根据实际情况进行连接。如果距离不是很大, 而且采集系统直接与计算机相连, 则可以直接通过RS232把该系统接到计算机的串口上, 如图是远距离采集, 则需要使用RS485。如此设计, 提供了两种接法, 适用的场合更多。
4. 整体电路图 (见图4)
四、单片机软件编写
在单片机LPC920F上编程, 实现对传感器的读写, 获得传感器采集到的数据。根据SHT75的工作特性, 在单片机中实现对传感器的编程, 主要经过的是启动传输、字节的读与写、状态寄存器的读与写、最终数据的读取和通信的复位几部分。本文中列出各个部分的主要编程流程如下:
1. 启动传输
初始化传输时, 应首先发出“传输开始”命令, 该命令可在SCK为高时使DATA由高电平变为低电平, 并在下一个SCK为高时将DATA升高。接下来的命令顺序包含三个地址位和5个命令位, 当DATA脚的ACK位处于低电位时, 表示传感器正确收到命令。时序图如图5。
2. 通讯的复位
如果与SHT75传感器的通讯中断, 下列信号顺序会使串口复位:即当DATA线处于高电平时, 触发SCK达9次以上, 此后应接着发一个“传输开始”命令。
3. 传感器数据的读取
当发出了温 (湿) 度测量命令后, 控制器就要等到测量完成。使用8/12/14位的分辨率测量分别需要大约11/55/210ms的时间。为表明测量完成, 传感器会使数据线为低, 此时单片机必须重新启动SCK, 接着传送两字节的测量数据与1字节CRC校验和。单片机必须通过使DATA为低来确认每一个字节, 所有的测量值均从右算, 数据高位在前。通讯在确认CRC数据位后停止。单片机向SHT75发送测量温度的命令为00000011和测量相对湿度命令为00000101, 所有数据从MSB开始。所对应的时序如图6所示。
五、结语
温湿度表 篇5
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境的温度和湿度进行测量与控制,例如温室、粮库、孵化等场所。在一些常见的温控电路中,广泛采用热电偶、热电阻或PN结测温电路,然后经过相应的信号调理电路转换成A/D转换器能接收的模拟量,再经过采样/保持电路并进行A/D转换后送入单片机及其相应的外围电路,完成采集与监控。但传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。
采用数字式温度传感器DS18B20[1]实现温度采集,不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路就可以直接连接单片机完成温度的采集和处理,实现方便,精度高。在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂,温度是一个独立的被测量,而湿度却受其他因素,诸如大气压强、温度等的影响。此外,湿度的标定也是一个难题,国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了进步。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,例如湿度传感器HF3223[2]。
本文提出的无线温/湿度采集与控制系统以单片机AT89C52[3,4,5,6]和AT89C2051[7]为核心,实现温/湿度测量及温度控制。温度信号由DS18B20获得,湿度信号由线性频率输出集成湿度传感器HF3223获得。温度实时控制采用PID[8]算法,控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热电路的通断。
该系统具有较高的测量精度和控制精度,可靠性高,结构简单,通过SP无线发射/接收模块[9,10]实现数据的无线传输,还可以实现对温/湿度的自动调节。
1 硬件电路设计
