家庭温湿度控制毕业设计开题报告.doc

《家庭温湿度控制毕业设计开题报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《家庭温湿度控制毕业设计开题报告.doc（11页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、毕业设计（论文）开题报告论文题目家庭环境舒适度与低炭技术应用的设计与研究一、 选题背景和意义：随着生活水平的提高, 人们对于环境的要求也愈来愈高, 自动化是未来发展的趋势, 一个良好的舒适环境有利于人的身体健康并且可以提高工作效率。传统室内环境以室内温度为控制对象而不是人的舒适度, 忽略了与人体热舒适度相关的其他变量, 因此在很多时候并不能满足人们对热舒适的需要, 同时也会导致空调系统运行费用和能耗的增加,先采用综合指标温度，湿度，含氧量（负离子含量），以及循环风流动力度与方向等参数等影响,该指标比单纯的空气温度更能够有效的反映人体的热舒适度。本课题涉及的领域比较广，内容新颖，特别是如何实现低

2、炭下的运行模式更具有挑战和时代特征。2022年之前，卡塔尔需建8座恒温球场。恒温球场的概念，简要来说就是把球场放在空调里，空调的制冷必将耗费巨大的能量。对于碳排放的问题，这一直都是他们设计中重点考虑的问题，目标是要达到零碳排放，设计方案是完全绿色的，气候控制系统所需要的能源，将全部由体育场内一个叫太阳能农场的太阳能电池场产生。 在自动控制领域中,常用单片机进行实时控制和数据处理，而被控的参量通常是一些连续变化的物理量，即模拟量，如：温度、速度等。但单片机只能加工和处理数字量，因此在单片机应用中凡真遇到有模拟量时就要进行模拟量向数字量的转换。把单片机应用于温度控制中，采用单片机做主控单元，无触点

3、控制，可完成对温度的采集和控制舸要求。可以应用到电子仪表、家用电器和节能装置等诸多领域，使产品小型化、智能化。二、 课题关键问题及难点： 课题研究所涉及的“家庭环境舒适度”，是一个模糊的度量，没个人每个家庭对“舒适度”有不同的理解和感受，这就需要设计者首先提出一种科学的“舒适度参数”配比，然后再设定每个参数的上下限取值范围，以提供使用者选择，选择的参数再通过智能化融合，以显示出一个客观的“舒适度”量值，作为使用者参考。以上功能的实现有一定的难度，主要原因是存在着不确定性”。本课题的研究内容主要围绕以下几个方面进行：（1）舒适度各参数测量与产生；（2）各参数的配比，使其达到最有化；（3）硬件部分

4、涉及比较多的量，需选择合适的控制方法；（4）温度、湿度之间的关系较复杂，所需控制算法较复杂；（5）低炭技术的研究与应用；（6）智能化测控系统的构建等。 三、 文献综述：一、 人体舒适度 人类机体对外界气象环境的主观感觉有别于大气探测仪器获 取的各种气象要素结果。人体舒适度指数是为了从气象角度来评价在不同气候条件下人的舒适感，根据人类机体与大气环境之间 的热交换而制定的生物气象指标。气温、气压、相对湿度、风速四个气象要素对人体感觉影响最大，人体舒适度指数就是根据这四项要素而建成的非线性方程。世界卫生组织WHO“建康住宅”标准项目内容夏季冬季建议温度 2426 1822 根据生活习惯湿度 4070

5、 4560 5060风速 m/s 0.3 0.2 0.2避免直吹 噪音 dB小于45分贝3035分贝洁净度二氧化碳的浓度低于1000PPM悬浮粉尘浓度低于0.15毫克/M3mg/m3=（M/22.4）ppm（273/（273+T）P/101325 其中，M为气体分子量，T为温度，P为压力。环境下空气温度、湿度、空气流速、环境辐射温度等参数对人体热感觉和人体热舒适的影响；并将人体热感觉和人体热舒适与PMVPPD指标进行了比较分析。室内环境如何主要取决于室内小气候,即温度、湿度和风速等。当这些因素综合作用于人体，并处于最佳组合状态时，能使人体产生舒适感，通常称为最佳热舒适。 经验证，热舒适的范围是

