【正文】 該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。 SHT11 傳感器使用簡單，集溫度和濕度檢測于一身。所以沒有采用。從 ULN20xx經(jīng)功率管放大輸出的信號 A、 B、 C、 D，若 A=0(低電平 )，則表示該步進電機的 A 相導(dǎo)通，接著再讓 B 相導(dǎo)通，如果有規(guī)律地使 4 相依次導(dǎo)通 ：AABBBCCCDDDA，那么電機就會轉(zhuǎn)動起來，如果導(dǎo)通順序反向，則反轉(zhuǎn)。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 31 表 41 步進電機型號參數(shù) 步距角 相速 4 電壓 24 電流 電阻 90 空載起動頻率 (PPS) 300 空載運行頻率 (PPS) 400 起動轉(zhuǎn)矩 () 80 定位轉(zhuǎn)矩 () 160 步進電機驅(qū)動控制電路 GAL16VS 引腳的輸出電流典型值為 4575mA， GAL 的輸出電流放大后才能驅(qū)動步進電機。 GAL 脈沖分配器 如圖 48 所示， GAL16V8D 的 6 腳分別定義為 CLK、 DIRRSTI、 DIR RST2 分別于單片機的 I/O 口相連， 1A、 1B、 1C、 1D 和 2A、2B、 2C、 2D 分別接兩路步進電機的四相。使用單片機以軟件方式驅(qū)動步進電機，不但可以通過編程方法，在一定范圍 內(nèi)自由設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 30 速、往返轉(zhuǎn)動的角度以及轉(zhuǎn)動次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進電機的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。 驅(qū)動脈沖的分配可以使用硬件方法，即用脈沖分配器實現(xiàn)。 （ 2） 控制步進電機的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 29 Q 1Q 2Q 3Q 4T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 圖 47 電機時序控制如圖 八拍方式與其它兩種方式相比，相電流最大，高頻性能較好，轉(zhuǎn)矩大，電磁阻尼較大，不易振蕩，功耗中等。步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。 步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。步進電機可分為反應(yīng)式步進電機 (簡稱 VR)、永磁式步進電機 (簡稱 PM)和混合式步進電機 (簡稱 HB)。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 27 Dig0DIG0_SEG[7..0]DIG1_SEG[7..0]DIG2_SEG[7..0]DIG3_SEG[7..0]DIG4_SEG[7..0]DIG5_SEG[7..0]Dig1 Dig2 Dig3 Dig4 Dig5ISEGLOADCLKGNDDINV+DIG0...DIG5SEGA...SEGHGNDMOSII/OSCKATmega1618112139196DIGITS8SEGMENTSMAX72194+5VVCC 圖 45 顯示電路的連接 步進電機驅(qū)動控制電路設(shè)計 步進電機驅(qū)動控制電路結(jié)構(gòu)如圖 46 所示。顯然，它可直接驅(qū)動 64 段 LED 條形圖顯示器。其電路原理圖如圖 44 所示。 ATmega16 的工作電壓為 ～ ， 這里采用 AV220 直接輸入經(jīng)AC220V~AC9V15W 變壓器調(diào)壓至 AC9V，再經(jīng)二極管全波整流橋、濾波、穩(wěn)壓 (7805)得到 DC5V 電壓，其電路如圖 43 所示。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 22 表 39 溫度輸出控制量 U模糊決策表 U EC 4 3 2 1 0 1 2 3 4 E 4 3 3 3 3 1 0 0 3 3 3 3 3 1 0 0 2 1 1 1 2 1 1 0 0 1 1 1 2 2 1 4 3 0 1 3 3 3 3 0 4 0 0 1 3 3 3 3 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 23 第四章 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件方案 系統(tǒng)硬件組成框圖如圖 41 所示，主要有 溫濕 度采集、數(shù)碼管顯示、鍵盤、步進電機驅(qū)動控制、排濕風扇調(diào)速驅(qū)動控制、循環(huán)風機驅(qū)動控制、參數(shù)存儲、聲光報警、電源等幾個部分組成。