[科普中国]-智能湿度控制系统

简介

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，智能湿度控制系统可以在无人值守的情况下实现对湿度的集中监测和管理。系统能对湿度进行监测记录，并将湿度数据实时传输到PC机上。在监控主机上通过湿度智能管理软件，对湿度进行实时而精确的监测控制。

功能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。

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。

总体架构1、湿度检测电路。用于检测空气的湿度。

2、微控制器。可以采用某种单片机，作为主控制器。

3、电源稳压电路。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。

5、LED显示电路。用于显示湿度。

6、功率驱动电路（湿度调节电路）。

设计原理智能湿度控制系统由湿度检测电路、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，其中微处理器是整个系统的控制核心。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。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，输出低电平，使蒸汽机控制电路工作，开始加热增加湿度。

硬件设计电源电路设计稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。稳压电源是以78XX和79XX系列稳压器为基础的，这类电源能够产生±5V，±15V。它是先将来自交流电的电压通过变压器（即将220V转换为20V），然后通过78XX和79XX稳压器，达到设计要求。

相对湿度检测电路设计主要包括9部分：精密对称方波发生器；湿敏电阻；对数放大器（兼做半波整流）；湿度校正电路及滤波器；输出放大器；断点补偿电路；温度补偿电路；+15V稳压电源。

检测电路有下列特点：

1、鉴于当直流电流通过湿敏电阻时会产生电化学迁移现象而损坏湿敏电阻，因此必须采用交流信号或对称方波信号来驱动湿敏电阻。

2、为解决湿敏电阻的非线性问题，由晶体管（VT1）和运算放大器构成对数放大器，对湿敏电阻的指数型特性曲线进行线性化。

3、利用湿敏校正电路进行校正，再通过滤波器产生一个代表相对湿度的直流输出电压，输出电压范围是0～10V，所对应的相对变化范围是（0～100%）RH。

4、输出信号送至214位A/D转换器，通过转换器将模拟量转换位BCD码送至微处理器进行数据处理。

5、利用断点放大器专门对40%RH以下的相对湿度信号再进行一次线性补偿，使其输出信号尽可能呈线性。

6、利用集成恒流源的正温度系数去补偿热敏电阻的负温度系数，大大降低了温漂。然后选用一片廉价的集成音频放大器进行温度补偿，使直流工作点不随环境温度的变化而变化。

湿度调节模块设计湿度调节模块采用了两只光电耦合器件、两个继电器、和两只发光二极管。其中光电耦合器件是将处理器（单片机）输出的信号转换为继电器的输入信号，而继电器又与吹风机和蒸汽机的电源线相连，这样，处理器输出的信号就可以通过光电耦合电路和继电器电路来控制机械（吹风机或蒸汽机）的动作。

显示模块设计由于发光二极管是电流驱动设备，一般的I/O接口驱动能力是都是有限的，在发光二极管与接口芯片间要接驱动电路，常用的CMOS或TTL驱动器有：LS7448、LS7449。

测试系统测试采用先模块单独调试再系统联调的方法。

测试电源模块的输出，得到功率，电压电流信息；硬件仿真测试单片机，测试液晶显示是否正常；湿度传感器测试湿度是否采集值成正比，同时测试加湿干燥机构在供电正常情况下能否正常工作；用PC 机的串口调试和GSM 模块之间串行通信；整机系统连接好，重复以上步骤，测试数据接收。

经过各项性能的测试，系统指标和参数基本达到预期的效果，则说明系统完成度较好，如果能考虑到实际的能效，系统将更加完善1。