大棚溫濕控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　大棚溫度濕度控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：溫室是蔬菜大棚生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，本設(shè)計(jì)就是控制大棚的溫濕度，為它們提供一個(gè)良好的生存環(huán)境，給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞：傳感器、溫濕度、控制電路、溫度報(bào)警電路</p><p>　　Abstract: Gre

2、enhouse production of greenhouse vegetables are an essential facilities, different types of vegetables, such as temperature and humidity on the growth of the necessary requirements are not the same, the design is to cont

3、rol the greenhouse temperature and humidity, to provide them with a good the living environment, has brought us huge economic benefits. </p><p>　　Key words: sensors, temperature and humidity, control circuit

4、, temperature alarm circuit</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著改革開放，特別是90年代以來，我國的溫室大棚產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展，以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設(shè)施栽培在大江南北遍地開花，隨著政府對(duì)城市蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷投入，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)蔬菜大棚產(chǎn)業(yè)被看作是21世紀(jì)最具活力的新產(chǎn)業(yè)之一。溫室是蔬菜等植物在栽培生產(chǎn)中必不

5、可少的設(shè)施之一，不同種類的蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個(gè)更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，從而可以通過提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等

6、為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。國外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)</p><p>　　(1) 手動(dòng)控制：這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意義上的控

7、制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。</p><

8、;p>　　(2) 自動(dòng)控制：這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對(duì)作物生長狀況的改變難以及時(shí)作出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)

9、律。目前我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。</p><p>　　(3)智能化控制：這是在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生長的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，

10、溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動(dòng)采集及智能控制趨勢發(fā)展。</p><p>　　為了滿足人們在寒冷季節(jié)也能吃上新鮮蔬菜的需要，雖然廣大的大棚種植產(chǎn)業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,大棚栽培技術(shù)得到空前的發(fā)展，但隨之而來也出現(xiàn)了溫度、濕度難以控制的問題。溫度和濕度作為常用的環(huán)境參數(shù)，對(duì)動(dòng)植物的生長、物理化學(xué)的反應(yīng)以及人體的舒適程度都有著較大影響，溫度濕度測控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、

11、智能家居以及人工環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。本電路可以使大棚的溫度和濕度自動(dòng)控制在 一個(gè)合適的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)的成本低、可靠性高，有著很高的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　2、控制系統(tǒng)方案選擇</p><p><b>　　2．1、方案一：</b></p><p>　　本方案我們主要采用模擬電路設(shè)計(jì),電路主要分為以下幾個(gè)主要的組成部分,電

12、源電路、溫度檢測電路、加熱、換氣電路、溫度報(bào)警電路、自動(dòng)澆水電路五各單元電路,電路中利用了溫度、濕度等傳感器,大大的提高了測量的精確度,本方案中當(dāng)溫度、濕度傳感器檢測到溫度濕度超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)候，電路中就會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行加熱和澆水，是農(nóng)作物生長在一個(gè)良好的環(huán)境中系統(tǒng)的框圖如下圖1所示：</p><p>　　圖1方案一 系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2．2、方案二：</

13、b></p><p>　　本方案利用集成溫度傳感器MAX6613和集成濕度傳感器IH3605作為檢測元件，結(jié)合ADuC824，構(gòu)建溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的實(shí)時(shí)控 制，無紙記錄及語音報(bào)警，還可與上位機(jī)(PC機(jī))通信，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的打印、分析等功能。 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件原理如圖2所示：</p><p>　　圖 2方案二系統(tǒng)框圖</p>&l

14、t;p>　　由單片機(jī)系統(tǒng)(含鍵盤、液晶顯示器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和通信接口)、集成溫度傳感器MAX6613、集成濕度傳感器IH3605、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、語音系統(tǒng)及加熱、加濕、通風(fēng)裝置等幾部分組成， ADuC824高性能微轉(zhuǎn)換器，它在單個(gè)芯片內(nèi)集成了雙路高精度∑-ΔADC、程控增益放大器PGA、8位 MCU、8KB閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640B閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、256B數(shù)據(jù)RAM以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能部件，指令系統(tǒng)與8051兼容。特 別

15、是兩個(gè)獨(dú)立的∑-ΔADC，其主、輔助通道的分辨率分別為24和16位，具有可編程自校正功能。另外，還有一個(gè)通用UART串行 I/O，一個(gè)與I2C兼容的二線串口和SPI串口，一個(gè)看門狗定時(shí)器(WDT)，一個(gè)電源監(jiān)視器(PSM)。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的需求。</p><p>　　鍵盤用于設(shè)定溫度、濕度的上、下限報(bào)警范圍及控制值，設(shè)定采樣時(shí)間間隔，調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間。液晶顯示器采用一體化封裝的液晶顯示模塊TC1602A，用于

16、顯示 溫度、濕度的上、下限值，控制值和當(dāng)前值，模塊內(nèi)的控制驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為HD44780，可以方便地與ADuC824進(jìn)行接口。</p><p>　　由于系統(tǒng)需要無紙記錄溫度、濕度值，因此外擴(kuò)一片容量為4MB的AT29C040A Flash EPPROM，在寫入過程中無需編程高壓和紫外線照射，具有硬件和軟件兩方面的數(shù)據(jù)保護(hù)，可防止其內(nèi)容免遭意外改寫，使用十分方便。</p><p>　　通信接口電

17、路主要由雙路RS232數(shù)據(jù)收發(fā)器MAX232芯片組成，只需+5V電源供電即可工作。上位機(jī)(PC機(jī))通過通信接口調(diào)用溫度、濕度值，以用于打印或分析。</p><p>　　2.3、系統(tǒng)控制方案確定</p><p>　　通過以上兩個(gè)方案的比較分析我們可以知道方案一和方案二都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度濕度的控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)方案一具有自動(dòng)澆水的功能，而且還可以擴(kuò)展以下兩個(gè)功能， </p>&

18、lt;p><b>　?。?）熱能存儲(chǔ)電路</b></p><p>　　可利用太陽能轉(zhuǎn)換裝置將之轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存。當(dāng)夜間溫度過低時(shí)，再起到和上述加熱裝置一樣的功能。</p><p>　　（2）遠(yuǎn)距離報(bào)警功能</p><p>　　在意外事故發(fā)生致使溫度持續(xù)下降時(shí)，需要及時(shí)報(bào)警，喚醒在家 休息或在外工作的棚主趕來處理。報(bào)警裝置由一發(fā)射器和接收器