6、：冬天温度为18-25C，相对湿度30-80%，夏季温度23-28C，相对湿度30-60%(风速控制在0.1-0.7米/秒)。一般要求室内外温差不应大于7度。除了温度和湿度对室内环境舒适度有较大的影响外，室内环境舒适度还受到噪声、光照等因素的影响，为了更科学的表征舒适度的真实情况，可以构建包括温度、湿度、噪声、光照等多因素在内的多信号融合模型；另外，为了更好的反映室内舒适度，必需考虑室外的环境情况，因为室外的环境状况对室内的环境舒适度有一定的影响。比如：室外若是三十几度的高温，室内二十几度就可能感觉凉爽，达到舒适温度；而室外如果是零下几度的严寒，则室内二十几度可能又会让人感觉太热，从而使温度的

7、模糊子集冷、温、热的划分边界发生漂移。室外环境对湿度等其它因素也往往有类似的影响，这一点需要引起注意。解决此问题的一个简单而有效的方法是，将隶属函数的四个参数设置成可调型，在监测系统运行前，可以根据实际情况进行参数设置；最后还应适当考虑人的主观因素对舒适度合成的影响，比如：呆在同一个室内的人，心情好者感觉为很舒适的环境，对于心情坏的人可能是较舒适甚至不舒适，虽然考虑人的主观性在舒适度合成上可操作性不强，但它提供了一种考虑问题的思路，是以人为本理念的体现。 热舒适的范围，除了温度和湿度对室内环境舒适度有较大的影响外，室内环境舒适度还受到光照、风速、噪声等因素的影响，为了更科学的表征舒适度的真实情

8、况，可以构建包括温度、湿度、光照、风速、噪声等多因素在内的多信号融合模型；另外，为了更好的反映室内舒适度，必需考虑室外的环境情况，因为室外的环境状况对室内的环境舒适度有一定的影响。二、 加热器、制冷器 利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。通常分为直接电阻加热和间接电阻加热。前者的电源电压直接加到被加热物体上，当有电流流过时，被加热物体本身 电加热熨平机 便发热。可直接电阻加热的物体必须是导体，但要有较高的电阻率。由于热量产生于被加热物体本身，属于内部加热，热效率很高。间接电阻加热需由专门的合金材料或非金属材料制成发热元件，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上

9、。由于被加热物体和发热元件分成两部分，因此被加热物体的种类一般不受限制，操作简便。 半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷量调节。但它的制冷系数较小，电耗量相对较大，故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合，如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却；有的也用于家用冰箱，但不经济。半导体制冷器还可做成零点仪，用来保证热电偶测温中的零点温度。三、 加湿器、除湿器 加湿器的益处驱除干燥在春、秋和冬季房间空气会很干燥，达不到健康湿度(45%-60%Rh)，干燥的环境会导致水分过度流失，加速生命的衰老，湿润的空气才能保持生机盎然，使用加湿器就能

10、创造科学的室内湿度，呵护全家人的健康。滋润肌肤医学研究表明，干燥会加速体内水分流失，使肌纤维失去韧性导致断裂，从而形成无法恢复的皱纹。经常用加湿器的湿雾喷脸部和肌肤，补充肌体水分，既清爽又容易吸收，可使肌肤处于健康润泽的环境，给每个爱美之人科学自然的水润。健康呼吸研究表明，全球每年呼吸系统疾病有60%是由空气干燥引起，尤其是老人和孩子等弱势群体，干燥的环境易引发哮喘，肺气肿，支气管炎等多种呼吸到感染。加湿器能有效滋润环境，使室内空气湿度稳定在健康合理的状态。消除静电 干燥使我们有可能带上2000-7000伏的高压静电，由于家用和办公电器的普及，静电无处不在。严重的静电会使人心情烦躁，头晕闷胸，

