加湿器 开题报告.doc

一、本课题来源及研究的目的和意义1、课题来源自选题目2、本课题研究的目的和意义1）研究目的本设计希望以AT89C51单片机为核心，包含555振荡电路，湿度传感器，按键，LED显示等外围辅助设备，使系统能够在单片机的控制下完成对环境湿度信号的采集、转换、调控。用户可以根据自身需要进行环境湿度值以及定时关机时间的设定，并且可通过LED进行显示。2）研究意义由于目前市场上所销售的家用加湿器普遍智能化程度不高，均没有环境湿度检测、恒湿控制、定时开关机、数字显示等功能，与现在家庭中其他家用设备（如空调，电视，微波炉等）相比较使用功能过于简单，不能满足不同人群及场合的需求。基于此，本题目拟采用数字技术予以完善。在尽可能保持现有加湿器模拟超声频率振荡部分的基础上，采用单片机技术（含环境湿度检测，湿度或定时显示，水位检测，声光报警等）构成家用加湿器智能控制系统。实现湿度检测，恒湿控制，数字显示，定时关机等附加功能。本课题能够锻炼一个人在面对一个具体的项目时，遇到问题，分析问题，解决问题的能力；获得独立策划、实施课题，并按照既定计划进行开发的经验，以及查找相关文献的能力。通过自己的努力使得对于单片机控制系统有一个全面的、深刻的认识。为以后研发工作打下坚实的基础，积累宝贵的经验。二、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析1、国内外研究现状目前家用加湿器的商业开发非常活跃，各大电器公司都在投巨资研制家用加湿器，同时也不断地涌现出新的具有鲜明特色的家用加湿器，家用加湿器已经成为电器领域的产业之一。在这种情况下，对家用加湿器智能控制系统的学术研究得到了大学和科研机构的重视。目前国外在智能控制系统方面的研究在硬件上主要是从单片机向ARM以及DSP与FPGA方面转化。2、智能控制系统分析智能控制系统是指对温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样、转换成数字量后由计算机进行存储、处理、显示或打印，最后反馈对温度、压力、流量、位移等实施控制的系统。智能控制系统的主要任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，由计算机进行相应的加工，并将处理结果进行显示或打印，以便实现对某些物理量的测量和监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。智能控制系统的性能指标主要是精度和速度；在保证精度的前提下，应有一定的采样速率，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。智能控制系统可以实现如下几个方面的功能：1数据采集：按照一定的采样频率对模拟信号进行采样，也可以直接对数字信号和开关量进行采样。2模拟信号处理：模拟信号便于传送，但易受干扰。由各种传感器获得的低电平信号或者由仪器、变送器输出的小电流信号经过采样和A/D转换后，由计算机进行数据的正确性判断、标度变换及线性化等处理工作。3数字信号处理：数字信号输入计算机后，通常需要进行码制转换、滤波、谱分析等处理。4开关量处理：主要任务是监测开关器件的状态变化，开关信号主要来自各种开关器件，如按钮和继电器触点。5二次数据计算：主要包括平均值、累计值、变化率、差值及最值的计算。6屏幕显示：显示信号波形、趋势图、模拟图、相关性等曲线。7数据存储与处理：按一定的时间间隔，定期将某些重要数据存储在外部存储器上，或者采用单片机或ARM或DSP对数据进行处理。8反馈控制：将处理的数据来对外部采样量进行控制。9人机接口：操作人员通过键盘或鼠标与系统对话，完成对系统的运行方式、采样频率等参数的设置以及系统功能的选择。传感器控制单元AD转换用户用户界面运算处理单元智能控制系统示意图智能控制系统的实现原理主要分四步：传感器采集数据AD转换运算处理模块根据处理结果控制。1）传感器采集数据主要是通过传感器来敏感环境变量，如温度、湿度、压力等，从而输出模拟量，如电压、电流等。2）AD转换主要是将传感器采集得到的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，主要包括采样、保持、转换以及存储这几个过程。