器件老化实验室恒温恒湿控制系统设计开题报告

 2022-04-06 20:55:49

1. 研究目的与意义

随着社会工业化和信息化的发展,各行各业都得到长足的进步。目前国内工业产品逐步由内销模式向外销模式发展,这就要求所有工业产品需要更高层次的验证条件和环境保障,其中恒温恒湿的老化室就是其中保障产品品质验证的重要一环,因而设计一款恒温恒湿的器件老化室控制系统就显得很重要。目前恒温恒湿的老化室是很多电子产品初期验证的主要环境方式,一个运行良好的温湿度控制系统是产品质量的关键。本设计从系统运行的稳定性和可靠性来规划系统,主要关注温度、湿度和含氧量等环境变量的检测以及控制。

老化试验主要是指针对橡胶、塑料产品、电器绝缘材料及其他材料进行的热氧老化试验;或者针对电子零配件、塑化产品的换气老化试验。老化房,又叫烧机房,是针对高性能电子产品(如:计算机整机,显示器,终端机,车用电子产品,电源供应器,主机板、监视器、交换式充电器等)仿真出一种高温、恶劣环境测试的设备,是提高产品稳定性、可靠性的重要实验设备、是各生产企业提高产品质量和竞争性的重要生产流程,该设备广泛应用于电源电子、电脑、通讯、生物制药等领域。根据不同的要求配置主体系统、主电系统、控制系统、加热系统、温度控制系统、风力恒温系统、时间控制系统、测试负载等,通过此测试程序可检杳出不良品或不良件,是客户迅速找出问题、解决问题提供有效手段,充分提高客户生产效率和产品品质。在该系统中,对温度湿度的要求极高,所以恒温恒湿控制系统起到了举足轻重的作用。针对其基本原理、应用范围、国内外发展现状进行研究,利用目前主流的先进技术,对温度、湿度的测试与分析进行系统电路的设计与程序的设计,并对最后的设计系统进行测试,最终将设计的成果投入到实际的生产生活中去。

现在,常规的的老化室多数都是通过人力来对温度以及湿度进行控制,大多数都不是完全控制,调试精度不高,也不具备记录功能。如要使用一些规模较大的恒温恒湿控制系统,就必须花费大量的资金,有些仪器的价格高达近百万元,多数实验室往往都不能支付这笔费用,为了使器件老化室能具备恒湿恒温的工作条件,并且不需要花费大量资金,通过研究和分析,找到了一个能够用来研究恒温以及恒湿系统的方法,并且这种方法是不复杂,较为实用,也就是通过单片机技术形成实验室内的恒湿以及恒温环境。现在,中国最主要的仍然是MCS-51系列以及MCS-96系列。并且,前者仍处在一个较为稳定的阶段。

本课题主要从工业产品验证的环境需求和实施的可行性来进行研究设计,所设计的恒温恒湿控制系统主要有环境变量信号检测单元、匹配和控制单元、输出显示单元、执行单元以及一些保护报警电路构成。要求电气工程及其自动化专业的学生对四年来所学有一个较好的总结和综合应用,非常适合电气工程及其自动化专业的学生做学习研究之用。

2. 研究内容和预期目标

研究内容:

设计一个基于传感器技术的器件老化室恒温恒湿控制系统,实现各种情况下测控系统的开启/关闭以及报警等;该系统应包括:阈值设定单元、环境变量检测单元、单片机匹配与控制单元、环境变量应对处理和执行管理单元、lcd或者数码显示单元;完成的功能:温度、湿度以及含氧量等特定环境信号的数据采集、显示、运算处理、按需要控制输出量;电路原理图和硬件电路图设计;软件编程及功能调试。

预期目标:

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3. 研究的方法与步骤

基于器件老化实验室的恒温恒湿控制系统硬件结构图如图1 所示。系统由微处理器模块、温湿度传感器、显示模块、键盘模块、温湿度装置、新风系统及报警电路等组成。当微处理器上电后,各个硬件模块完成初始化。设计系统的工作原理是温度传感器与湿度传感器感受到封闭环境内温度与湿度的变化,含氧量传感器检测环境内的氧含量变化,然后将这些信号进行调整和转换,使其变成一种电压模拟信号。然后筛选一些能够符合上述条件的电压模拟信号。转换器会把获取到的信号进行再次转换,使其变成一种数字信号,能够被单片机读取,单片机按照每个信号的异同,来对变频装置进行处理和控制,包括空调、除湿机等装置。驱动电路驱动新风系统工作,使氧含量维持在设定值。同时将当前的温湿度、含氧量等参数用oled显示出来。最终实现对该封闭环境的恒温恒湿的智能控制。

基于老化实验室的恒温恒湿控制系统软件流程图如图2所示。系统整体流程图如图3所示。整个单片机系统包括主程序模块、温度处理子程序、湿度处理子程序、数据采集及a/d转换子程序、显示子程序、键盘输入程序。不同的模块都具备不同的功能,有些模块还涵盖了部分子模块,除了能够彼此联系,又能够彼此独立,高级模块能够对低级模块展开调用,使实验室环境温湿度得到快速的响应。

步骤:

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4. 参考文献

[1] 单片机原理及应用,张洪润,孙悦等著.清华大学出版社.2008

[2] 系统建模与仿真,张晓华主编. 清华大学出版社.2006

[3] 智能监控防盗报警系统,王宁. 同济大学.2007

[4] 单片机应用的系统设计与产品开发,冯建华等著.人民邮电出版社.2004

[5] 物联网技术与应用,张冀[等]编著. 清华大学出版社.2017

[6] 恒温恒湿空调空气处理装置控制器设计及嵌入式实现,刘帅.沈阳工业大学.2017

[7] 单片机应用的系统设计与产品开发,冯建华等著.人民邮电出版社.2004

[8] 传感器技术与系统,李川等主编.科学出版社.2016

[9] 恒温恒湿电路控制系统的设计,徐斌赫.吉林大学.2017

[10]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[Z].电子工业出版社,2008.

[11]蔡菲娜.单片微型计算机原理和应用[M]。杭州:浙江大学出版社,2003

[12]传感器原理及应用.王雪文,张志勇.北京航空航天大学出版社,2004

[13]模拟电子技术基础. 魏汉勇.武汉:华中科技大学出版社.2004.12

[14]多传感器数据融合及其应用.杨万海. 西安:西安电子科技大学出版社.2004.4

[15][1]XiaohuaLiu,YiJiang,TaoZhang.Temperature and Humidity Independent Control (THIC) of Air-conditioningSystem[M].Springer, Berlin, Heidelberg:2013-01-01.

[16]Bela G. Liptak. Temperature Measurement[M].CRCPress:2021-01-28.

5. 计划与进度安排

(1)2022.3.1—2022.3.24 查阅资料,撰写开题报告;

(2)2022.3.25—2022.4.14硬件功能分析,熟悉mcs-51系统指令及编程语言;

(3)2022.4.15—2022.5.5 设计电路原理图、编制应用程序;

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