11、喉鼻不适。加湿器释放的湿润空气会均匀遍布整个房间，有效消除静电，创造森林海洋般的清新空气。除尘抑菌 灰尘及悬浮颗粒物是流感病毒生存和传播的载体，室内干燥与污染，是流感爆发的罪魁祸首。净化加湿器能有效降低室内飞尘污染，有效降低病毒的传播，是预防流感的良策。然而，加湿器也是“双刃剑”，人们享受着湿润空气的同时，室内的各种细菌也很快生长繁殖，从而引发肺炎和呼吸道等疾病；专家提醒，加湿器使用不当反致病。另外，使用加湿器如果不进行定期清理，其中的霉菌等微生物随着气雾进入空气，再进入人的呼吸道中，从而可能引发“加湿性肺炎”；这与夏季常见的“空调病”相似，都是由于有害微生物经空气进入了人体的呼吸道并引发了炎

12、症造成的。此外，空气的湿度也不是越高越好，冬季，人体感觉比较舒适的湿度是50%左右，如果空气湿度太高，人会感到胸闷、呼吸困难，另外，长时间使用加湿器，并不利于人体健康。所以，加湿要适度。一般湿度为40%-60%左右，病菌较难传播，人体都会感觉良好。一旦空气湿度低于20%，室内的可吸入颗粒物增多，人容易患上感冒。空气湿度太高，超过90%，则会使人体呼吸系统和黏膜产生不适，免疫力下降，对老年人尤其不利，会诱发老年人患上流感、哮喘、支气管炎等病症。长期用加湿器的家庭，使用时最好配置湿度表，与除湿器一起使用，将室内湿度保持在一定范围， 四、 步进电机通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕

13、组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。五、 智能测控系统组成 由智能测控系统的概念可知，它实际上世一个专用的微型计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。智能测量系统的硬件组成如图3-1所示，包括：单片为控制器、过程输入通道（模拟量输入通道和开关量输入通道）、过程输出通道（模拟量输

14、出通道和开关量输出通道），人机联系输入输出设备及接口电路（键盘、显示屏、触摸屏、打印机）、片外存储器和数据通信接口。智能测控系统的软件部分主要包括监控程序和接口管理程序两部分678。具体内容见表3-1. 图3-1 智能测控系统的软件组成 六、 智能测量系统的特点 智能测控系统中由于引入了微型计算机，中央处理单元具有四则运算和逻辑运算，控制，通讯等功能，所以与传统的电子仪器相比较，智能测控系统具有以下几个主要特点:(1)极高的准确性:具有自动修正各类测量误差的能力;具有快速多次重复测量的能力。(2)极强的可靠性:智能测控系统如果发生了故障，不但可以自检出来，而且可以自诊断出发生故障的根源，从而保

15、证了测量控制工作的可靠性。自检的方式有三种，分别是开机自检、周期性自检和键控自检。(3)数据处理功能:智能测控系统对测量数据进行整理和加工处理能实现各种复杂运算，如:查找排序、数字滤波、标度变换、统计分析、函数逼近和频谱分析等。(4)能实现复杂的控制规律:智能测控系统不但能够实现PID运算，还能实现各种复杂的控制规则，如:串级、前馈、解祸自适应、模糊控制、专家控制、神经网络控制、混沌控制等。(5)具有更多点多参数测控功能:智能测控系统能对多个通道、多个参数进行快速、实时测量或控制。(6)多种形式输出功能。(7)数据通讯组成复杂控制系统:智能测控系统可以按照串行总线(如RS232标准接口、RS4

16、22接口标准)或并行总线(如:GPIB标准、IEC625标准)规约，与其他智能测控系统或计算机或常规数字仪表方便的实现互联，可完成更复杂的测控任务。(8)掉电保护功能:智能测控系统内装有后备电池和电源自动切换电路，或采用EEPROM，存储重要数据。参考文献： 1 何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术 北京航空航天大学出版社 1990 2 何立民 单片机高级教程 北京航空航天出版社 20003 陈明通 电冰箱现代控制系统的研究 【硕士学位论文】 四川大学 20064 赵鹤鸣 周旭东 冯子裘 单片机在含氧量测量及控制中的应用 苏州大学电子工程系 2005 5 李伙友 基于M

