湿度计系统设计
分类：免费论文 更新时间：08-06 来源：网络
1绪 言
1.1 课题背景
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天以及现代生活的各个方面，经常需要对环境湿度进行测量及控制。对于生物制药、食品加工、造纸等行业，准确的测量湿度更是至关重要的。此外，湿度还直接影响到人们的舒适程度和身体健康，但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其它因素的影响，湿度与大气压、温度呈函数关系[1]。因此，用常规的方法测量湿度的误差可达±5%～±20%，此外，湿度的校准也是一个难题[2]。过去用干湿球度计或毛发湿度计来测量、通过查表得到湿度的方法[3]，早已无法满足现代科技发展的需求。干湿球湿度计和普通的湿度计并能用做标定，就是因为标定后的精度无法保证。湿度的标定对环境条件要求十分严格，而在国外的湿度标定设备（例如过生产的MC741—HP型湿度校准仪），价格又十分昂贵。本设计就是在此基础是，提出一种基于AT89C51单片机控制的比较简单而实用的湿度检测及控制方法[4]。
1.2 课题研究的目的和意义
（1）讨论一种测量湿度的简单方法，利用我们常用的电子元器件来组成简单而实用的湿度检测电路，并在此基础上讨论湿度检测影响条件呵环境因数的作用以及湿度检测的精确性问题，。
（2）在湿度检测的基础上，简单了讨论湿度的控制问题，分析湿度调节的可行性以及怎么样调节的问题。
1.3 国内外发展状况
早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5％一7％RH。干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值，因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。后来又出现了滴水法测量相对湿度[5]。而电子式湿度传感器是近几十年，特别是近20年才迅速发展起来的。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发生器来逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以达到2％一3％RH。电子湿度传感技术由于发展快，精确性高，误差小，现在得到了广泛的应用[6]。
近年来，随着电子芯片集成化、小型化速度的加快以及芯片制作技术的提高，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足的进步。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化[7]、多参数检测以及的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平[8]。
2 系统设计方案的研究
2.1 系统的控制特点与性能要求
2.1.1 系统控制结构组成
①湿度检测电路：用于检测空气的湿度[9]。
②微控制器：采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。
③电源温压电路：用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。
④键盘输入电路：用于设定初始值等。
⑤LED显示电路：用于显示湿度[10]。
⑥功率驱动电路：湿度调节电路，用于调节湿度。
图2.1 系统结构图
2.1.2 系统的性能特点
（1）自动检测室内空气的湿度。
（2）当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态[11]。
（3）数码管显示当前的湿度。
（4）键盘设置及调整湿度的初始值。
2.2 系统的设计原理
该湿度控制系统由湿度检测电路[12]、 CPU 监控电路、显示电路、 A/D 转换电路、排风与加热控制电路和微处理器等组成，其中微处理器AT89C51 是整个系统的控制核心，它的原理电路如图 l 所示。工作原理如下：湿度检测电路将当前环境湿度信号通过A/D转换后，送到处理器AT89C51中，然后处理器通过软件的运行，将当前湿度信号通过LED显示出来（显示相对湿度值），并且处理器通过程序的运行，判断当前湿度值是否在预先设定的范围之内[13]。假设不是，系统就会自动进行湿度的调节：当湿度检测电路检测到当前环境湿度高于设定值的上限的时候，微处理器将使P2.6输出低电平，起动减湿控制电路使吹风机开始工作，开始排风散热降温；当湿度检测电路检测到当前环境湿度低于湿度设定下限时，P2.7输出输出低电平，使蒸汽机控制电路工作，开始加热增加湿度[14]。
2.2.1 湿度测量的名词术语
湿度：湿度是表示空气中水蒸气的含量。湿度又分为绝对湿度和相对湿度两种。
绝对湿度：绝对湿度亦称水蒸气密度，它表示水蒸气的质量与总容积的比值，有公式
（2.1）
式中,dv代表绝对湿度,它表示每立方米干燥空气与水蒸气的混合物中所含水分的克数；p为水蒸气的压强(单位是Pa)；Ｔab为干燥空气的温度值（单位是℃）．需要指出，国内也有人将空气中所含水蒸气的压强理解为绝对湿度，这与国外关于绝对湿度的定义不相符。
相对湿度：相对湿度表示在相同湿度下大气中水蒸气的实际压强与饱和水蒸气的压强之比，通常用百分数来表示。相对湿度的英文缩写为ＲＨ(Relative Humidity)，有公式：
（2.2）
式中，p1(T)代表温度为Ｔ时的水蒸气压强，p2(T)表示在温度Ｔ下的饱和压强。显然，相对湿度是压强和温度的函数。
露点：在水蒸气冷却过程中最初发生结露的温度。若气温低于露点，水蒸气开始凝结。湿度比：它表示水蒸气的质量与干燥空气的质量比。