大棚温湿控制器毕业设计论文

大棚温湿控制器毕业设计论文内容摘要：

电阻器是用 Fe3O4胶体做成感湿膜涂复在具有梳状电极的陶瓷基片上，由 图 6 Fe3O4胶体湿敏电阻器结构图 图 7 Fe3O4胶体湿敏电阻器电阻湿度特性 于 Fe3O4 胶体是由微粒组成 [粒子的直径约为（ 100～ 250） 108m]，每个颗粒只有一个磁畴，因此，同向颗 粒相互吸引结合，因而不用高分子材料作胶体粘合剂，而能获得较好的性能和长的使用寿命。 图 6 是 Fe3O4胶体湿敏电阻器结构图。 图 7 是 Fe3O4湿敏电阻器电阻湿度特性曲线，表现为负感湿特性。 图 8负特性湿敏电阻器时间常数曲线 图 9 湿滞回线和湿滞量 4湿 敏电阻器的特性 （ 1）电阻 湿度特性 湿敏电阻器的阻值随湿度变化一般是指数关系变化。 当阻值随相对湿度的增大而增加时，称正的电阻湿度特性，例如碳膜湿敏电阻器；阻值随湿度的增大而减小时，称为负的电阻湿度特性，如金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻及 Fe3O4 湿敏电阻器，如图 8所示。 对于负电阻湿度特性的湿敏电阻器的灵敏度定义为：α = R1/R2 式中： R1—— 在 25℃ ， 0﹪相对湿度条件下的电阻值，一般要求 R1在 1MΩ 以下。 R2—— 在 25℃， 95%相对湿度条件下的电阻值，一般要求几 kΩ 左右。 值越大，说明元件对相对湿度的变化越敏感。 （ 2）时间常数 这是衡量湿度电阻器随湿度的跃变其阻值变化速率的一个参数。 当相对湿 度跃变时，湿敏电阻器的阻值不能立刻达到终值，而是要经过一段时间。 湿敏电阻器的阻值增[键入文字 ] 20 加量从零变化到稳定增加量的 63% 所需要的时间 称为湿敏电阻器的时间常数，也成为响应速度。 图 9所示的是相对湿度从 60%变化到 90%时间常数的确定。 湿敏电阻器的时间常数越小越好。 吸湿过程和脱湿过程的时间常数不一定相等。 吸湿过程为相对湿度的升高过程，脱湿是相对湿度降低过程，都是指在定温条件下的变化过程。 （ 3）滞后效应 湿敏电阻器周围的相对湿度变化一个往返周期时，相应的电阻值变化曲线在吸湿和脱湿过程中并不重复，形成一个类似磁滞 回线的湿滞环，如图 47所示。 图中曲线 1表示从高湿到低湿的变化，曲线 2 表示从低湿到高湿的变化，即为滞后效应，通常也称为“变差”。 这种变差越小越好。 、湿敏电容器的工作原理及特性 电容式 Al2O3湿度传感器是利用多孔 Al2O3 做为感湿膜而制成的湿敏器件。 感湿膜的制造工艺可采用厚膜技术、涂膜技术和硅 MOS 等技术。 当环境湿度发生变化时，多孔感湿膜中气孔壁上所吸附的水分子数量随之变化，其电特性不是一个纯电阻，也不是一个纯电容。 但目前一般是利用器件的电容随湿度变化而变化来测湿的。 对于一个平行板电容器， 其电容量 C =ε S/4π d ，一个确定的湿敏元件，电极面积 S 和介质厚度 d 是一定的，则电容量 C 只依介电常数ε随环境的变化来确定。 当多孔 Al2O3 膜吸附水汽时，ε就成为水、 Al2O3 介质和空气的介电常数三位一体的综合参数。 但由于水的介电常数为 80，远大于空气的介电常数，因此 C 随ε的变化主要取决于气孔中水汽的吸附量，也就是随环境湿度而定，因此电容量随湿度增加而增加，如图 10 所示的 C湿度特性曲线。 图 10 多孔 Al2O3湿度传感器的 CPRH 曲线图 图 11 醋酸纤维有机膜湿敏元件 1．高分子薄膜； ； 湿敏电容器的感湿特性与测试频率有关．当频率较低时，电容虽随湿度的变化更为明显。 同时膜的厚度 d 越小越外。 另外，由于 Al2O3，膜 气孔不规则，分布不均匀，会有局部聚集水分，因而器件有 — 定滞后效应。 利用某些高分子材料也可以制成电容式湿度传感器，主要利用它的吸湿性与胀缩性。 某些高分子电介质吸湿后，介电常数明显地改变，制成电容式湿度传感器。 图 49su是高分子薄膜式电介质电容式湿度传感器的基本结构，其介质薄膜采用于涸后成膜的醋酸纤维素，梳状电极为蒸镀上的金膜层。 除醋酸纤维素外，酷酸纤维素或硝化纤维素也是较好的电介质材料。 4 温度控制电路的设计 [键入文字 ] 21 温度检测电路： 该电路利用热敏电阻在不同的温度环境下有不同的阻值的特性。 将热敏电阻放置在大棚的几个关键点，如四个角、中央、门旁。 当外界温度变化超过规定范围时，电路动作，实现温控。 在方案电路中 IC1 为单电源工作的四电压比较器，通过比较器 IC1 IC1 IC1 IC14 四个电压比较器可以将大棚温室的四个角的温度 、湿度很好的测量出来，从而确定是不是需要对电路进行加热、通风等一系列的工作操作。 该检测电路如下图 12 所示： 图 12 温度检测电路 在温度检测电路中，我们需要 40V的直流电压 ,通过 40V 的支流电压提供给电路中各个元器件使其正常工作 ,在电路中我们利用了 M51920 作 为我们温度检测电路中的比较器， M51920 是单电源工作的电压比较器， 当电压通过 R104,取自 R105 的电压分别引入两个比较器，然后去和标准电压比较。 