17、CS-51温度控制器的设计 厦门大学信息科学与技术学院 2006 6 马海峰 家庭环境温湿度实时监控器 单片机应用 山东 20057 吴湘剑 王慧 蔡进科 家用小范围环境控制系统 南京信息工程大学 20108 吴跃峰 巩建厅 实验室内温湿度实时测控装置的设计 湖南林业科技 20089 李增祥 史国兴 杨霞 李天泽 温室花卉智能管理系统的设计 广东农业科学 201010 孙道宗 王卫星 许丽霞 俞龙 鱼塘含氧量自动监控系统 农机化研究 200511苏全义 李庆东 何培祥 伊劲松 基于PIC单片机的智能温室环境控制系统 西南大学工程技术学院 重庆 200912杨尚英.李玲旅游气象气候研究进展期刊论

18、文-桂林旅游高等专科学校学报 2007(3) 13长安.葛全胜.方修琦.席建超青藏铁路旅游线气候适宜性分析期刊论文-地理研究 2007(3) 14史同广.郑国强.王智勇.王林林中国土地适宜性评价研究进展期刊论文-地理科学进展 2007(2) 15向志华五台山旅游开发问题探析期刊论文-五台山研究 2006(4) 16何曙光南岳衡山旅游气候资源评价及开发利用期刊论文-怀化学院学报 2006(11) 17杨尚英中国名山旅游气候资源及气象景观评价期刊论文-国土与自然资源研究 2006(2) 18谢雯.任黎秀.姜立鹏基于MODIS数据的旅游温湿指数时空分布研究期刊论文-地理与地理信息科学 2006(5)

19、四、 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：任务内容：随着现代科学技术的不断发展，家庭环境舒适度的研究已被越来越地重视。家庭环境舒适度主要包括温度，湿度，含氧量（负离子含量）， 以及循环风流动力度与方向等参数的测量与控制。本课题的研究内容主要围绕以下几个方面进行：（1）舒适度各参数测量与产生；（2）各参数的配比；（3）低炭技术的研究与应用；（4）智能化测控系统的构建等。根据温度和湿度之间的关系，人体舒适度计算公式为：ssd=(1.818t+ 18.18)(0.88 + 0.002f)+(t- 32) / (45 -t)- 3.2v+ 18.2。其中ssd为人体舒适度指数,t为平均气温,f

20、为相对湿度,v为风速。风速在室内对舒适度的影响较小，故此处不考虑。气温指室内的气温(T ), 相对湿度指室内的相对湿度( f ), 相对湿度指实际水气压( e)与同温度下饱和水气压(E )的比值(通常用百分数), 即f = e /E 100%, 空气的相对湿度反映是空气中水分的饱和程度, 当水气压不变化的时候, 气温越高, 饱和水气压增加, 相对湿度的数值变小. 舒适度指数( comfort index )是描述气温对人体的综合影响指标之一, 是在人体热量交换平衡的基础上建立起来的,它表征人体在某种气温、相对湿度的条件下对该空气环境感觉舒服的程度, 用气温和相对湿度以及风速的不同组合来表示.

21、气温适中时, 大气的相对湿度变化对人体影响较小. 当气温偏高或偏低时, 相对湿度对人体的热平衡和热冷影响很大. 高温、高湿环境对人体维持自身热平衡不利. 高温时, 机体热平衡受到破坏, 且随着空气相对湿度的提高, 人体体温增高, 脉搏加快, 极不舒服. 温度极低时, 如空气相对温度大, 身体热辐射能量被空气中的蒸汽所吸收, 加速了机体的散热, 人体则感到寒冷, 也极不舒服. 根据此原理, 国内国外有许多关于舒适度指数的评价方法. 根据本研究只考虑气温和相对湿度, 采用公式:D I= T - ( 0. 55- 0. 55f )(T - 58)其中D I为舒适度指数; T 为气温(转化为华氏温度,

22、 华氏温度= 1. 8 摄氏温度+32 ; f 为相对湿度( 0 1. 0) , 取百分数值; 大量的观测研究表明, 气温相对湿度指数越高, 不舒服的程度越严重, 一般认为, 指数60 65时大部分人感到舒适; 在75时有一半人不适; 大于80时大部分不适; 小于53时为低温、低湿环境, 也令人不舒服。负离子传感器温度传感器湿度传感器单 片 机加湿器A/D转换光敏电阻器器显示模块键盘输入入驱动电路步进电机百叶窗增氧器除湿器继电器控制加热器制冷器硬件设计 监控器由单片机及外部电路构成。主要包括：温度、湿度、负离子、光强采样电路、用户键盘设定电路、参数显示电路、电器驱动电路等模块。1）温度检测电路