19、組成。接收器平時(shí)由棚主帶 在身上，可做得很小，棚主在一公里的范圍內(nèi)可接收發(fā)射器發(fā)出的提示音信號(hào)。</p><p>　　方案二設(shè)計(jì)的原理雖然很容易的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的功能也比較的齊全但是我們可以通過具體的控制框圖2-2以知道它所要求的芯片的型號(hào)和外部硬件比較的高，成本也很高不能很好的推廣，我們設(shè)計(jì)中要求的是實(shí)用而且很容易掌握的方案，在廣大的農(nóng)村農(nóng)民用戶種植中不需要編程等一系列的專業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)，這就更加符合我們的種植農(nóng)戶

20、的要求，相比與方案一的專業(yè)要求就有了不可代替的優(yōu)勢，而且在芯片應(yīng)用等方面，方案一的芯片購買的比較的方便，而方案二所需要的一些芯片價(jià)格比較的昂貴，要求的外部硬件條件也比較的高，比如方案二中要求系統(tǒng)采用MAX6613和IH3605作為溫度、濕度傳感器，使其監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、控制的精確性得到了提高；同時(shí)，由于選用了ADuC824，它能保證系統(tǒng)自動(dòng)從死機(jī)狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，但是要求有相關(guān)的電腦操作技能，這些方面方案一相比于方案二都具有一定的優(yōu)勢

21、。但是方案一在自動(dòng)控制方面不如方案二，方案二具有更好的自動(dòng)控制功能，綜合以上幾點(diǎn)我們選擇方案一作為我們的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)榉桨敢徊粌H成本低而且比較的容易制作和操作，適合我們的大面積的推廣。</p><p>　　在方案一系統(tǒng)功能簡介：當(dāng)測溫電路測出適時(shí)溫度超過25℃時(shí)，啟動(dòng)換氣電路；且當(dāng)溫度達(dá)到30℃啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。同理，當(dāng)測溫電路測出適時(shí)溫度低于20℃時(shí)，啟動(dòng)加熱電路，且當(dāng)溫度低于15℃時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。當(dāng)溫度在20℃

22、到25℃之間時(shí)，測濕系統(tǒng)測出適時(shí)濕度低于70%RH時(shí)，啟動(dòng)澆水系統(tǒng)。只有當(dāng)溫度在20℃到25℃之間，同時(shí)濕度在70%RH以上時(shí)，系統(tǒng)不工作。該電路可調(diào)節(jié)溫度檢測電路中的RP，即調(diào)節(jié)溫度檢測電路的基準(zhǔn)溫度值，同理，又可調(diào)節(jié)濕度檢測電路中的基準(zhǔn)濕度值，以適應(yīng)在不同環(huán)境的需要。</p><p>　　3 溫度、濕度傳感器介紹</p><p>　　3. 1 熱敏電阻器溫度傳感器基本特性：<

23、/p><p>　　電路中主要采用了熱敏電阻做為主要的傳感器，以下主要介紹熱敏電阻及熱敏二極管和熱敏晶體管的特性與參數(shù)。熱敏電阻器可以從結(jié)構(gòu)、材料和阻溫特性等多方面進(jìn)行分類。</p><p>　　按結(jié)構(gòu)形狀分類：片狀、墊圈狀、桿狀、管狀、薄膜狀、厚膜狀和其他形狀。</p><p>　　按加熱方式分類：直熱式和旁熱式。</p><p>　　按阻溫度范

24、圍分類有：常溫、高溫和超低溫?zé)崦綦娮杵鳌?lt;/p><p>　　圖3 幾種不同類型的熱敏電阻器的阻溫特性曲線</p><p>　　按阻溫特性分類有：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)，圖4—1中曲線2；開關(guān)型正溫度熱敏電阻器(PTC)，圖3中曲線4；緩變型正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)，圖3中曲線5；臨界負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，圖3中曲線3；鉑電阻器限溫度曲線如圖3中曲線1。</p>

25、<p>　　1、熱敏電阻器的電阻—溫度特性</p><p>　　熱敏電阻的阻溫特性是指實(shí)際電阻值與電阻體溫之間的依賴關(guān)系，這是熱敏電阻 圖3 幾種不同類型的熱敏電阻器的基本特性之一,其阻溫特性曲線見圖3。PTC開關(guān)型正溫度系數(shù)熱敏電阻器的阻溫特性曲線(圖3曲線4)。室溫至居里溫度以下的一段溫度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出和一般半導(dǎo)體相同的NTC特性。從居里點(diǎn)開始，電阻值急劇上升到某一溫度附近達(dá)到最大值。

26、 </p><p>　　PTC熱敏電阻器的居里溫度TC以通過摻雜來控制。如在BaTio3中摻雜Pb，可使Tc向高溫方向移動(dòng)，在BaTio3中摻入Sr或S

27、n等元素后，可使TC向低溫方向移動(dòng)。可根據(jù)需要調(diào)整居里點(diǎn)TC。</p><p>　　熱敏電阻器的實(shí)際阻值用RT來表示。是在一定環(huán)境溫度下，采用引起阻值變化不超過0.1％的測量功率所測得的電阻值。實(shí)際電阻值又稱為零功率電阻值，或稱為不發(fā)熱功率電阻值(冷電阻值)。實(shí)際電阻值的大小取決于電阻器的材料和幾何形狀。</p><p>　　熱敏電阻器的實(shí)際阻值與其自身溫度有如下的關(guān)系：</p>

28、;<p>　　NTC熱敏電阻器 RT＝R∞eB/T (4—10)</p><p>　　PTC熱敏電阻器 RT＝R0eAT (4—11)</p><p>　　式中：RT一一溫度T時(shí)的實(shí)際電阻值；</p><p>　　R∞、R0一與電阻幾何形狀和材料有關(guān)的常數(shù)</p><p>　

29、　B、A一一材料常數(shù)。</p><p>　　為了使用方便，通常取環(huán)境溫度為25℃作為參考溫度，則有:</p><p>　　NTC熱放電阻器：RT/R25＝exp[B(1／T—1／298)] </p><p>　　PTC熱敏電阻器：RT/R25＝expA(T—298)</p><p>　　由式(4--10)和式(4—11)式可以求出NTC、

30、PTC熱敏電阻器的溫度系數(shù)。表示溫度每變化l ℃，電阻器實(shí)際限值的相對(duì)變化，即：</p><p>　　NTC：aT=1/RT=dRT/Dt=-B/T2 (4—12)</p><p>　　PTC: aT=A (4—13)</p><p>　　可見，在工作溫度范圍內(nèi)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的aT隨溫

