1. 研究目的与意义
随着科技的飞速发展和普及，高性能设备越来越多，其中，温湿度控制技术即是一个典型的例子，在许多领域中也占据着重要地位。大到工业冶炼、物质分离、环境检测、电力机房、冷冻库、粮仓、医疗卫生等方面，小到家庭冰箱、空调、电饭煲、太阳能热水器等都得到了广泛的应用。随着现代化的实现，很难找出一个与温湿度无关的领域来，温湿度是现今工农业生产生活中必须要首先考虑的重要因素之一，特别是在工业生产中如果检测得不准确就会发生许多的生产事故，因此温湿度测控系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的测控系统。于是，为了给现代人工作、科研、生活提供更好更方便的设施，对现有的温湿度控制器的设计、改良就有着很大的现实意义，现今社会生产生活中也就迫切需要一种价格便宜、容易操作而且精确度高的温湿度控制系统。 然而这一切就可以从单片机技术入手，一切向着数字化、智能化控制的方向发展。因此本课题就是要设计以 51 单片机为核心，配合温湿度传感器以及相关的外围电路组成的检测系统，该系统可以接收所测环境的温度和湿度信号，检测人员可以通过 LCD 显示的数据，实时监控环境的温度和湿度情况,进而实现对温湿度参量的控制。相比较常见的温湿度测量器，本系统包括系统硬件和软件设计两部分，可靠性高，结构简单，实现了对温湿度的自动调节，在测量范围和精准度等方面也都有一定的改良。此次课题的设计能让生活在信息时代的我们，将所学知识应用于生产生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证、选择、实施与完善。通过对温湿度控制系统的设计、制作，了解信息采集、测试、控制的全过程，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。
2. 研究内容和预期目标
课题研究的关键：
本课题需要解决的主要问题是温湿度自动控制问题，使得在一定的区间内，在自动控制系统的控制下，温湿度始终在人们要求的范围之内。其中包括硬件电路设计和软件程序编写两个问题。系统硬件部分又主要包括温湿度检测电路、键盘控制、主控制器、电源电路、显示电路等。对这些内容进行探讨将会培养我们的研发能力，通过对电子电路的设计，初步掌握在给定条件和要求的情况下，如何用最为经济实用的方法，巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路，并将其连接到系统中去。具体表现在以下几点：
（1）传感器、信号放大、信号转换、数字显示等知识的理解和应用；
3. 研究的方法与步骤
文献【1】随着传感器技术、计算机应用技术、超大规模集成电路技术以及网络通信技术的发展，测控系统广泛应用于工农业生产等领域，与此同时，温湿度测控技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。 人类的生存和社会活动与温湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与温湿度无关的领域来，例如： 食品行业：温湿度对食品储存至关重要，不当的话会带来食物变质，引发食品安全问题。 档案管理：纸制品对于温湿度极为敏感，不当的保存会严重降低档案保存年限。 温室大棚：植物的生长对温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡。 动物养殖：各种动物在不同的温湿度下会表现出不同的生长状态，高质高产的目标要依靠适宜的环境来保障。 药品储存：根据国家相关要求，药品保存必须按照相应的温湿度进行控制。 由此看来，科技的迅速发展使得对温湿度的要求逐渐提高，所以说，对温湿度进行监控有着重要的意义。 温湿度监控系统主要应用于控制环境空间的温度和相对湿度，目前研制高精度、高性能、多功能的温湿度监控系统是主流，提高可靠性、灵活性和降低成本也是其考虑的重点，并且系统在报警、记录、控制、通信等方面的自动化和智能化也将逐步完善。 文献【2】我国对于温湿度测控技术的研究较晚，始于 20 世纪 80 年代。传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息。在这种模式下不仅效率低下，不利于人才资源的充分利用，而且缺乏科学性，许多重大事故都是由人为因素造成的，所以，人工维护缺乏完整的管理系统。而温湿监控系统就可以解决这样人才资源浪费、管理不及时问题。我国工程技术人员在吸收发达国家温湿度测控技术的基础上，掌握了温湿度室内微机控制技术，但刚开始该技术仅限于对温湿度的单项环境因子的控制。初期，以热敏电阻，湿敏电阻作为传感器件，通过检测电阻的变化来反映温湿度的变化。我国温湿度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在着较大差距。我国温湿度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温湿控制系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标将更准确，更加稳定可靠。 国外对温湿度控制技术的研究较早，始于 20 世纪 70 年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80 年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温湿度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上，正在向着完全自动化、无人管理化的方向发展。 国外的温湿度监控系统相对比较先进，主要体现在以下三个方面：（1）无论是传感器的测量精度、反应速度、稳定性、功能多样性还是使用环境方面，国外的传感器都比较先进。 （2）构成系统整体的测控技术和管理，无论是硬件还是软件，都已普遍采用相应的标准模块集成，并且早已实现组态。 （3）系统结构已经普遍采用网络连接的现场总线技术(FCS)，有些需要的场合，则连接到 Internet上，实现远程控制、远程诊断。 近年来，温湿度测控系统的研究发展迅速。国际上先进的测控技术、自动化技术、PLC 技术、现场总线技术、传感器技术以及数字信息技术的发展都为温湿度测控系统的研制和开发提供了条件，使温湿度的设定、显示更加直观，精度进一步得到提高，智能化程度越来越高，温湿度检测的功能集成化大幅度提高。