根据我们任务书中电路的设计要求，我们需要检测到温室大棚四个脚的电路 我们可以将 IC1— 1 比较器中设置基准电压 , 设置单电源电压比较器 IC1— 1 的反向输入基准电压为 ,首先确定分压电阻R105=15K 然后利用 串 联电路的分压原理，得到该分路中电流大约为： I=20V/15K= 在电源电路电压为 40V的情况下，电阻 R103 的阻值如下式可以得到： I=40V/(R103+R104) =40/(R103+15K) 得到电阻： R103= 为了更好的 调节基准电压的阻值我们采用可变电阻器，选用 10K 的可变电阻器 ，此时热敏电阻的温度范围大约在 30℃。 在电路 IC1— 2 中， 设置单电源电压比较器 IC1— 2 的反向输入基准电压为 20V,在分压电路中我们统一确定分压电阻的阻值为 15K，在电路中我们利用串联分压电路的特性可以确定热敏传感器的电阻值： RT= 通过查热敏电阻的特性，我们可以去定温度范围 在 15℃ 左右， 原理 如下： 在 IC1— 1 中基准电压 U_＝ ，温度低于 30℃ 时，由于热敏电阻阻值随温度增[键入文字 ] 22 高而降低从而是 R105 所分担的直流电源电压减少 ,所以比较电路 IC1— 1 输出低电平。 当温度升高超过 30℃ 时，由于随着温度的升高 ,此时热敏电阻的阻值降低 ,从而是 R105所分担的电压升高此时在此时 IC1— 1 电路比较器中 ,U+＞ ，所以 IC1— 1 发生跳变，输出高电平。 而在 IC1— 2 中，由于设置的基准电压为 20V,所以当基准电压 U+＞ 20V，此时温室大棚内的温度大于 15℃时，从而热敏电阻的阻值降低 ,比较器 IC1— 2 输出低电平。 当温度降至低于 15℃时，热敏电阻的阻值升高 ,从而使 R105 所分担的电压减少 ,导致 U_＜20V，所以此时 IC1— 2 发生跳变，输出一个高电平。 在图 12 温度检测电路（ 2）的工作原理温度检测电路（ 1）的原理相似，电压 取自R503 的电压然后分别引入两个比较器，去和标准电压比较。 在 IC13（ IN IN3+、 OUT3）中基准电压 U+=22V，温度高于 20℃，低于 25℃，时， IC21输出低电平。 当温度降低过 20℃时，此时 U22V， IC2— 1发生跳变．输出高电平，加热电路工作。 而在 IC1— 4（ IN IN4+、 OUT4）中，基准电压 U=24V．温度小于 25℃时，比较器 IC2— 2 输出低电平。 当温度升高超过 25℃时， U+24V， IC22 发生跳变，输出一个高电平，使换气电路工作。 加热、换气电路： 在此电路中我们设定了温度的值在 20～ 25℃，当温度在 20～ 25℃范围内的时候，此时加热电路、换气电路处于断路状态，不工作，当温度低于 20～ 25℃于这个规定 值时，加热电路开始动作： 在加热电路中我们设置 E点在 18℃ 的电压为 ，在 21℃ 的 E 点的电压为 ， 在电路中利用 R506 的阻值为 10K 则 3V=RP202*(RP202+R506) 得到 RP202= 为了更好的调节温度我们选择 RP202DE 阻值为 4K,同理换气电路中在 F 点利用电路的分压特性，确定其参数在 18℃ 时候， F点的电压为 ,在温度为 21℃ 时候 F点的电压为 ，所以利用分压电路可以得到分压电阻在 2K 左右，在这里我们选择可变电阻器的阻值为4K， 当温室大棚中温度高于 20～ 25℃ 的时候，此时换气电路开始工作，在此电路中加热电路和换气电路都自生的供应电源，电路中都应用了芯片 MAC94A4，在加热电路中，温度值可以通过调节 RP 501 可粗调加热的跳变温度。 当温度在 20～ 25℃范围内。 加热、换气电路不工作，当温度低 于或高于这个规定值时，电路动作。 调节 RP501可 粗调加热的跳变温度。 加热装置可用壁挂式电热毯或电炉子，换气装置可选用换气扇。 电路如下图 13: [键入文字 ] 23 图 13 加热、换气电路 温度报警电路组成与原理 温度报警电路主要由或门电路、振荡电路 功率 放大电路三部分组成。 在本设计中三部分电路原理如下所示： (1) 或门电路：或门电路图如下图 14 所示： 图 14 或门电路 或门电路由 R40 R40 VD40 R40 R40 VD402 几个器件组成，在电路中用到了稳压管 ,稳压管 VD403 的作用是提供一个基准电压 , 我们设定电路中稳压管部分的基准电压 在温度为 35℃ 时候为 ；在温度为 21℃ 时候电压为 0V,通过设计我们可以知道利用电阻 R404 与 R402 来对二极管进行分压，计算得到 R404 与 R402 均可采用 10K 的电阻来完成。 同时 在活门电路中稳压管 还能对 电压进行有效的补偿 ,此电路中 VD403 就是对或门输出。