3）运算处理模块当运算处理单元收到AD转换的数字信号时，通过控制算法来进行运算处理，得到预定的数值。如本文采用的算法为：开始单片机初始化参数加载参数比较按键处理V/F转换数值滤波水位检测控制输出LED显示4）根据处理结果控制根据运算处理单元得到的结果，通过硬件连接已经预定的目标来对环境变量进行控制，使其达到预想的效果。三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析1、对课题提出的任务要求：（1）设计家用湿度智能控制系统原理图（2）根据原理图设计硬件系统，并制板得到实物。（3）根据模型编写控制系统软件算法。（4）调试电路板，并测试系统的实用性以及可靠性。（5）编写用户使用界面：坚持简单，友好，好用的原则。2、完成本课题需要使用的系统平台和主要开发工具（1）Windows 2000 Server / Windows XP 操作系统（2）protel（3）Cygnal集成开发软件3、实现预期目标的可行性分析1）技术可行性本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有相当成熟的理论基础和技术基础。通过开发人员的文献调查，对于智能控制系统所涉及到的技术问题进行细致的分析，绝大部分可以使用计算机科学与技术的专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，调用已经开发好的一些功能模块的借口完成课题涉及到的技术要求。2）经济可行性本课题通过对既有开发平台的使用，能够设计出比较完善的智能控制系统，没有任何经济上的负担，通过本课题可以自主开发家用加湿器智能控制系统，即节省了学校的经费，又锻炼了学生的自我研发意识和自己动手的能力。3）操作可行性本课题要求对于家用加湿器智能控制系统有比较细致的了解，能够通过对于既有文献的学习和既有技术文档和程序的研习，利用自己在大学学习的系统的计算机科学与技术的专业知识，自主开发出用加湿器智能控制系统。从可操作性的角度来讲，完全可行。四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题需要重点研究的问题，亦即本课题的关键是如何实现家用加湿器智能控制系统硬件设计和软件设计。在硬件设计上采用现今研究较多的单片机控制模块来构建最小系统，再选择适当的湿度传感器来构成外围电路；在软件设计方面主要采用适当的控制算法。五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法1、完成本课题所必须的工作条件（1）要求能够连入计算机网络的个人计算机一台。（2）能够保证一天不少于12个小时的工作环境。（3）单机单用，保证程序的安全有效。（4）相关的书籍和学习资料。2、解决的办法（1）使用教师电子备课室个人计算机一台，且能够连入因特网。（2）教师电子备课室的开放时间足以保证时间要求。（3）通过个人购买，网络搜索，和大学图书馆和学院资料室借阅解决。六、完成本课题的工作方案及进度计划1、完成本课题的工作方案为完成本课题的基本任务要求，拟定工作方案如下：（1） 确定毕业设计题目之后，首先从个人图书、学院资料室、大学图书馆，网上搜集相关的文献和文档，以及可能涉及到的软件程序，搜集开发平台所需要的插件，。（2）阅读搜集到的文档，熟悉课题所涉及到的知识和开发工具。查漏补缺，继续完善。（3）对于课题进行功能分解，抽取其系统结构图，划定功能模块。（4）尝试编写功能模块，坚持完成一块，调试一块，解决一块的原则。（5）进行系统调试，安装和部署项目。（6）在各阶段中，做好相关的文档；在调试结束后进行文档的整理与汇总，完成毕业设计文档的撰写，并做好演示课件，准备毕业答辩。2、完成本课题的进度计划（以周为单位）（1） 前期工作（资料收集）（2） 交开题报告，方案具体设计（3） 软硬件仿真，调试 （4） 毕业设计调试（5） 完成论文，进行答辩总计18周七、主要参考文献 赵世强 ,荆炳礼 ,赵满. 凌阳16位单片机SPCE061A的最小系统及开发J. 国外电子元器件, 2003,(05) . 黄飞,毛钢元. 基于凌阳16位单片机的温度控制系统J. 淮阴工学院学报, 2007,(05) 朱兵,陈星宏. 基于SPCE061A的智能温/湿度调节系统设计J. 宋新新. 空气加湿器及其控制技术J. 机