温/湿度采集与控制系统的硬件电路框图如图1所示,单片机AT89C52主要用于对检测到的温/湿度信号进行处理,得到温/湿度数值并由LCD RT12864[11]显示和通过无线发射模块将数据发送给10 m以外的单片机AT89C2051,同时对加热电路进行控制,使温度控制在设定值允许的范围内,当检测到温度值异常时控制报警电路发出报警。单片机AT89C2051为从系统主要处理通过无线接收模块接收的温/湿度数据并由LCD1602[12]显示。
传感器检测部分利用温度传感器DS18B20和湿度传感器HF3223将检测到的环境温度、湿度信号转化为可被控制器件接收的电信号,该部分包括温度检测电路、湿度检测电路。智能控制部分控制加热器电路、显示、数据传输,远距离温/湿度显示等,该部分包括单片机控制电路、LCD显示电路、报警电路、无线数据收发电路、空调系统电路。
温/湿度采集与数据传送部分的电路原理如图2所示;LCD RT12864显示部分的电路原理如图3所示;键盘硬件采用HD7279[13]键盘智能控制芯片实现,电路原理如图4所示;数据接收与显示电路原理如图5所示,加热控制部分的电路原理如图6所示。
LCD RT12864采用的是点阵式液晶,分为128×64个点,即有1 024个字节, 也就是说每一个ROM内存单元对应一个点阵。如何对其驱动是对LCD RT12864的主要难点,对于其驱动大致可以分为:初始化,设置起始位显示,输送数据等。初始化主要按照芯片手册来完成,因为那些命令语句的内存单元都是固定的,不能够根据用户的喜好来自己定义。设置起始位数据显示位置,主要是要搞清楚ROM的对应地址。
LCD RT 12864分为左半屏面和右半屏面。其中左边占64列,右边占64列,共128列。行为64行。又将其分为8页,每一页占8行。列的起始地址为40H,行的起始地址为B8H。
2 软件程序设计
2.1 软件程序流程图
软件设计采用C语言对单片机编程实现各项功能,用C语言编程可以简化程序,提高程序编写的效率。单片机AT89C52主要负责控制加热器电路,温/湿度检测数据采集与处理,报警提示,键盘输入,LCD显示和无线数据传输。单片机AT89C2051主要负责温/湿度数据的无线接收与处理显示。
主系统主要负责对温/湿度数据采集与显示和控制加热电路,向从系统无线传输数据,其程序流程图如图7所示。从系统负责接收并显示主系统检测到的温/湿度值,从系统程序流程图如图8所示。
数据发送LCD RT12864之前需进行忙信号检测,当检测到信号忙时,系统不发送数据;反之,系统发送数据给LCD RT12864显示。若发送一个字符串,只要写入显示数据指针的首地址和换行指令,字符就会自首地址开始依次显示并换行。LCD RT12864显示子程序流程图如图9所示。
键盘软件控制部分由单片机AT89C52编程实现各项数据的输入和温度设置等功能,其程序流程图如图10所示。
2.2 PID控制算法与流程图
本系统结合PID[8]及模糊控制算法[14,15]对温/湿度进行控制,其规律如式(1)所示:
式中:u(t)为控制器的输出;e(t)为偏差,即设定值r与实测温度f(k)之差;KP为控制器的放大倍数,即比例增益;TI为控制器的积分时间常数;TD为控制器的微分时间常数。
由于本系统对被控对象进行断续控制,因此要对上式进行离散化,此处采用PID算法的直接法。
即令
将式(2)写为式(3)所示:
式中:KI为积分增益,KI=Kθ/TI;KD为微分增益,KD=KTD/θ。
为了避免上式中第二项的繁琐计算,采用增量型PID控制算法,即式(4)所示:
Δu(k)=u(k)-u(k-1)
=KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k)+
KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