现代的温湿度测控系统逐渐取代了传统的简单数据采集系统，它们的发展正从由分立元件组成的系统向微型化、集成化、数字化、智能化、微功耗、网络化、多参数测量的测控系统转变，而且还不断地改进测控的技术和方法。 目前人们为了满足不同的市场需求，已经开发出了很多种基于不同微处理器的温湿度测控系统，现在国内外常见的温湿度测控系统主要有以下一些:（1）基于单片机控制的温湿度测控系统;（2）基于 PLC 的温湿度测控系统;（3）集散型温湿度测控系统;（4）基于 FPGA 控制的温湿度测控系统;（5）基于 DSP 控制的温湿度测控系统等。虽然已经开发出这么多不同种类的温湿度测控系统，但是一般常用的还是以单片机作为主控芯片。单片机又称为微控制器，由单片集成电路芯片构成，内部含有 CPU（中央处理器），存储器、I/O 接口电路、定时器/计时器等。单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，故可以广泛应用于国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品更新换代都起到了重要作用。 总之现在国内外对温湿度测控系统的研究都是朝着微型化、数字化、智能化的方向发展，并且仍在不断地改进技术来满足市场的需求。参考文献：【1】张毅刚.MCS-51 单片机应用系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.【2】 彭桂兰，张学军，张新东.温室环境计算机测控技术的研究现状和发展趋势[J].现代化农业，2002，（5）：9-10.【3】陈杰,黄鸿.传感器监测与技术[M].北京：高等教育出版社,2002: 15-50.【4】陈明荧.8051 单片机课程系统设计实训教材[M].北京：清华大学出版社，2003.【5】郭天祥.新概念 51 单片机 C 语言教程[M].北京：电子工业出版社,2009：342-354.【6】朱巍峰.基于单片机的温度监控系统[J].工业控制计算机,2011 年 10 期.【7】钟晓伟，宋蛰存.基于单片机的实验室温湿度控制系统设计[J].林业机械与木工设备，2010，38（1）：39-42.【8】易顺明.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术，2011，34（7）：55-58.【9】K. Nagaya, Y. Li, I. Murakami et al. High energy efficiency desiccant assisted automobile air-conditioner and its temperature and humidity control system [J].Applied Thermal Engineering, 2006, (26):109-115.【10】XU Yi-min. The Design for Stepping Motor of SCM Control System [J].Heilongjiang Science and Technology Institute, 2005, 1.【11】GuoTianXiang.51 SCM C language tutorial [M].Publishing house of electronics industry, 2009:79-86.
4. 参考文献
本次选择如下的设计方案：整个系统由控制芯片 51 单片机、温湿度传感器、液晶显示模块、蜂鸣器以及温湿度调节系统等部分组成。利用传感器测量温湿度，经过信号处理，将传感器测得的数据送至控制系统（51 单片机），与预设的最适合的温湿度值的上下限进行对比，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。如果最合适的温湿度值不一样，可以通过键盘电路修改预设值。控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令，启动相应的调节设备，如喷水机、吹风机、加热器等来调节温湿度状态，如果测得的数据超过了预设值的上下限，则报警电路会报警，这样就实现了对温湿度的自动控制。 本设计的主要内容分为两部分：硬件部分和软件部分。硬件部分内容分为：电源电路的选择、51单片机的选择、数字温度传感器、数字湿度传感器、数码管的显示设计、报警电路的设计等。软件部分分为：基于 k e I l 编译环境的单片机应用软件的编写、调试，Proteus 环境下系统的仿真和功能验证等。温湿度监控系统功能原理图如下：
方案可行性论证： 首先我通过查阅相关的资料以及结合之前上课的学习，对基于 51 单片机温湿度控制器的基础知识有了一定的了解，然后通过指导老师的辅导在学校进行了一系列的实验和软件的调试，最后认为方案是可行的。具体论证如下：（1）技术可行性：各种器件及相关软件都已具备；（2）国家政策支持；（3）经济可行性：价格较便宜，容易实现大规模生产；（4）实践可行性：劳动成本的提高，必须实现生产自动化。
5. 计划与进度安排
第 1 周 接受任务书，领会课题含义；整理毕设思路并按要求查找相关资料。第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；翻译相关英文文献。第 3 周 完成英文翻译并提交给指导老师批阅后，按要求上传至毕业设计管理系统；查阅文献资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一 份，经指导老师批阅合格并确认后，按要求上传至毕业设计管理系统。第 4 周 理清设计思路，完成毕业设计提纲的撰写工作并交指导老师批阅。第 5 周 确定总体设计方案，包括硬件选型等；研究单片机接口部分的电路和各个模块的设计。第 6 周 完成基于 51 的电路设计，包括 220v 转 5v 等相应外设所需电源的设计。第 7 周 中期检查，在毕业设计管理系统上完成中期检查报告的填写。第 8 周 进行系统软件的学习并编写系统各功能模块程序。第 9 周 程序检定并进行仿真、调试。第 10 周 整理文档，进行毕业设计报告（论文）的撰写。第 11 周 完成毕业设计报告（论文）的修改工作，经指导老师确认后，按要求上传至毕业设计管理系统。第 12 周 接收验收成果，接受答辩资格审查；进行答辩的前期准备。第 13 周 评阅教师评阅论文。第 14 周 准备参加答辩。