31、度T的變化有很大的變化，并與材料常數(shù)B成正比。因此，通常在給出電阻溫度系數(shù)的同時(shí)，必須指出測量時(shí)的溫度，正溫度系數(shù)熱敏電阻的aT在數(shù)值上等常數(shù)A。緩變型正溫度系數(shù)熱敏電阻器的aT值在0.5％／℃一10%／℃之間．而開關(guān)型〔突變型〕正溫度系數(shù)熱敏電阻器的aT可達(dá)到60％／℃或更高。</p><p>　　材料常數(shù)B是用來描述熱敏電阻材料物理特性的—個(gè)參數(shù)．又稱為熱靈敏度指標(biāo)。在工作范圍內(nèi)，B值并不是一個(gè)嚴(yán)格的常數(shù)，隨

32、著溫度的升高而略有增大。一般說來，B值大的電阻率也高。不同B值的材料有不同的用途，如普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的材料常數(shù)B值在2000一5000 K之間。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器B值可按下式計(jì)算：</p><p>　　B=2.303[T1·T2/(T2-T1)]㏒10R1/R2 (4—14)</p><p>　　正溫度系數(shù)的電阻器，其A值按下式計(jì)算：</p>

33、<p>　　A=2.303[1/(T1-T2)]㏒10R1/R2 (4—15)</p><p>　　式中，R1相R2分別為熱力學(xué)溫度T1和T2時(shí)的電阻值。</p><p>　　2．熱敏電阻器的熱性能</p><p>　　(1)耗散常數(shù)H 耗散常數(shù)H定義為溫度每增加一度所耗散的功率。它用來描述熱敏電阻器工作時(shí)，電阻體與外界環(huán)境進(jìn)

34、行熱交談的一個(gè)物理量。耗散常數(shù)H與耗散功率P。溫度改變量AT的關(guān)系為：</p><p>　　H=△P/△T （W/℃） (4—16)</p><p>　　H的大小與熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境的媒質(zhì)種類、運(yùn)動(dòng)速度、壓力和導(dǎo)熱性能等有關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，H有變化。</p><p>　　(2)熱容量和時(shí)間常數(shù)熱敏電阻器具有一定的熱容量C，因此它具有一

35、定的熱情性．也就是溫度的改變需要一定的時(shí)間。當(dāng)熱敏電阻器被加熱到了T2溫度時(shí)，放到溫度為T0的環(huán)境中，不加電功率，熱敏電阻器開始降溫，其溫度T是時(shí)間t的函數(shù)，在△t時(shí)間內(nèi)．熱敏電阻器向環(huán)境耗散的熱量可標(biāo)示為：H（T-T0）△t，這部分熱量是由熱敏電阻器降溫所提供的．其值為-C△T，于是就有：</p><p>　　-C△T=H（T-T0）△t </p><p>　　上式寫成微分的形式

36、為：</p><p>　　T-T0=-C/T·(dT/dt) (4—17) </p><p>　　取初始條件t＝0時(shí)，T＝T2，解方程(4—17)式得：</p><p>　　T-T0=(T2-T1)·e-tH/c=(T2-T1)e-t/ζ (4—18) </p><p>　　式中，ζ＝C/H 稱

37、為熱敏電阻器的時(shí)間常數(shù)，單位為S。</p><p>　　時(shí)間常數(shù)?可定義為：在恒定的靜態(tài)條件下，熱敏電阻器在無功率狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度由一個(gè)特定溫度向另一個(gè)特定濕度突然改變時(shí)，電阻體的溫度變化了這兩個(gè)特定溫度之差的63.2％所需的時(shí)間。通常將這兩個(gè)特定溫度選為85℃和25℃，或者100℃和0℃熱敏電阻器用于測溫和控溫時(shí)，一般要求時(shí)間常數(shù)小。因而，熱容量越小越好。</p><p>　　按定義ζ

38、=C/H，當(dāng)t=ζ時(shí)，（T-T0）/（T2-T0）=e-1=36.8%,則：</p><p>　?。═2-T）/（T2-T0）=63.2% （4—19）</p><p>　　式中：T2、T0為兩個(gè)特定溫度，T為測試溫度。</p><p>　　3熱敏電阻器的伏安特性</p><p>　　電壓—電流行性表示在特定溫度下，熱敏電阻器兩

39、端的電壓與通過電阻體的穩(wěn)態(tài)電流之間的關(guān)系，即伏安特性。伏安特性與熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，還與其阻值、材料常數(shù)從所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類等有關(guān)。</p><p>　　PTC熱敏電阻器的伏安特性曲線如圖4所示，當(dāng)所加電壓不太高時(shí)，PTC熱敏電阻的溫升不高，流過PTC熱敏電阻的電流與電壓成正比，服從歐姆定律。隨著所加電壓的增加，消耗功率增加，電阻體溫度超過環(huán)境溫度時(shí)，引起電阻值增大，曲線開始彎曲。當(dāng)電壓增到使電流達(dá)到

40、IMAX最大時(shí)，如電壓繼續(xù)增加，由溫升引起的電阻值增加圖4</p><p>　　圖4 PTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏—安特性曲線</p><p>　　圖5 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的靜態(tài)伏—安特性曲線</p><p>　　超過電壓增加的速度，電流反而減小，曲線斜率由正變負(fù)。</p><p>　　NTC熱敏電阻器的伏安特性曲線如圖5所示。在開始段同PTC

41、熱敏電阻一樣也服從歐姆定律。隨電流增加，引起熱敏電阻溫升超過環(huán)境溫度，則其阻值下降。耗散功率增加，相應(yīng)的電壓變化較為緩慢，出現(xiàn)非線性正阻區(qū)(ab段)。電流繼續(xù)增加，其電壓值增大到最大值Vmax時(shí)，若電流再增加，熱敏電阻自身加熱劇烈使電阻值減小的速度越過電流增加的速度，熱敏電阻的電壓降隨電流增加而降低，形成cd段的負(fù)阻區(qū)。</p><p>　　4熱敏電阻器的其他參數(shù)</p><p>　　(1

42、)標(biāo)稱電阻值尺R25標(biāo)稱阻值是熱敏電阻器在25℃℃時(shí)的電阻值，其值的大小由熱敏電阻的材料與幾何尺小決定。</p><p>　　(2)最高工作溫度Tmax 在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長期連續(xù)工作所允許的溫度，是熱敏電阻器的最高工作溫度，它的表達(dá)式為：</p><p>　　Tmax=T0+（PR/H） (4—20)</p><p>　　式中T0為環(huán)

