【正文】 19 8 致謝 ........................................................................................................................................................................... 20 9 參考文獻 .................................................................................................................................................................. 21 附錄 ............................................................................................................................................................................... 22 附錄 1：系統(tǒng)原理圖 .............................................................................................................................................. 22 附錄 2：系統(tǒng)主程序 .............................................................................................................................................. 23 附錄 3 實物照片 ..................................................................................................................................................... 24 第 1 頁 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計說明書 1 緒論 室內(nèi)通風(fēng)控制系統(tǒng)是通過 智能 控制室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備的啟停 ， 提高 室內(nèi)的通風(fēng)率，以達到提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，控制室內(nèi)溫濕度的目的。 近年來 ， 隨著 我國 科學(xué)技術(shù)的進步、 人們生活水 平的 不斷 提 高，越來越多的人開始注重居室的美觀和舒適， 豪華裝飾 也 越來越普遍。各種新型建筑材料、裝修材料 、 日用化學(xué)品進入住宅 ， 成為室內(nèi) 空氣的主要 污染源。與 此同時 ， 空調(diào)的使用和普及使 得 室內(nèi)通風(fēng)率比以前明顯下降，造成住宅室內(nèi)污染 空氣 的累積，致使室內(nèi)的空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化。而那些 使用單體家用空調(diào)的建筑，在人員外出或睡眠時候 ， 由于對空調(diào)的運行 、停機，溫濕度、 新風(fēng)等的調(diào)節(jié)不能實現(xiàn)自動控制，空調(diào)不是 處于停機狀態(tài)使室內(nèi)環(huán)境惡劣，就是處于連續(xù)運行狀態(tài)造成無謂的浪費。 因此空調(diào)若 能 與其它的散熱、送風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)配合起來使用，節(jié)能的空間將是很大的 ，同時也給使用者營造了一個更加舒適的環(huán)境。 雖然去除空氣污染，提高空氣質(zhì)量的辦法有多種，可以 通過 減少污染源，過濾空氣和使用活性炭吸附 等辦法 ， 以 達到改善空氣質(zhì)量的目的 。專家指出，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的最有效的辦法還是通風(fēng)。 在自然通風(fēng)不能滿足需要的時候，可以通過機械通風(fēng)的方式來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量品質(zhì)。本文所論述的機械通風(fēng)方式，不僅僅指的是廚房和衛(wèi)生間的短時排風(fēng)，而是以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量為主要目的的通風(fēng)方式。 因為空氣質(zhì)量是健康生活的一個重要保障。 世界衛(wèi)生組織“健康住宅”標(biāo)準(zhǔn)的 15 條 中就 有 8 條跟 室內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)，這些 都是提高生活品質(zhì)的主要標(biāo)志 ： 節(jié)約能源、 建筑節(jié)能 等 。 室內(nèi)通風(fēng)不暢是現(xiàn)代城市的普遍現(xiàn)象，建筑通風(fēng)節(jié)能又是緩解能源危機的必由之路。 因此國際市場上也有與本控制系統(tǒng)類似的產(chǎn)品 ，但是由于進口的室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備價格比較昂貴，在國內(nèi)一直沒有得到大范圍推廣 ，而 本設(shè)計 所研制的室內(nèi) 環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能 很好提高 室內(nèi)空氣品質(zhì)、 能耗 較小，而且 價格 相對 于 進口同類產(chǎn)品較低 。 第 2 頁 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計說明書 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 本次設(shè)計 系統(tǒng)研究開發(fā)的重點內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng)，其中控制面板 和系統(tǒng)軟件為自主設(shè)計 ，其它常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等 采用集成的方法實現(xiàn)。 系統(tǒng)通過各傳感器節(jié)點 采集數(shù)據(jù)，并在 LabVIEW 界面顯示。 系統(tǒng)的總體框圖如圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)的總體框圖 室內(nèi)通風(fēng)控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，分為上位機和下位機兩部分，其中上位機是遠離被控對象，可以通過串口與下位機通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示 。 下位機也有鍵盤、顯示和報 警等功能，這樣當(dāng)上位機不工作時可以直接利用下位機來控制被控對象。 