控制量的隸屬函數(shù)如圖 37 所示。 圖 36 對應(yīng) E、 EC 隸屬函數(shù) 由此可得溫度偏差 E、偏差變化率 EC 的隸屬函數(shù)賦值表如表 38 所示。 在確定控制區(qū)內(nèi)，溫濕度調(diào)節(jié)機構(gòu)全開或全關(guān)，在模糊控制區(qū)，將溫度偏差、偏差變化率的模糊集合分為 7 個模糊子集，分別為 PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )， Z(零 )， NS(負小 )， NM(負中 )， NB(負大 )。下面以溫度的模糊控制算法為例進行介紹 ； 濕度的模糊控制算法的實現(xiàn)過程與之相同，在此不再作介紹。同理我們可 以得到濕度補償?shù)哪：龥Q策表，如表 37所示。 同理，可以求得與另外 48 條模糊控制語句相應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣 R2，R3， ...， R49，然后求出與模糊規(guī)則控制表相對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣 ： ?481?? i iRR 第六步，根據(jù)公式 Reec HTT ??? )( 求輸出模糊量，首先求 HT ee ? ，廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 19 然后和 R 執(zhí)行合成運算，這樣得到輸出模糊量矩陣。廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 18 即： )0,0,0,0,0,0,0,1(?A 同理，從 eH 的隸屬函數(shù)賦值表中取“ NB”，對應(yīng)的向量，并定義為 B。由上面總結(jié)出來的模糊規(guī)則，經(jīng)過模糊推理，然后再清晰化，清晰化后乘以補償系數(shù)，就得到了補償量。 根據(jù)實際經(jīng)驗得出解耦溫度補償 cT 規(guī)則表如表 34 所示，解耦濕度 cH補償規(guī)則表如表 35 所示。定義輸出也采用三角隸屬函數(shù)；參照實際控制經(jīng)驗，其隸屬函數(shù)曲線如圖 35 所示。溫度偏差和濕度偏差的量化域如表 32 所示。與此對應(yīng)將濕度偏差分為： [5， 4， 3， 2， l， 0， l， 2， 3， 4， 5]。與基本論域?qū)?yīng)的是模糊集的論域，通用公式表示為 [n， n+l， ....， 0， ....， n1， n]，可以通過量化因子 (常用 K 表示 )將基本論域中的偏差轉(zhuǎn)化到模糊集的論域上。解 耦 器的輸入為溫度偏差和濕度偏差。由于模糊解耦 器有其本身的因素，所以不可能做到而且也沒有必要做到使溫度回路和濕度回路完全獨立，實際上只需將濕度 耦 合對溫度回路產(chǎn)生的影響降到最低程度，使它不至于影響溫度主回路的正常調(diào)節(jié)就可以了。模糊推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能己經(jīng)完成。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 12 規(guī)范化模糊化規(guī)范化非模糊化模 糊 規(guī)則 推 理規(guī) 范 化輸入輸出 圖 32 模 糊系統(tǒng)的組成 模糊邏輯推理。模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于模糊控制器輸出的求解，模糊化的主要作用是將輸入量規(guī)范化后的確定量轉(zhuǎn)換成一個模糊矢量。如圖32 所示。至此，就得廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 11 到了誤差的模糊語言集合的一個子集，再由該子集和模糊控制規(guī)則根據(jù)推理的合成規(guī)則做出控制決策，得到模糊控制量。 模糊控制的基本原理 模糊控制的基本原理可由圖 31 表示，它的核心部分為模糊控制器，如圖中虛線部分所示。 基于模糊的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計方法，由于出發(fā)點和性能指標的不同，容易導(dǎo)致較大差異，但一個系統(tǒng)語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。而空氣中含水量的變化對空氣溫度影響極微，在此可忽略不計，使問題得到簡化。 qbeqb PPRHRH ?? （ 34） 式中 qbP 為當前溫度下的飽和水蒸氣分壓力，單位為： aP ， qbeP 為設(shè)定溫度下的飽和水蒸氣分壓力，單位為： aP 。 