43、境溫度；PR為環(huán)境溫度時(shí)的額定功率。</p><p>　　(3)額定功率PR 熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下，長期連續(xù)工作所允許的耗散功率為額定功率，用PR表示。在此條件下，熱敏電阻器自身溫度不得超過Tmax。</p><p>　　3.2、濕度傳感器的分類及工作原理</p><p>　　表示環(huán)境氣氛中水蒸氣含量的物理量為濕度。濕度的表示方法有兩種，即絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度

44、（RH）。絕對(duì)濕度是指氣氛中含水量的絕對(duì)值，相對(duì)濕度是指氣氛中水蒸氣壓與同一溫度下的飽和蒸汽壓之比，用百分?jǐn)?shù)來表示。濕度傳感器或濕敏元件是指對(duì)相對(duì)濕度敏感的元件，它可以是濕敏電阻器，也可以是濕敏電容器或其他濕敏元件。</p><p>　　3.2.1、濕度傳感器的分類</p><p>　　按感濕物理量來分類，濕度傳感器可分為三大類，即濕敏電阻器、濕敏電容器和濕敏晶體管。</p>

45、<p>　　根據(jù)使用不同的材料制成的濕度電阻器又可分為：金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻器，例如：MgCr2O4系列、ZnO—Cr2O3系列；元素材料濕敏電阻器，例如：半導(dǎo)體Ge、Si 、Se和C元素；化合物濕敏電阻器，如：LiCl、CaSO4、及氟化物和碘化物等；高分子濕敏電阻器等。</p><p>　　濕敏電容器主要是多孔Al2O3材料作為介質(zhì)制成。</p><p>　　濕敏晶

46、體管又分為濕敏二極管和濕敏三級(jí)管。</p><p>　　3.2.2 濕敏電阻器工作原理及特性</p><p>　　1、金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻器</p><p>　?。?）工作原理 多孔性的金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷的多晶體，在晶體表面及晶粒間界處，很容易吸附水分子。由于水是一種強(qiáng)極性電介質(zhì)，水分子的氫原子附近有很強(qiáng)的正電場，具有很大的電子親和力。當(dāng)水分子在半導(dǎo)體

47、陶瓷表面附著時(shí)，將形成能級(jí)很深的附加表面受主態(tài)，而從半導(dǎo)體陶瓷表面俘獲電子，而在陶瓷表面形成束縛態(tài)的負(fù)空間電荷，在近表面層中將相應(yīng)地出現(xiàn)空穴積累，因而導(dǎo)致半導(dǎo)體陶瓷電阻率的降低。</p><p>　　另外，根據(jù)離子電導(dǎo)原理，結(jié)構(gòu)不致密的半導(dǎo)體陶瓷晶粒有一定空隙，顯多孔毛細(xì)管狀。水分子可以通過這種細(xì)孔在各晶粒表面和晶粒之間吸附，由于吸附的水分子可離解除大量的導(dǎo)電離子，這些離子在水吸附層中起著電荷的輸運(yùn)作用。因此，雖

48、環(huán)境濕度的增加，水分子在晶粒表面和間界大量的吸附，而引起電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)的加劇。半導(dǎo)體陶瓷而顯示負(fù)感濕特性，即隨著濕度的增加，材料的電阻率下降。</p><p>　?。?）氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻器的主要品種及結(jié)構(gòu)</p><p>　　金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻器的典型產(chǎn)品有：MgCr2O4 —TiO2濕敏電阻器、ZnO—Cr2O3濕敏電阻器、ZnO—Li2O3—V2O5濕敏電阻器等。

49、例如：ZnO—Li2O3—V2O5 濕敏電阻，是以ZnO為主要材料，在加入一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)等其他金屬氧化物燒制成陶瓷半導(dǎo)體材料，測量濕度范圍為5%～100%RH，測量精度為2%，是一種較為理想的濕敏元件，并可做成小型化，結(jié)構(gòu)簡單。 </p><p>　　2、元素材料濕敏電阻器</p><p>　　此類濕敏電阻器是元素半導(dǎo)體材料或元素材料制成的元件。碳濕敏電阻器是一種電阻—濕度特性為正的

50、濕敏元件。用有機(jī)物聚丙烯塑料片或棒為基體，涂布一層含有導(dǎo)電性碳粒的有機(jī)膠狀纖維構(gòu)成。此種濕敏電阻器工藝簡單，便于制造。利用有機(jī)材料吸潮后，體積膨脹，碳粒之間的距離增大，從而電阻值增大的原理。</p><p>　　元素半導(dǎo)體濕敏電阻器是利用在陶瓷或石英基片上蒸發(fā)等元素半導(dǎo)體薄膜而制成，其特性為電阻值隨著濕度的增大而減小的負(fù)感濕特性，可以做成較高阻值(105～107)，有較好的測量精度，但工藝成品率降低，互換性差。&

51、lt;/p><p>　　3、化合物濕敏電阻器</p><p>　　此類濕敏電阻器有LiCl濕敏電阻器、Fe3O4 濕敏電阻器和硫酸鈣濕敏電阻器等。</p><p>　　Fe3O4濕敏電阻器是用Fe3O4膠體做成感濕膜涂復(fù)在具有梳狀電極的陶瓷基片上，由</p><p>　　圖6 Fe3O4膠體濕敏電阻器結(jié)構(gòu)圖 圖7 Fe3O

52、4膠體濕敏電阻器電阻濕度特性</p><p>　　于Fe3O4膠體是由微粒組成[粒子的直徑約為（100～250）×10-8m]，每個(gè)顆粒只有一個(gè)磁疇，因此，同向顆粒相互吸引結(jié)合，因而不用高分子材料作膠體粘合劑，而能獲得較好的性能和長的使用壽命。圖6是Fe3O4膠體濕敏電阻器結(jié)構(gòu)圖。圖7是Fe3O4濕敏電阻器電阻濕度特性曲線，表現(xiàn)為負(fù)感濕特性。</p><p>　　圖8負(fù)特性濕敏電

53、阻器時(shí)間常數(shù)曲線 　　　　　 圖9 濕滯回線和濕滯量</p><p><b>　　4濕敏電阻器的特性</b></p><p>　?。?）電阻-濕度特性 濕敏電阻器的阻值隨濕度變化一般是指數(shù)關(guān)系變化。當(dāng)阻值隨相對(duì)濕度的增大而增加時(shí)，稱正的電阻濕度特性，例如碳膜濕敏電阻器；阻值隨濕度的增大而減小時(shí)，稱為負(fù)的電阻濕度特性，如金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻及Fe3O4