=KPΔe(k)+KIe(k)+KDΔ2e(k) (4)
式中:Δe(k)=e(k)-e(k-1);Δ2e(k)=Δe(k)-Δe(k-1)。
由于加热器属于带滞后的一阶对象,式(4)中KP,KI,KD的选择取决于加热器的阶跃响应特性和实际经验,而且由于温度控制区域跨度较大,一组PID参数难以均衡各温度区域段的要求。为了实现PID参数的实时整定,各温度区域由实验获取最佳的KP,KI,KD参数值。在程序中要根据输入的控制温度选择合适的PID参数。
PID算法子程序的作用是根据设定温度r、实测温度f(k)和PID参数KP,KI,KD计算出u(k),并将输出量按比例转换为双可控硅导通时间t(k),程序流程如图11所示。
3 实验测试与结果分析
为了测试该系统的性能,温度范围设定在35～95 ℃内,通过键盘分别设定两个不同段的温度进行测试,观察从刚开始加热到温度稳定下来这个过程中水的温度变化情况,并记录各时间段的温度值。
当初始温度为50.0 ℃,设定温度为60.0 ℃时,测量温度随时间变化的数据如表1所示。
由表1中可以看出当温度从50 ℃变化到60 ℃的过程中,超调量为61.5-60.0=1.5 ℃<3 ℃。
当初始温度为30.0 ℃,设定温度为42.5 ℃时,测量温度随时间变化的数据如表2所示。
由表2中可以看出当温度从30 ℃变化到42.5 ℃的过程中,超调量为42.7-42.5=0.2 ℃<3 ℃。
4 结 语
本系统以单片机AT89C52和AT89C2051芯片作为核心器件,利用温度传感器,湿度传感器,无线传输模块,键盘和PID控制算法实现了对温/湿度的采集和数据的无线传输与显示等功能,还能够实现温度的控制与报警。该系统具有结构简单、成本低廉、使用方便等特点,具有较好的推广应用前景。
当然,通过模拟实验可看出温度的超调量还有待改善,无线接收模块的时间差有待缩短,还有就是PID控制部分一直很难达到理想的状态,通过不断分析改进,还是存在一些问题,需要继续分析研究和改进,对于湿度检测标定方面有待进一步研究。
摘要：为了研究温/湿度的无线采集与控制,提出基于单片机AT89C52和AT89C2051作为微处理器的无线温/湿度采集与控制系统。由控制器模块、键盘模块、液晶显示模块、无线发射/接收模块、报警模块、空调系统组成。采用温度传感器DS18B20采集温度;采用线性频率输出集成湿度传感器HF3223采集相对湿度;采用键盘对目标温度进行人工设定;采用液晶显示器RT12864和LCD1602显示温度值和湿度值;采用PID算法产生的PWM波来实现对温度的控制;采用无线发射/接收模块实现温度值和湿度值的无线传输和显示。
温湿度表 篇6
关键词：档案寿命,温度,湿度,调节与控制
用科学的技术方法保管档案, 最大限度地延长档案的使用 “ 寿命”,是一个复杂而又艰巨的任务。 影响档案寿命的因素很多, 既有载体材料自身的自然老化, 又有外界环境影响的诸多因素, 如:温度、湿度、有害生物、有害气体、灰尘、紫外线等。 在外界环境诸多因素中,温、湿度的影响最为显著。 本文就温、湿度对纸质载体、新型载体档案寿命的影响,随季节变化情况以及如何调节与控制进行了一些研究探讨[1]377。
一、温度、湿度对档案寿命影响的分析
1.温度对档案寿命的影响 。 ( 1) 高温对档案的影响 :一是纸质记录载体,有利于档案库房内有害生物的生长和繁殖,给霉菌、害虫的繁殖提供了有利条件;加速了各种有害物质对档案材料的破坏作用;使耐热性差的复印纸、圆珠笔和铅笔字迹发生扩散等。 二是加速了感光载体的胶片乳剂发生化学变化,增加灰雾密度使色彩发灰,降低反差使图像丧失层次。 高温40℃会使片基软化变质, 整个照片、底片变形、粘连、影像模糊。 三是使磁性记录载体的盒式录音带、录像带电磁性能下降,高温会加快复印效应,还会使磁带盒发生永久变形、磁带工基老化、磁带变形、磁带接头处脱开、 黏合剂变软并将邻居磁带或盒内污物粘住, 破坏记录的信息,损坏磁带。 四是激光记录载体,在高温环境下,光盘存储介质发生氧化反应, 降低对光的灵敏度而引起误码率的增大和信噪比的下降,甚至影响光盘寿命。 ( 2) 低温对档案的影响:一是纸质记录载体:促使纸张里的水分容易产生冰结,并使其内部结构遭到破坏; 影响档案制成材料的耐久性。 二是感光记录载体,在0℃以下胶片会发脆。 三是保存磁性记录载体的温度过低,会使带基变脆,机械强度下降,直接使用容易断裂[2]8。