23、选用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DSl820作为温度检测器件，该器件只有3个引脚，即电源Vno、地线GND、数据线DO。芯片检测温度范围为一55-+125；精度为05，用9bit数字量来表示温度，转换时间200ms。采用俩片DSl820实现对居室内外环境温度的检测，分别将DSl820放置在房间的内外。温度信息的获得由单片机首先发送一个1ms的复位脉冲，使DSl820复位后发送一个回应脉冲，单片机接到回应脉冲后发送读DSl820序列号的读ROM命令，分别读取DSl820的序列号(每一块DSl820有唯一的序列号)；然后单片机发定位命令选择在线的DSl820进行温度转换，当温度转换完

24、成后，单片机发DSl820的存储命令完成温度信息数据的转换和读取。2) 湿度检测电路采用MXS型电容式湿敏传感器作为湿度检测器件。环境湿度与传感器电容成线性关系，所以可方便地采用EL7556将湿度转换为单片机可以接受的电信号。3) 控制电器驱动电路定时功能主要用于主人下班前，提前启动空调、加湿器等设备，使房间内温湿度提前达到预设定要求。定时的实现由单片机来完成，时钟频率选用32768kHz，该频率可使单片机工作在最小功耗状态以及简化分频、定时程序的编写。电器驱动电路控制的设备可以包括空调机、加湿机、吸湿机、通风机等，分别采用过零型固态3-28显示继电器来控制其工作。利用单片机作控制口，继电器采

25、用交流固态继电器H220D15，其内部采用光电隔离方式可有效地避免电磁干扰，当单片机检测到温湿度信号超过设定值时发出控制信号，由光耦产生大于5mA的触发电流使固态继电器启动相应的电器得电工作。从而实现对相应设备的控制。设计时应注意各个电器不要同时启动以免冲击电网，这部分工作由软件延时完成。4) 键盘和显示键盘设有16个按键：09为10个数字键；A为设定功能选择键，B为设定完成确定键，C显示选择键，DF键是通信等功能。对温度、湿度、负离子、光强的显示采用4位LED动态分时完成。设计中需要的主要元器件型号及数量 AT89C51 1片DSl820 1片 EL7556 1片 H220D15 1片 AD

26、C0809 1片 CD4051B 2片 TLP521-4 若干 6N137 若干 ULN2003A 3片 82C55 1片 贴片led 若干 NHC-34型LCD 一片 ADS7843 一片 AMS1117 一片软件设计系统软件设计是在硬件设计基础上进行的，而软件的设计对于整个系统来说又是至关重要的，它是硬件系统的灵魂，整个系统的动作都是在软件指挥下协调工作的。本系统软件设计采用模块化，子程序化设计思路，即整个控制软件由许多独立的小程序模块组成，它们之间通过软件接口连接。既便于调试，连接，又便于移植，修改。系统软件主要包括以下几个部分：主程序设计，数据采集处理模块，驱动模块、通信模块等。主程序

27、模块 系统先对各个量初始化，通过各个传感器将室内各值，以及室外数值传递给单片机进行处理、控制，使其符合室内舒适度的标准。程序初始化采集传感模块数据处理及控制运算模块控制命令发送及驱动、处理模块 开始系统初始化、显示设定温湿度、含氧量、光强 温度检测子程序湿度检测子程序含氧量检测子程序光强检测子程序数据处理显示当前值比较符合要求 Y N驱动程序调节各参数 五、进度安排：起止日期工作内容备 注2010年12月22日2011年2月15日资料收集、前期调研2011年2月16日2011年2月28日撰写开题报告，系统设计2011年3月1日2011年3月15日系统电路原理图设计2011年3月15日2011年4月1日系统设计- 2011年4月1日2011年4月15日系统调试、测试2011年4月16日2011年5月24日系统调试和软件编写2011年5月25日2011年6月5日毕业设计论文撰写2011年6月6日-2011年6月13日软硬件验收，毕业答辩六、指导教师意见：签名： 年 月 日七、开题审查小组意见：签名： 年 月 日