54、 濕敏電阻器，如圖8所示。 </p><p>　　對(duì)于負(fù)電阻濕度特性的濕敏電阻器的靈敏度定義為：α= R1/R2 </p><p>　　式中：R1——在25℃，0﹪相對(duì)濕度條件下的電阻值，一般要求R1在1MΩ以下。</p><p

55、>　　R2——在25℃，95%相對(duì)濕度條件下的電阻值，一般要求幾kΩ左右。</p><p>　　?值越大，說明元件對(duì)相對(duì)濕度的變化越敏感。 </p><p>　?。?）時(shí)間常數(shù)

56、 </p><p>　　這是衡量濕度電阻器隨濕度的躍變其阻值變化速率的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)相對(duì)濕度躍變時(shí)，濕敏電阻器的阻值不能立刻達(dá)到終值，而是要經(jīng)過一段時(shí)間。濕敏電阻器的阻值增加量從零變化到穩(wěn)定增加量的63% 所需要的時(shí)間 稱為濕敏電阻器的時(shí)間常數(shù)，也成為響應(yīng)速度。圖9所示的是相對(duì)濕度從60%變化到90%時(shí)間常數(shù)的確定。</p><p>　　濕敏電

57、阻器的時(shí)間常數(shù)越小越好。吸濕過程和脫濕過程的時(shí)間常數(shù)不一定相等。吸濕過程為相對(duì)濕度的升高過程，脫濕是相對(duì)濕度降低過程，都是指在定溫條件下的變化過程。</p><p>　?。?）滯后效應(yīng) 濕敏電阻器周圍的相對(duì)濕度變化一個(gè)往返周期時(shí)，相應(yīng)的電阻值變化曲線在吸濕和脫濕過程中并不重復(fù)，形成一個(gè)類似磁滯回線的濕滯環(huán)，如圖4-7所示。圖中曲線1表示從高濕到低濕的變化，曲線2表示從低濕到高濕的變化，即為滯后效應(yīng)，通常也稱為“

58、變差”。這種變差越小越好。</p><p>　　3.2.3 、濕敏電容器的工作原理及特性</p><p>　　電容式Al2O3濕度傳感器是利用多孔Al2O3 做為感濕膜而制成的濕敏器件。感濕膜的制造工藝可采用厚膜技術(shù)、涂膜技術(shù)和硅MOS等技術(shù)。</p><p>　　當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，多孔感濕膜中氣孔壁上所吸附的水分子數(shù)量隨之變化，其電特性不是一個(gè)純電阻，也不是一

59、個(gè)純電容。但目前一般是利用器件的電容隨濕度變化而變化來測濕的。對(duì)于一個(gè)平行板電容器，其電容量C =ε·S/4πd ，一個(gè)確定的濕敏元件，電極面積S和介質(zhì)厚度d是一定的，則電容量C只依介電常數(shù)ε隨環(huán)境的變化來確定。當(dāng)多孔Al2O3膜吸附水汽時(shí)，ε就成為水、Al2O3介質(zhì)和空氣的介電常數(shù)三位一體的綜合參數(shù)。但由于水的介電常數(shù)為80，遠(yuǎn)大于空氣的介電常數(shù)，因此C隨ε的變化主要取決于氣孔中水汽的吸附量，也就是隨環(huán)境濕度而定，因此電容量

60、隨濕度增加而增加，如圖10所示的C-濕度特性曲線。</p><p>　　圖10 多孔Al2O3濕度傳感器的CP-RH曲線圖 圖11 醋酸纖維有機(jī)膜濕敏元件</p><p>　　1．高分子薄膜；2.上電極；3.下電極ε</p><p>　　濕敏電容器的感濕特性與測試頻率有關(guān)．當(dāng)頻率較低時(shí)，電容雖隨濕度的變化更為明顯。同時(shí)膜的厚度d越小越外。另外，由于Al

61、2O3，膜氣孔不規(guī)則，分布不均勻，會(huì)有局部聚集水分，因而器件有—定滯后效應(yīng)。</p><p>　　利用某些高分子材料也可以制成電容式濕度傳感器，主要利用它的吸濕性與脹縮性。某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)明顯地改變，制成電容式濕度傳感器。圖4-9su是高分子薄膜式電介質(zhì)電容式濕度傳感器的基本結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)薄膜采用于涸后成膜的醋酸纖維素，梳狀電極為蒸鍍上的金膜層。除醋酸纖維素外，酷酸纖維素或硝化纖維素也是較好的電介質(zhì)

62、材料。</p><p>　　4 溫度控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1溫度檢測電路：</p><p>　　該電路利用熱敏電阻在不同的溫度環(huán)境下有不同的阻值的特性。將熱敏電阻放置在大棚的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，如四個(gè)角、中央、門旁。當(dāng)外界溫度變化超過規(guī)定范圍時(shí)，電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)溫控。在方案電路中IC1為單電源工作的四電壓比較器，通過比較器IC1-1、 IC1-2、 IC1

63、- 3、 IC1-4四個(gè)電壓比較器可以將大棚溫室的四個(gè)角的溫度、濕度很好的測量出來，從而確定是不是需要對(duì)電路進(jìn)行加熱、通風(fēng)等一系列的工作操作。該檢測電路如下圖12 所示：</p><p>　　圖12 溫度檢測電路</p><p>　　在溫度檢測電路中，我們需要40V的直流電壓,通過40V的支流電壓提供給電路中各個(gè)元器件使其正常工作,在電路中我們利用了M51920作為我們溫度檢測電路中的比較

64、器，M51920是單電源工作的電壓比較器，當(dāng)電壓通過R104,取自R105的電壓分別引入兩個(gè)比較器，然后去和標(biāo)準(zhǔn)電壓比較。根據(jù)我們?nèi)蝿?wù)書中電路的設(shè)計(jì)要求，我們需要檢測到溫室大棚四個(gè)腳的電路我們可以將IC1—1比較器中設(shè)置基準(zhǔn)電壓,</p><p>　　設(shè)置單電源電壓比較器IC1—1的反向輸入基準(zhǔn)電壓為25.8V,首先確定分壓電阻R105=15K然后利用串聯(lián)電路的分壓原理，得到該分路中電流大約為：</p>

65、;<p>　　I=20V/15K=1.3A</p><p>　　在電源電路電壓為40V的情況下，電阻R103的阻值如下式可以得到：</p><p>　　I=40V/(R103+R104)</p><p>　　1.3=40/(R103+15K)</p><p>　　得到電阻：R103=8.3K為了更好的 調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓的阻值我們采用

