【正文】 19 8 致謝 ........................................................................................................................................................................... 20 9 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................................. 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(shí)物照片 ..................................................................................................................................................... 24 第 1 頁(yè) 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 緒論 室內(nèi)通風(fēng)控制系統(tǒng)是通過(guò) 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(dá)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(lái) ， 隨著 我國(guó) 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、 人們生活水 平的 不斷 提 高，越來(lái)越多的人開(kāi)始注重居室的美觀和舒適， 豪華裝飾 也 越來(lái)越普遍。各種新型建筑材料、裝修材料 、 日用化學(xué)品進(jìn)入住宅 ， 成為室內(nèi) 空氣的主要 污染源。與 此同時(shí) ， 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(shí)候 ， 由于對(duì)空調(diào)的運(yùn)行 、停機(jī)，溫濕度、 新風(fēng)等的調(diào)節(jié)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，空調(diào)不是 處于停機(jī)狀態(tài)使室內(nèi)環(huán)境惡劣，就是處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)造成無(wú)謂的浪費(fèi)。 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(lái)使用，節(jié)能的空間將是很大的 ，同時(shí)也給使用者營(yíng)造了一個(gè)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(guò) 減少污染源，過(guò)濾空氣和使用活性炭吸附 等辦法 ， 以 達(dá)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(shí)候，可以通過(guò)機(jī)械通風(fēng)的方式來(lái)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量品質(zhì)。本文所論述的機(jī)械通風(fēng)方式，不僅僅指的是廚房和衛(wèi)生間的短時(shí)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?yàn)榭諝赓|(zhì)量是健康生活的一個(gè)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(jī)的必由之路。 因此國(guó)際市場(chǎng)上也有與本控制系統(tǒng)類似的產(chǎn)品 ，但是由于進(jìn)口的室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備價(jià)格比較昂貴，在國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有得到大范圍推廣 ，而 本設(shè)計(jì) 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(jià)格 相對(duì) 于 進(jìn)口同類產(chǎn)品較低 。 第 2 頁(yè) 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì) 系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)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(jì) ，其它常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等 采用集成的方法實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)通過(guò)各傳感器節(jié)點(diǎn) 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(jī)和下位機(jī)兩部分，其中上位機(jī)是遠(yuǎn)離被控對(duì)象，可以通過(guò)串口與下位機(jī)通信，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示 。 下位機(jī)也有鍵盤(pán)、顯示和報(bào) 警等功能，這樣當(dāng)上位機(jī)不工作時(shí)可以直接利用下位機(jī)來(lái)控制被控對(duì)象。 系統(tǒng)在滿足用戶對(duì)室內(nèi)的溫、濕度 的鍵盤(pán)控制 需求 的 基礎(chǔ)上，下位機(jī)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(jìn)風(fēng) 等設(shè)備，保證室內(nèi)溫濕度值的相對(duì)穩(wěn)定。 系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下 : ? 實(shí)現(xiàn)對(duì)房間溫度、濕度 參數(shù)的實(shí)時(shí)采集 。根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由各路傳感器對(duì)關(guān)鍵溫、濕度敏感點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量， 并 由單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能測(cè)量。 ? 實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警。 ? 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能。 ? 通信系統(tǒng) 要 具有較高的可靠性、較好的實(shí)時(shí)性和較強(qiáng)的抗干擾能力。 顯示濕度 顯示溫度 STC89C52 單片機(jī) 濕度檢測(cè)系統(tǒng) 溫度檢測(cè)系統(tǒng) 報(bào)警電路 LabVIEW 顯示 按鍵電路 供電電路 外部控制 存儲(chǔ) 電路 串口 RS232 第 3 頁(yè) 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路是保證整個(gè)測(cè)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(gè)測(cè)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(jì)過(guò)程中，始終以實(shí)用化最終目標(biāo)。 本系統(tǒng)能夠獨(dú)立完成對(duì)溫度、濕度的采集、檢測(cè)、計(jì)算和邏輯處理，并能夠與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 以完成測(cè)量、監(jiān)控、報(bào)警 等功能，具體如下 : ① 數(shù)據(jù)采集功能 模擬量采集 ： 即實(shí)時(shí)采集室內(nèi) 溫度和濕度等模擬信號(hào)，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據(jù)。 ② 人機(jī)對(duì)話界面 采用按鍵設(shè)置 系統(tǒng) 各 項(xiàng)極限值 值 ，并通過(guò) LCD 和上位機(jī)顯示系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù) 。 ③ 通訊功能 系統(tǒng)通過(guò) RS232 選擇與上 位機(jī)進(jìn)行串行通訊，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。 主控單元 單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)能正常工作的基本條件 ，它 需要 最小系統(tǒng) 、 時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等。 時(shí)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(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(gè)自激 振蕩器。 外接的電容值的大小會(huì)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路時(shí)復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲。復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 鍵盤(pán)電路采用矩陣式鍵盤(pán)，鍵盤(pán)上的鍵按行列構(gòu)成矩陣，在行列的交點(diǎn)上都有對(duì)應(yīng)的一個(gè)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(gè)交點(diǎn)處，設(shè)置了一個(gè)按鍵，組成一個(gè) 4*2 的矩陣鍵盤(pán)。 鍵盤(pán)電路，定義了8 個(gè)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(dòng)打開(kāi)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(jì)圖如圖 32 所示： 第 4 頁(yè) 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) EA/VP31X119X218RESET91716121314151234567839383736353433322122232425262728PSEN29ALE/P301110IC2STC89C52RCRXDTXDINT0INT1TOT1VCCX1C822pFC722pFS2KEY4GNDC910uFVCCR4R1GND復(fù)位時(shí)鐘R5 10KR6 10KR7 10KR8 10KR9 10KR10 10KR11 10KR12 10KVCC單片機(jī)最小系統(tǒng)S3KEY4S4KEY4S5KEY4GND通風(fēng) 、 供暖 、 除濕（現(xiàn)場(chǎng)按鍵控制）R2610KR2710KR2810KVCC 圖 31 最小系統(tǒng)框圖 濕度 測(cè)量電路 濕 度測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度 信號(hào) 與頻率 信號(hào) 的轉(zhuǎn)換，其輸出的頻率 信號(hào) 與 相對(duì) 濕度值 相對(duì)應(yīng) 。 其 電路 原理圖如圖 35所示： GND1TK2OUT3R4CL5TR6TC7VCC8IC3NE555R14R15576KRHIHS1100R16209KGNDVCCR171KT0測(cè)濕度模塊 圖 32 濕度 信號(hào) 測(cè)量電路 HS1100 是 電容濕度傳感器，在電路中 它 等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè) 環(huán)境 濕度的增大而增大。在濕度測(cè)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(hào)， 并直接被單片機(jī) 的 連接 。 如 圖 35所示，集成定時(shí)器 555芯片外界電阻 R1 R15與濕敏電容 RH 構(gòu)成了對(duì) 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(gè)典型的多些振蕩器，即 第 5 頁(yè) 西華大學(xué)虛擬儀器課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(hù)電阻， R16用于平衡溫度系數(shù)。 系統(tǒng)的振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過(guò)程如下：首先電源 Vcc 通過(guò) R1 R15向 C充電，經(jīng) T 充電 時(shí)間后 ， Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時(shí)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(shí)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(guò)這種 信號(hào) 轉(zhuǎn)換方式， 濕度測(cè)量 電路 就能將 濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 頻率信