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摘 要

恒温恒湿控制系统被广泛应用于各个行业。它的主要组成部分是控制器，加湿器，加热器和冷却器。其中的恒温恒湿控制器是它的核心器件。恒温恒湿控制系统是可以独立保持控制设定恒定温度和湿度用于检测材料或维持空间温湿度的装置。

在本设计中，恒温恒湿控制系统主要要完成任务是采集，显示和设置温度与湿度，以实现需要的恒温恒湿控制，达到最终恒温恒湿的目标。外部的温湿度信号经温湿度传感器的数字信号，通过其中的串行端口发送至单片机系统。单片机系统对收到的数字信号利用PID算法再进行解码并且在LED上显示出温湿度，同时控制器还完成了诸如键盘扫描，温湿度设置，过热警报以及已处理的温湿度信号和系统设置温湿度的比较处理，使系统可形成五种运行状态，可以控制加热与冷却，控制干燥与加湿和停止工作以实现智能温湿度。通过与单片机设置的温湿度进行比较，然后控制加热与冷却，干燥与加湿以实现恒定的温湿度控制。

关键字：恒温恒湿控制器；温湿度；Proteus；单片机；PID

Abstract

Constant temperature and humidity control systems are widely used in various industries. Its main components are the controller, humidifier, heater and cooler. The constant temperature and humidity controller is its core device. The constant temperature and humidity control system is a device that can independently maintain the control set constant temperature and humidity for detecting materials or maintaining space temperature and humidity.

In this design, the main task of the constant temperature and humidity control system is to collect, display and set the temperature and humidity in order to achieve the required constant temperature and humidity control and achieve the final goal of constant temperature and humidity. The external temperature and humidity signal is sent to the microcontroller system through the serial port of the digital signal of the temperature and humidity sensor. The single chip microcomputer system decodes the received digital signal using PID algorithm and displays the temperature and humidity on the LED. At the same time, the controller also completes such as keyboard scanning, temperature and humidity settings, overheating alarms, and processed temperature and humidity signals and system settings. Humidity comparison processing enables the system to form five operating states, control heating and cooling, control drying and humidification, and stop working to achieve intelligent temperature and humidity. By comparing with the temperature and humidity set by the single chip microcomputer, and then controlling heating and cooling, drying and humidification to achieve constant temperature and humidity control.

Key Words: constant temperature and humidity controller; temperature and humidity; Proteus; single-chip microcomputer; PID

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题设计的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3设计目标 2

1.4论文主要内容 2

第2章 系统方案设计 4

2.1恒温恒湿控制系统工作原理 4

2.2功能需求分析 4

2.3控制系统方案设定 5

2.4单片机的选择 5

2.5控制系统组成 5

2.6本章小结 6

第3章 恒温恒湿控制系统硬件设计 7

3.1单片机的应用 7

3.1.1 AT89C52系列单片机介绍 7

3.1.2 AT89C52基本特征 8

3.1.3 AT89C52单片机内部组成结构 8

3.2单片机外围电路设计 9

3.2.1单片机最小电路 9

3.2.2温湿度传感器电路 9

3.2.3 LCD显示电路 10

3.2.4执行机构电路 11

3.2.5键盘输入和报警电路 11

3.3本章小结 13

第4章 恒温恒湿控制系统软件设计 14

4.1主程序 14

4.2 PID算法 16

4.3温湿度传感器 17

4.4 LCD显示电路 20

4.5本章小结 23

第5章 仿真测试 24

5.1温湿度值的设定显示与仿真控制 25

5.2本章小结 28

第6章 结论 29

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪论

1.1 课题设计的目的及意义

随着当代社会经济的飞速发展，各行各业的生产水平和技术要求越来越高，尤其是用来满足高工艺要求的装置需要大量达到恒定控制室内温度和湿度的要求，这为恒温恒湿控制系统的快速发展提供了有力动机。恒温恒湿控制系统在实际生活中，被应用于每个行业，例如工厂、车间、博物馆、展览馆、档案馆、实验室等等地方，可以给作物提供特定生长条件，或满足生物培养的温湿度条件，或给满足工业要求等等。所以说，恒温恒湿控制系统在大量需要恒温和恒湿控制的行业及场所中发挥着极其重要的作用^[1]。例如，由于环境温度过高或过低以及湿度过大，电源系统的组件可能会产生故障，可能发生蠕变事故。

在本次论文中，我们将讨论使用单片机的恒温恒湿控制器的设计^[2]。核心部分是其中的恒温恒湿控制器，整个系统主要由恒温恒湿控制系统硬件设计和恒温恒湿控制系统软件设计两大部分组成，恒温恒湿控制系统硬件设计主要有三部分：单片机，外部存储器和接口电路。恒温恒湿控制系统软件设计包含了主程序、键盘显示子程序、温湿度控制子程序和PID算法子程序。本设计中的恒温恒湿控制系统能处在封闭的环境下进行温湿度检测控制，保持恒定温度达到X±0.5℃和相对湿度不低于X％的同时控制，在LED屏幕显示目前温湿度的情况下进行温湿度的检测与控制任务，可以灵活用于环境对温湿度有较高要求的控制条件下。

在恒温恒湿控制系统中，我们控制温度和湿度的核心元件是单片机。使用单片机一方面能极大提高关于温度和湿度控制的技术指标，另一方面还有着控制性好，使用简便，灵活性强的优点^[3]。这些优点可以显著帮助企业提高产品的质量和数量。最重要的是，这种方法非常简单，更为实用。简而言之，恒温恒湿的封闭环境是用单片机打造的。什么是单片机？单片机是指将微型计算机的全部重要的部分都放在一个芯片上来构成我们所称的微型计算机。也就是说微型计算机的全部主要组件，例如形成的ROM，CPU和I/O接口等都在一个IC封装中。单片机可以使用在产品硬件与软件的各种位置。在中国最重要的仍然是MCS-51系列单芯片计算机，而且51单片机依然为比较稳定的订单响应。它的零部件几乎与国外制造商共享资源，再售前方面以及售后服务都又好又快，所有客户成本也相对较低。基于上述，本课题选用51单片机。

1.2 国内外研究现状

恒温恒湿系统在早期主要是使用模拟和数字控件。在系统中，如果湿度未达到目标值，则加湿器会开始加湿。如果湿度超过了目标值，那除湿机会开始除湿。恒温恒湿系统的控制器则主要是继电器和模拟电路两大部分。整体系统的温湿度控制方法比较简单，但是相对湿度和温度控制范围波动大，这个阶段的温湿度控制系统很不稳定，智能化水平低，难以达到理想控制的效果。

时间来到20世纪的70年代和80年代时期，伴随着当代工农业生产对其产品的技术指标要求更高，相应地对温湿度控制精度的要求也变得更高，模拟PID控制的方法被慢慢应用于温度和湿度控制。由于温度和湿度由固定点控制，因此这种方法控制精度不理想^[4]。

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