66、可變電阻器，選用10K的可變電阻器，此時(shí)熱敏電阻的溫度范圍大約在30℃。</p><p>　　在電路IC1—2中，設(shè)置單電源電壓比較器IC1—2的反向輸入基準(zhǔn)電壓為20V,在分壓電路中我們統(tǒng)一確定分壓電阻的阻值為15K，在電路中我們利用串聯(lián)分壓電路的特性可以確定熱敏傳感器的電阻值：</p><p><b>　　RT=6.4K</b></p><p&

67、gt;　　通過查熱敏電阻的特性，我們可以去定溫度范圍在15℃左右，原理如下：</p><p>　　在IC1—1中基準(zhǔn)電壓U_＝25.8V，溫度低于30℃時(shí)，由于熱敏電阻阻值隨溫度增高而降低從而是R105所分擔(dān)的直流電源電壓減少,所以比較電路IC1—1輸出低電平。當(dāng)溫度升高超過30℃時(shí)，由于隨著溫度的升高,此時(shí)熱敏電阻的阻值降低,從而是R105所分擔(dān)的電壓升高此時(shí)在此時(shí)IC1—1電路比較器中,U+＞25.8V，所以

68、IC1—1發(fā)生跳變，輸出高電平。</p><p>　　而在IC1—2中，由于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓為20V,所以當(dāng)基準(zhǔn)電壓U+＞20V，此時(shí)溫室大棚內(nèi)的溫度大于15℃時(shí)，從而熱敏電阻的阻值降低,比較器IC1—2輸出低電平。當(dāng)溫度降至低于15℃時(shí)，熱敏電阻的阻值升高,從而使R105所分擔(dān)的電壓減少,導(dǎo)致U_＜20V，所以此時(shí)IC1—2發(fā)生跳變，輸出一個(gè)高電平。</p><p>　　在圖12溫度檢測電

69、路（2）的工作原理溫度檢測電路（1）的原理相似，電壓取自R503的電壓然后分別引入兩個(gè)比較器，去和標(biāo)準(zhǔn)電壓比較。</p><p>　　在IC1-3（IN3-、IN3+、OUT3）中基準(zhǔn)電壓U+=22V，溫度高于20℃，低于25℃，時(shí)，IC2-1輸出低電平。當(dāng)溫度降低過20℃時(shí)，此時(shí) U-<22V，IC2—1發(fā)生跳變．輸出高電平，加熱電路工作。</p><p>　　而在IC1—4（IN

70、4-、IN4+、OUT4）中，基準(zhǔn)電壓U-=24V．溫度小于25℃時(shí)，比較器IC2—2輸出低電平。當(dāng)溫度升高超過25℃時(shí)，U+>24V，IC2-2發(fā)生跳變，輸出一個(gè)高電平，使換氣電路工作。</p><p>　　加熱、換氣電路：在此電路中我們設(shè)定了溫度的值在20～25℃，當(dāng)溫度在20～25℃范圍內(nèi)的時(shí)候，此時(shí)加熱電路、換氣電路處于斷路狀態(tài)，不工作，當(dāng)溫度低于20～25℃于這個(gè)規(guī)定值時(shí)，加熱電路開始動(dòng)作：<

71、;/p><p>　　在加熱電路中我們設(shè)置E點(diǎn)在18℃的電壓為3.4V，在21℃的E點(diǎn)的電壓為0.2V，</p><p>　　在電路中利用R506的阻值為10K則</p><p>　　3V=RP202*22.2V/(RP202+R506)</p><p>　　得到RP202=1.5K</p><p>　　為了更好的調(diào)節(jié)溫度我

72、們選擇RP202DE阻值為4K,同理換氣電路中在F點(diǎn)利用電路的分壓特性，確定其參數(shù)在18℃時(shí)候，F(xiàn)點(diǎn)的電壓為3.7V,在溫度為21℃時(shí)候F點(diǎn)的電壓為0.3V，所以利用分壓電路可以得到分壓電阻在2K左右，在這里我們選擇可變電阻器的阻值為4K，當(dāng)溫室大棚中溫度高于20～25℃的時(shí)候，此時(shí)換氣電路開始工作，在此電路中加熱電路和換氣電路都自生的供應(yīng)電源，電路中都應(yīng)用了芯片MAC94A4，在加熱電路中，溫度值可以通過調(diào)節(jié)RP 501可粗調(diào)加熱的跳

73、變溫度。</p><p>　　當(dāng)溫度在20～25℃范圍內(nèi)。加熱、換氣電路不工作，當(dāng)溫度低于或高于這個(gè)規(guī)定值時(shí)，電路動(dòng)作。調(diào)節(jié)RP501可粗調(diào)加熱的跳變溫度。加熱裝置可用壁掛式電熱毯或電爐子，換氣裝置可選用換氣扇。電路如下圖13:</p><p>　　圖13 加熱、換氣電路</p><p>　　4.2 溫度報(bào)警電路組成與原理</p><p>　

74、　溫度報(bào)警電路主要由或門電路、振蕩電路2、功率放大電路三部分組成。在本設(shè)計(jì)中三部分電路原理如下所示：</p><p>　　或門電路：或門電路圖如下圖14所示：</p><p><b>　　圖14 或門電路</b></p><p>　　或門電路由R401、R402、VD401、R403、R404、VD402幾個(gè)器件組成，在電路中用到了穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓

75、管VD403的作用是提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓,</p><p>　　我們設(shè)定電路中穩(wěn)壓管部分的基準(zhǔn)電壓在溫度為35℃時(shí)候?yàn)?.3V；在溫度為21℃時(shí)候電壓為0V,通過設(shè)計(jì)我們可以知道利用電阻R404與R402來對(duì)二極管進(jìn)行分壓，計(jì)算得到R404與R402均可采用10K的電阻來完成。</p><p>　　同時(shí)在活門電路中穩(wěn)壓管還能對(duì)電壓進(jìn)行有效的補(bǔ)償,此電路中VD403就是對(duì)或門輸出的信號(hào)電壓進(jìn)行穩(wěn)

76、壓，當(dāng)溫度檢測電路中檢測到溫室內(nèi)的溫度超過30℃或溫度低于15℃的時(shí)候，溫度檢測電路會(huì)輸出一個(gè)跳變的信號(hào)到或門電路中，在A點(diǎn)輸出一個(gè)12V的電壓，同時(shí)將電壓信號(hào)傳到振蕩電路2中去，從而使振蕩電路繼續(xù)工作。</p><p>　　振蕩電路2：電路原理圖如圖15所示：</p><p><b>　　圖15振蕩電路2</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出功