2.湿度对档案寿命的影响 。 ( 1) 高湿对档案的影响 :一是纸质记录载体,不仅有利于档案有害生物( 霉菌、害虫) 的生长和繁殖, 还加速了空气中的有害气体、灰尘等对档案的破坏作用;加速了档案制成材料———纸张中纤维素的水解, 造成纸张强度下降,耐久性受到影响;致使耐水性较差的纯蓝墨水、红墨水等字迹发生扩散褪色。 二是感光记录载体, 乳剂中明胶会发霉变质产生乳斑,照片互相粘连,乳胶层感光药膜会自行水解,并使影片上残留的化学药品破坏画面,加速各种有害物质对影像的破坏,使影像迅速褪色甚至消失。 三是磁性记录载体,会加速增塑剂的挥发和失效,加快磁带复印效应的速度,加快底基材料老化速度,磁层吸湿膨胀能使磁粉脱落,表面出现折皱;黏结剂与溶剂外溢能粘连磁带,造成磁性载体材料耐久性降低;高湿对磁记录材料的影响较高温的影响大。 四是激光记录载体,光盘反光面的亮度会氧化导致亮度降低,致使光盘不能读出或读错信号,造成不能正常播放使用而报废。 ( 2) 低湿对档案的影响:一是纸质记录载体: 纸质档案载体,使纸张含水量下降,造成档案制成材料变硬变脆, 强度下降;影响纸质记录制成材料的耐久性。 二是感光记录载体, 感光记录材料湿度过低或湿度频繁地周期变化,会降低片基和乳剂层的附着性,出现胶片边缘剥落、卷曲、乳剂层龟裂等现象。 三是磁性记录载体,磁带会发脆易碎,携带静电量大,轻者产生信号漏失,到一定程度时则会出现放电杂波,在图像上出现不规则的白点状干扰[2]49[3]37。
二、对我部档案库房温、湿度的记录与分析温度、湿度对档案寿命影响的分析
我部地处吉林省西部,属温带大陆性季风气候,四季分明,昼夜温差较大。 我部根据所处地理位置并参照东北地区有关档案库房环境管理规定,制订了我部档案库房温、湿度管理规定,温度控制在14℃—24℃、湿度控制在45%—60%范围内。 从1992年6月至2002年6月,对我部档案库房的温 、湿度逐日记录数据进行统计 、 研究,绘制了温、湿度———时间曲线图。现抽取比较典型的两年的曲线图进行比对、分析,发现其有一定的规律性,附图一是1992年6月—1993年6月库房温、湿度———时间曲线图,附图二是2001年6月—2002年6月温 、湿度 ———时间曲线 。 经过对曲线的研究分析发现:图一、图二的曲线比较相似,并呈现出五个比较明显的时期:高温高湿期、平稳期、低湿期、高湿期、低温低湿期,如图所示。
1.高温 、高湿期的特点 :从6月中旬至9月中旬为高温 、高湿期,在此期间档案库房的温、湿度都较高,且较稳定。 温度一般在26℃—28℃左右 ,最高可达32℃,明显高于14℃—20℃的标准温度。 相对湿度一般在64%—67%左右,最高可达74%,也明显高于45%—60%的标准湿度。
2.平稳期的特点 :平稳期每年经历两个时期 ,5月上旬至6月中旬为第一个平稳期,9月中旬至10月下旬为第二个平稳期。 在此期间档案库房的温、湿度虽然波动较大,除极个别的时间略超出标准的温、湿度外,一般都在标准的温、湿度范围内。
3.高湿期的特点 :9月中 、下旬将会出现为期10天左右的高湿期,在此期间库房的温度较稳定或处于标准温度的上限,而湿度相当于高温、高湿期的湿度,相对湿度一般在61%—65%范围内波动,最高达67%。