系統(tǒng)在滿足用戶對室內(nèi)的溫、濕度 的鍵盤控制 需求 的 基礎(chǔ)上，下位機還可以根據(jù)用戶設(shè)置的室內(nèi)溫度、濕度極限值 值啟停排風(fēng)、進風(fēng) 等設(shè)備，保證室內(nèi)溫濕度值的相對穩(wěn)定。 系統(tǒng)要完成的設(shè)計功能如下 : ? 實現(xiàn)對房間溫度、濕度 參數(shù)的實時采集 。根據(jù)測量空間或設(shè)備的實際需要，由各路傳感器對關(guān)鍵溫、濕度敏感點進行測量， 并 由單片機對各路數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、存儲，實現(xiàn)溫濕度的智能測量。 ? 實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時報警。 ? 現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲、遠程通信功能。 ? 通信系統(tǒng) 要 具有較高的可靠性、較好的實時性和較強的抗干擾能力。 顯示濕度 顯示溫度 STC89C52 單片機 濕度檢測系統(tǒng) 溫度檢測系統(tǒng) 報警電路 LabVIEW 顯示 按鍵電路 供電電路 外部控制 存儲 電路 串口 RS232 第 3 頁 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計說明書 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路是保證整個測控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ) ，其性能優(yōu)劣直接影響到整個測控系統(tǒng)工作的可靠性、安全性和連續(xù)性。硬件電路的設(shè)計過程中，始終以實用化最終目標(biāo)。 本系統(tǒng)能夠獨立完成對溫度、濕度的采集、檢測、計算和邏輯處理，并能夠與上位機進行數(shù)據(jù)交換， 以完成測量、監(jiān)控、報警 等功能，具體如下 : ① 數(shù)據(jù)采集功能 模擬量采集 ： 即實時采集室內(nèi) 溫度和濕度等模擬信號，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據(jù)。 ② 人機對話界面 采用按鍵設(shè)置 系統(tǒng) 各 項極限值 值 ，并通過 LCD 和上位機顯示系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù) 。 ③ 通訊功能 系統(tǒng)通過 RS232 選擇與上 位機進行串行通訊，從而實現(xiàn)遠方監(jiān)控功能。 主控單元 單片機最小系統(tǒng)是單片機能正常工作的基本條件 ，它 需要 最小系統(tǒng) 、 時鐘電路、復(fù)位電路等。 時鐘電路采用的是內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 STC89C52 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體振蕩器以及電容 C7 和 C8 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，一起構(gòu)成一個自激 振蕩器。 外接的電容值的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，其振的快速性。 因此，此系統(tǒng)電路的晶體 振蕩器的值為 12MHz,電容選擇電容值約為 22PF 的陶瓷電容。 復(fù)位電路是外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路時復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 鍵盤電路采用矩陣式鍵盤，鍵盤上的鍵按行列構(gòu)成矩陣，在行列的交點上都有對應(yīng)的一個鍵。行列方式是用 4 條 I/O 線組成行輸入口，用 2 條 I/O 線組成列輸出口，在行列線的每一個交點處，設(shè)置了一個按鍵，組成一個 4*2 的矩陣鍵盤。 鍵盤電路，定義了8 個鍵，分別是 “左移”、“右移”、“－”、“ +”、 “確定”、“設(shè)溫度上限狀態(tài)”、“設(shè)濕度上限狀態(tài)”以及手動打開排風(fēng)扇等功能鍵的設(shè)置。 、 、 、 作行線， P0P04 作列線。其原理設(shè)計圖如圖 32 所示： 第 4 頁 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計說明書 EA/VP31X119X218RESET91716121314151234567839383736353433322122232425262728PSEN29ALE/P301110IC2STC89C52RCRXDTXDINT0INT1TOT1VCCX1C822pFC722pFS2KEY4GNDC910uFVCCR4R1GND復(fù)位時鐘R5 10KR6 10KR7 10KR8 10KR9 10KR10 10KR11 10KR12 10KVCC單片機最小系統(tǒng)S3KEY4S4KEY4S5KEY4GND通風(fēng) 、 供暖 、 除濕（現(xiàn)場按鍵控制）R2610KR2710KR2810KVCC 圖 31 最小系統(tǒng)框圖 濕度 測量電路 濕 度測量電路實現(xiàn)環(huán)境濕度 信號 與頻率 信號 的轉(zhuǎn)換，其輸出的頻率 信號 與 相對 濕度值 相對應(yīng) 。 其 電路 原理圖如圖 35所示： GND1TK2OUT3R4CL5TR6TC7VCC8IC3NE555R14R15576KRHIHS1100R16209KGNDVCCR171KT0測濕度模塊 圖 32 濕度 信號 測量電路 HS1100 是 電容濕度傳感器，在電路中 它 等效于一個電容器件，其電容量隨著所測 環(huán)境 濕度的增大而增大。在濕度測量電路中，將 HS1100 置 于 555 振蕩電路中，并將電容的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號， 并直接被單片機 的 連接 。 如 圖 35所示，集成定時器 555芯片外界電阻 R1 R15與濕敏電容 RH 構(gòu)成了對 C的充電 電路 ，并 將引腳 6 相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個典型的多些振蕩器，即 第 5 頁 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計說明書 方波發(fā)生器 ，這樣就能將環(huán)境濕度的變化轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)頻率的變化 。另外， R17是防止輸出短路的保護電阻， R16用于平衡溫度系數(shù)。 系統(tǒng)的振蕩電路兩個暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源 Vcc 通過 R1 R15向 C充電，經(jīng) T 充電 時間后 ， Uc 達到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時輸出引腳 3又由低電平躍升為高電平。如此周而復(fù)始，形成方波輸出。其中，充放電時間為： T 充電 =C(R14+R15)In2 (31) T 放電 =CR15In2 (32) 因而，輸出的方波頻率為： f=1/(T 充電 +T 放電 )=1/[C(R14+2R15)In2] (33) 通過這種 信號 轉(zhuǎn)換方式， 濕度測量 電路 就能將 濕度信號轉(zhuǎn)換成 頻率信