77、率放大器中揚(yáng)聲器的工作頻率在4500HZ左右，然后利用功率放大器的作用發(fā)出信號(hào)，從而是揚(yáng)聲器工作。從或門電路中輸入的信號(hào)在振蕩電路的工作的過程中可以設(shè)定電容器C402的阻值為0.22u,</p><p>　　根據(jù)公式可以得到NE555芯片的振蕩頻率fr2</p><p>　　fr2=1.44/R*C402</p><p>　　得到電阻R的阻值在2K左右所以當(dāng)我們設(shè)定

78、電阻R406的阻值為0.5K時(shí)得到電阻RP401的阻值為1K,從得到了頻率為4363HZ的頻率，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，放大電路中的揚(yáng)聲器可以工作，在時(shí)鐘電路中為了控制揚(yáng)聲器中音量的大小可以利用，芯片NE555中③腳輸出高電平的占空比，可以通過調(diào)節(jié)變阻器RP401來決定揚(yáng)聲器的音調(diào)的大小。</p><p>　　此振蕩電路中用到了芯片NE555，或門電路中輸出的12V電壓，該電壓經(jīng)可變電阻RP401、電阻R406時(shí)對(duì)電容

79、C402進(jìn)行充電，由于NE555的芯片功能所決定可以知道，當(dāng)電位上升至2／3VCC時(shí)，NE555芯片開始復(fù)位。</p><p>　　在NE555振蕩電路中，芯片NE555的③腳輸出低電平，同時(shí)內(nèi)部放電管與①腳相連通，在電路工作過程中電容C402通過電阻R406向芯片⑦腳放電，由于電容放電可以得知電容的電壓VC402開始下降，當(dāng)電容C402的電壓VC402下降至l／3VCC時(shí)，芯片NE555的③腳輸出高電平，此時(shí)芯

80、片NE555中的放電管截止，從而當(dāng)放電結(jié)束。當(dāng)?shù)谝惠喒ぷ鹘Y(jié)束后電容C402又開始放電充電，不斷的使電路繼續(xù)工作，從而形成的振蕩電路。</p><p>　?。?）功率放大電路：原理圖如圖17所示：</p><p><b>　　圖16功率放大電路</b></p><p>　　功率放大電路,其工作原理如下：通過振蕩電路2中輸出的脈沖,經(jīng)過電容C403

81、濾波后,傳到功率放大芯片TDA2040,在頻率4500HZ左右的工作頻率下，我集成功率放大器TDA2040,通過R412、R411電阻構(gòu)成交流負(fù)反饋,們在功率放大電路中經(jīng)過反饋放大的電路信號(hào)經(jīng)過輸出電容C408傳輸?shù)綋P(yáng)聲器中,其中我們設(shè)定揚(yáng)聲器的電阻值為4Ω,從而實(shí)現(xiàn)電路的報(bào)警功能。</p><p>　　5 濕度自動(dòng)控制電路</p><p>　　濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)由振蕩電路2、濕度檢測電路、

82、比較電路、繼電器控制的澆水電路組成。濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖如下17所示：</p><p>　　圖17 系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　5.1濕度檢測電路</b></p><p>　　濕度檢測電路由振蕩電路1、濕度傳感器RH（MSO-1型）和檢波網(wǎng)絡(luò)VD301，C304，R305組成的。振蕩電路l的工作原理和振蕩電路2的工作原理相同。&l

83、t;/p><p>　　在振蕩電路1中，電路的振蕩頻率為fr1，由于濕敏電阻大都工作在交流狀態(tài)下，而且要求頻率不能超過lkHz，所以振蕩電路1用來產(chǎn)生約200H左右的的振蕩方波，200HZ的方波利用NE555來產(chǎn)生,通過NE555振蕩電路的特性,我們可以利用以下的公式</p><p>　　fr1=1.44/(RP301+2R301)*C304</p><p>　　來確定頻

84、率.在電路中我們選擇RP301來調(diào)節(jié)頻率的多少,我們可以假設(shè)一個(gè)特定的值來帶如電路中可以得到172HZ的頻率,通過不斷的調(diào)節(jié)我們來確定R301大約在1K左右,所以我們確定電阻R301的阻值為1K然后通過電容的充電放電特性算出電容,在電路中可以調(diào)節(jié)可變電阻器RP301來改變振蕩頻率使?jié)衩綦娮韫ぷ髟?00HZ左右的頻率下。設(shè)計(jì)好了工作頻率振蕩電路1中由于芯片NE555③腳為輸出腳，所以輸出的振蕩波加在濕度傳感器RH上，經(jīng)VD301，C304

85、，R305檢波網(wǎng)絡(luò)接入比較器HA17902的正相輸入端。</p><p>　　5.2、比較電路、澆水系統(tǒng)</p><p>　　比較器是采用單運(yùn)放集成電路M5249，它的反相輸入端接有基準(zhǔn)電壓網(wǎng)絡(luò)，正相輸入端接有溫度檢測信號(hào)。調(diào)節(jié)RP302可設(shè)定比較電路的基準(zhǔn)電壓值U-=4.5V，即設(shè)定控制的相對(duì)濕度。當(dāng)環(huán)境中的濕度發(fā)生變化時(shí)，由于RH呈現(xiàn)的電阻值的起伏變化使比較器的同相輸入端的信號(hào)電平也隨

86、之發(fā)生變化。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到70%以下時(shí)，正相輸入端的信號(hào)高于比較電路的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓值，即U+大于4.5V，比較器輸出轉(zhuǎn)成高電平，使VT飽和導(dǎo)通，繼電器K通電吸合，電磁閥自動(dòng)打開，澆水開始。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到70%以上時(shí)，正相輸入端的信號(hào)低于比較電路的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓值，即高于設(shè)定的相對(duì)濕度時(shí)，比較器輸出轉(zhuǎn)成低電平，使VT截止，繼電器K斷電，電磁閥自動(dòng)關(guān)閥，澆水停止。</p><p>　　5.3 、濕度自動(dòng)

87、控制系統(tǒng)原理電路圖</p><p>　　濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)原理電路圖如下圖18所示：</p><p>　　圖18 濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)電路圖</p><p>　　集成穩(wěn)壓器CW7812的3腳輸出12V的直流電壓，該電壓加入NE555振蕩器，產(chǎn)生約200Hz的振蕩波，由NE555③腳輸出，輸出的振蕩波加在濕度傳感器RH上。由于RH呈現(xiàn)的電阻值是隨環(huán)境的濕度變化的起伏變化，即