單 片 機A T m e g a 1 6溫 濕 度 傳 感 器數(shù) 碼 顯 示 執(zhí) 行 機 構(gòu)報 警 鍵 盤 圖 21 系統(tǒng)功能框圖 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 9 第三章 模糊控制理論 空氣溫濕度解耦理論依據(jù) 設(shè)空氣初始參數(shù)溫度為 T1，相對濕度為 RH1 ，根據(jù)空氣熱力學原理，此時空氣中水蒸氣飽和分壓力 qblP 與 T1 相對應(yīng)，而水蒸氣分壓力 qtP 只與空氣中的含水量有關(guān)，相對濕度可表示為： 111 / qhq PPRH ? （ 31） 若保持空氣中的含水量 d 不變，溫度變化為 T2，空氣狀態(tài) 焓 濕圖上可以看出，空氣的相對濕度將變?yōu)? RH2，則： 222 / qhq PPRH ? （ 32） 式中 2qP 為水蒸氣分壓力， 2qhp 為溫度 T2 下空氣飽和水蒸氣分壓力。所以設(shè)計出來的系統(tǒng)并不需要 大的費用，制造的成本較低，經(jīng)濟上廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 8 完全在可以承受的范圍內(nèi)，設(shè)計滿足經(jīng)濟可行性。 可行性分析 隨著電子技術(shù)和單片機的發(fā)展，基于單片機的測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。因此，在設(shè)計時，要盡可能減少人機交換接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法，同時系統(tǒng)應(yīng)該配有現(xiàn)場故障程序診斷程序，一旦故障能有效準確的對故障進行定位，以便進行維修。監(jiān)控計算機將單片機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行記錄、存儲、處理 ， 供工作人員瀏覽、記錄和進行相關(guān)處理。 通過監(jiān)控主機或 PC 來實時查看當前溫度和濕度值 ， 并可在監(jiān)控主或 PC 上設(shè)置報警參數(shù)以便實時監(jiān)控環(huán)境溫度和濕度值。 通過對 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 的設(shè)計來學習并掌握有關(guān)單片機的知識和傳感器通信技術(shù)以及數(shù)碼管的顯示原理，達到進一步鞏固平時所學的專業(yè)知識。由于常用的溫濕度傳感器的非線性輸出，使溫濕度的測量方法和手段相對比較復(fù)雜，也給電路的調(diào)試增加了難度；為此，采用一體化集成溫濕度傳感器有利于提高測控系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 針對 溫濕度變化的非線性和相互 耦 合現(xiàn)象 ， 本文設(shè)計了基于單片機和模糊控制技術(shù)的 動物居室 溫濕度自動控制系統(tǒng)。 本論文的工作重點主要有以下幾個方面 ： 第一，設(shè)計和實現(xiàn)了以Atmega16 為核心的單片機系統(tǒng)，配有鍵盤、顯示和干濕溫度采集處理的控制系統(tǒng)，設(shè)計了基于 GAL 的步進電機驅(qū)動控制電路、基于 1wier 總線的干濕溫度多點采集電路、 I2C 總線器件 AT24C02 工藝參數(shù)存儲等外圍電路，可實現(xiàn)信號采集、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤控制、數(shù)據(jù)計算、排濕裝置控制、調(diào)溫裝置控制等功能。 論文研究的目的與意義 目的：對基于 Atmega16 單片機的溫濕度 監(jiān)控 系統(tǒng) 進行研究和設(shè)計，能夠?qū)χ車h(huán)境的溫度和濕度進行 實時 測量；實現(xiàn)基于 Atmega16 單片機的溫濕度 監(jiān)控系統(tǒng) 的軟、硬 件 設(shè)計。 將所學的理論知識和實踐相結(jié)合，為以后在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計產(chǎn)品和改進某些產(chǎn)品性能具有很好的實踐意義。 溫度測量范圍： 40℃ ~℃ ， 精度 ： +℃； 濕度測量范圍： 0%RH~100%RH， 精度： + 3%RH； 響應(yīng)時間： t4s 功能簡介 本系統(tǒng)的設(shè)計是將智能傳感器監(jiān)測和單片機控制相結(jié)合 ， 整個系統(tǒng)采用ATMEGA16 單片機為核心配置 ， 以溫濕度傳 感器、數(shù)碼管顯示、按鍵、蜂鳴器報警驅(qū)動、計算機監(jiān)控系統(tǒng)等部件。 廣西大學畢業(yè)論文