4.低湿期的特点:从1月上旬至5月中旬为低湿期 ,在此期间的温 度较平稳 , 一般在14℃—18℃, 个别时间 最高也不 超过19℃,基本在标准温度内变化 ,在此期间的湿度变化较大 ,最高相对湿度46%,最低相对湿度26%,绝大部分时间低于标准湿度。
5.低温 、低湿期的特点 :从11月上旬至12月下旬为低温 、低湿期,在此期间内档案库房的温、湿度都较低,且较平稳。 温度一般在11℃—13℃左右, 低于标准温度; 相对湿度一般在20%— 24%左右,最低达18%,明显低于标准湿度。
通过以上的分析可知:我部档案库房的温、湿度在一年中的大部分时间内达不到规定要求,最为突出的是低湿期较长,即从当年的11月至次年的5月,其中包括整个冬季采暖期。 这使得档案长期处于不适宜“ 延长寿命”的环境中,如不对库房内的温、湿度采取必要的调控措施,必将严重影响档案的寿命。
三、如何调节与控制
1.高温 、高湿期的温 、湿度调节与控制 :从6月中旬至9月中旬为高温、高湿期,库房的温度、湿度明显升高,都超过了总部规定的标准范围,此时,室外温度较高,通常利用空调设备进行降温,但单纯地降低温度是不可能使湿度也下降的,相反还会引起湿度的继续增大。 这是因为我们所说的湿度指的是相对湿度,相对湿度是指某温度时空气水汽压强跟同一温度时饱和水汽压强的比值。 可用下面公式表示。
其中:B表示相对湿度,P表示在某一温度下空气的水汽压强,P饱和表示同一温度时的饱和水汽压强。
( 单位:毫米高水银柱)
用空调降温只是改变了库内温度,库内空气所含水汽的密度并未改变,即空气的水汽压强没有变化。 从饱和水汽压强表( 见上表) 中可以看出,随着温度的降低,饱和水汽压强也随着减小。 从相对湿度B的公式中可以看出,当P保持不变时,随着P饱和的减小( 即降低温度) ,相对湿度B必然增大。
由此可以得出,在高温、高湿期不能单独地用空调降低温度, 在降低温度的同时, 还必须使用去湿仪器或采取其他的去湿措施,以降低湿度。
2.平稳期的温、湿度调节与控制 :5月上旬至6月中旬 ,9月中旬至10月末为平稳期, 这期间温、 湿度在规定的标准范围内变化,即使有个别时间温、湿度稍有超出规定标准范围的变化,也不必动用仪器设备来调节,只需选择适当的天气打开门、窗进行自然通风,保持库内、外空气的流通,即可调节库房温、湿度至规定标准之内。
3.低湿期和高湿期的温 、湿度调节与控制 :1月上旬至5月中旬为低湿期,库房湿度远远低于规定,而在9月中、下旬10天,库房湿度又高于规定标准。 在这两个阶段内有一个共同的特点,就是温度在规定的标准内,故温度无需调节,而只需对湿度进行调节。 在此期间库内外温、湿度相差无几,利用自然通风的办法调节库房内湿度显然是无济于事,故只能采取措施改变库房内空气的成份。 在高湿期应利用去湿设备降低库房内的湿度,在低湿期应用加湿设备来提高库内湿度。 但应注意的是用去湿设备降低库房内湿度或用加湿设备提高库内湿度的同时,应用电风扇使库内空气循环起来,避免库内空气湿度不均匀。
4.低温 、低湿期的温 、湿度调节与控制 :11月初至12月末为低温、低湿期,库房内的温度、湿度都低于规定标准,此阶段本地区进入冬季,室外寒冷、空气干燥,同时也是东北地区的大风季节,故只能用仪器设备对库房内的温度、湿度进行调节。 利用空调或其他的加温设备提高库房内温度,以达到并保持在规定的标准范围之内, 从相对湿度公式中和饱和水汽压强表中可以看出,当水汽压强P不变时,随着温度的增高,饱和汽压强P饱和增大,从而引起相对湿度B减少。 即随着库房内温度的升高,湿度会变得更低,故应在给库房内加温的同时,还须用加湿设备对库房内的湿度进行调节,调节到45%—60%范围内。
我部的各级领导和机关对档案工作给予了高度重视,近几年陆续为档案室配备了温、湿度控制设备,使得我们能够针对上述五个时期的不同特点,使用温、湿度调控设备对库房的温、湿度进行调控,将温、湿度指标严格控制在总部规定的标准之内,提高了档案的管理质量,多年来我部未出现由于不适宜的存贮条件而造成的档案损坏。