88、RH上分得的電壓也隨之發(fā)生變化。此電壓經(jīng)VD301，C304，R305檢波網(wǎng)絡(luò)接入比較器的正相輸入端，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到70%以下時(shí)，正相輸入端的信號(hào)高于比較電路的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓值，比較器輸出轉(zhuǎn)成高電平，使VT飽和導(dǎo)通，繼電器K通電吸合，電磁閥自動(dòng)打開，澆水開始。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到70%以上時(shí)，正相輸入端的信號(hào)低于比較電路的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓值，即高于設(shè)定的相對(duì)濕度時(shí)，比較器輸出轉(zhuǎn)成低電平，使VT截止，繼電器K斷電，

89、電磁閥自動(dòng)關(guān)閥，澆水停止。</p><p>　　6 電源電路設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高,一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源，選用哪種電源接下來是我們要討論的。一般直流電源由如下部分組成:</p><p>　　整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。</p>&

90、lt;p>　　濾波電路將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。</p><p>　　穩(wěn)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。</p><p>　　直流電源的方框圖如圖圖19示。</p><p>　　圖19 整流濾波方框圖 </p><p>　　電源電路中要求電壓為40V±10%的直流電壓，總的

91、電路中電流最大值為0.5A，所以估算負(fù)載大約為33K</p><p>　　6．1、整流電路設(shè)計(jì)</p><p>　　方案一 單相橋式整流電路</p><p><b>　　(1)工作原理 </b></p><p>　　單相橋式整流電路，如圖20（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向

92、導(dǎo)電性。根據(jù)圖20（a）的電路圖可知：</p><p>　　當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。</p><p>　　當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周.</p><p>　　在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖20（b）。</p>&

93、lt;p><b>　　(2)參數(shù)計(jì)算 </b></p><p>　　根據(jù)圖20（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為</p><p>　?。╝）橋式整流電路 （b）波形圖 </p><p>　　圖20 單相橋式整流電路</p>&l

94、t;p>　　流過負(fù)載的平均電流為：</p><p>　　流過二極管的平均電流為：</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓為： </p><p>　　流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。</p><p><b&

95、gt;　　、</b></p><p>　?。?）單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線 </p><p>　　單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系 </p><p>　　該曲線如圖21所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。</p><p>　　圖 21 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線</p><

96、;p>　　方案二 單向半、全波整流電路</p><p>　　單相整流電路除橋式整流電路外還有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖22(a)所示，波形圖如圖22(b)所示。 輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為 </p><p>　　流過負(fù)載和二極管的平均電流為 </p><p>　　(a)電路圖

97、 ?。╞）波形圖</p><p>　　圖22 單相半波整流電路</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓為： </p><p>　　單相全波整流電路如圖23 (a)所示，波形圖如圖23（b)所示：</p><p>　　(a)電路圖

98、 （b）波形圖</p><p>　　圖23單相全波整流電路</p><p>　　根據(jù)圖23（b）可知,全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為</p><p>　　流過負(fù)載的平均電流為</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓 </p><p>　　單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)S與單相橋式整

99、流電路相同。</p><p>　　半波整流電路簡單,元件少,但輸出電壓直流成分?。ㄖ挥邪雮€(gè)波）,脈動(dòng)程度大,整流效率低,僅適用于輸出電流小、允許脈動(dòng)程度大,單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故我們通過方案比較選擇單向橋式整流電路應(yīng)用于我

100、們大棚溫度濕度控制電路的電源電路。</p><p>　　6．2 濾波與穩(wěn)壓電路</p><p>　　在電源電路中我們首先將220V變壓器變壓到48V輸出電壓，然后在利用橋式全波整流電路對(duì)48Ｖ的交流電進(jìn)行整流，得到一個(gè)穩(wěn)定的脈沖電壓，然后利用電容器Ｃ101對(duì)得到的脈沖電壓進(jìn)行濾波，這里用到的電容濾波屬于初步的濾波，電容濾波的原理如下：濾波電容的作用是使濾波后輸出的電壓為穩(wěn)定的直流電壓，其

101、工作原理是整流電壓高于電容電壓時(shí)電容充電，當(dāng)整流電壓低于電容電壓時(shí)電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓基本穩(wěn)定。濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。</p><p>　　(1)當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時(shí)，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電容C充電。當(dāng)uC>

102、;u2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。</p><p>　　圖24橋式整流濾波電路</p><p>　　當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時(shí)，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對(duì)C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)D2和D4變?yōu)榻刂梗珻對(duì)RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重

103、復(fù)上述過程。RL、C對(duì)充放電的影響電容充電時(shí)間常數(shù)為rDC，因?yàn)槎O管的rD很小，所以充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镽L較大，放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖25所示：</p><p>　　圖25橋式整流電容濾波后波形圖</p><p>　　整流電路是將交流電

104、變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動(dòng)成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系數(shù)要求小于0．01故整流輸出的電壓必須采取一定的措施．盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，同時(shí)要盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。</p><p>　　通過電容濾波后得到初步穩(wěn)定的直流電壓，然后通過穩(wěn)壓器LW78A40得到40V的直流電壓，在通過電容C102對(duì)得到的直流

105、電壓進(jìn)一步濾波得到最終需要的40V直流電壓,然后通過電阻R103、R104的分壓電路得到向溫度檢測電路1提供的20V與28V的直流電壓，溫度檢測電路2所需要的電壓是16V、28V也是通過分壓電路的到的直流電壓，在檢測電路中芯片NE555所需要的直流電壓是由穩(wěn)壓器CW7812所提供的，本電源電路中運(yùn)用的很多的電容濾波，保證了電路中直流電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)也使芯片的壽命能夠延長。</p><p>　　6．3、電源電路與

106、元件選擇：</p><p>　　電源電路設(shè)計(jì)如下圖26所示：</p><p><b>　　圖26 電源電路圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓電路LM78A40、進(jìn)行控制。CW7812其功能就是輸出穩(wěn)壓直流12V電壓， LM78A40其功能就是輸出穩(wěn)壓直流40V。本電路就是利用CW7812直流穩(wěn)壓輸出12V的電壓和LM78A40直

107、流穩(wěn)壓輸出40V的電壓特性，對(duì)電源的電壓進(jìn)行有效的控制隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成化的串聯(lián)型穩(wěn)壓器的應(yīng)用越來越廣泛，集成穩(wěn)壓器具有 性能好，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，使用方便，有過熱，短路電流限流保護(hù)和調(diào)整管安全去等保護(hù)措施，使用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。然而開關(guān)型穩(wěn)壓電源雖然具有效率高，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但他的文博電壓較大，高頻泄露較大，有可能對(duì)周圍其它電路造成干擾，綜合以上因素，因此采用串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。</p><p&g