蔬菜大棚温湿控制器设计（毕业设计完整版）

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

大棚温度湿度控制器设计

摘要：温室是蔬菜大棚生产中必不可少的设施之一，不同种类蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，本设计就是控制大棚的温湿度，为它们提供一个良好的生存环境，给我们带来巨大的经济效益。

关键词：传感器、温湿度、控制电路、温度报警电路

Abstract: Greenhouse production of greenhouse vegetables are an essential facilities, different types of vegetables, such as temperature and humidity on the growth of the necessary requirements are not the same, the design is to control the greenhouse temperature and humidity, to provide them with a good the living environment, has brought us huge economic benefits.

Key words: sensors, temperature and humidity, control circuit, temperature alarm circuit

12

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

1 引言

随着改革开放，特别是90年代以来，我国的温室大棚产业得到迅猛的发展，以蔬菜大棚、花卉为主植物栽培设施栽培在大江南北遍地开花，随着政府对城市蔬菜产业的不断投入，在乡镇内蔬菜大棚产业被看作是21世纪最具活力的新产业之一。温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类的蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，从而可以通过提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。国外对温室环境控制技术研究较早，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。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段：

(1) 手动控制：这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。

(2) 自动控制：这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时作出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。

(3)智能化控制：这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农

12

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。

为了满足人们在寒冷季节也能吃上新鲜蔬菜的需要，虽然广大的大棚种植产业带来巨大的经济效益,大棚栽培技术得到空前的发展，但随之而来也出现了温度、湿度难以控制的问题。温度和湿度作为常用的环境参数，对动植物的生长、物理化学的反应以及人体的舒适程度都有着较大影响，温度湿度测控系统在工农业生产、智能家居以及人工环境等领域有广泛的应用前景。本电路可以使大棚的温度和湿度自动控制在 一个合适的范围内，实验证明该系统的成本低、可靠性高，有着很高的实用价值。

2、控制系统方案选择 2．1、方案一：

本方案我们主要采用模拟电路设计,电路主要分为以下几个主要的组成部分,电源电路、温度检测电路、加热、换气电路、温度报警电路、自动浇水电路五各单元电路,电路中利用了温度、湿度等传感器,大大的提高了测量的精确度,本方案中当温度、湿度传感器检测到温度湿度超过设定的标准值时候，电路中就会自动的进行加热和浇水，是农作物生长在一个良好的环境中系统的框图如下图1所示：

图1方案一 系统框图

2．2、方案二：

本方案利用集成温度传感器MAX6613和集成湿度传感器IH3605作为检测元件，结合ADuC824，构建温湿度监控系统的方法，该系统可以方便地实现温度、湿度的实时控 制，无纸记录及语音报警，还可与上位机(PC机)通信，实现温度、湿度的打印、分析等功能。 温湿度监控系统的硬件原理如图2所示：

13

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图 2方案二系统框图

由单片机系统(含键盘、液晶显示器、数据存储器和通信接口)、集成温度传感器MAX6613、集成湿度传感器IH3605、实时时钟、语音系统及加热、加湿、通风装置等几部分组成， ADuC824高性能微转换器，它在单个芯片内集成了双路高精度∑-ΔADC、程控增益放大器PGA、8位 MCU、8KB闪速/电擦除程序存储器、640B闪速/电擦除数据存储器、256B数据RAM以及定时器/计数器等功能部件，指令系统与8051兼容。特 别是两个独立的∑-ΔADC，其主、辅助通道的分辨率分别为24和16位，具有可编程自校正功能。另外，还有一个通用UART串行 I/O，一个与I2C兼容的二线串口和SPI串口，一个看门狗定时器(WDT)，一个电源监视器(PSM)。其性能完全可以满足系统的需求。

键盘用于设定温度、湿度的上、下限报警范围及控制值，设定采样时间间隔，调整系统时间。液晶显示器采用一体化封装的液晶显示模块TC1602A，用于显示 温度、湿度的上、下限值，控制值和当前值，模块内的控制驱动器型号为HD44780，可以方便地与ADuC824进行接口。

由于系统需要无纸记录温度、湿度值，因此外扩一片容量为4MB的AT29C040A Flash EPPROM，在写入过程中无需编程高压和紫外线照射，具有硬件和软件两方面的数据保护，可防止其内容免遭意外改写，使用十分方便。

通信接口电路主要由双路RS232数据收发器MAX232芯片组成，只需+5V电源供电即可工作。上位机(PC机)通过通信接口调用温度、湿度值，以用于打印或分析。

2.3、系统控制方案确定

通过以上两个方案的比较分析我们可以知道方案一和方案二都可以实现对大棚温度湿度的控制和调节，同时方案一具有自动浇水的功能，而且还可以扩展以下两个功能，

（1）热能存储电路

可利用太阳能转换装置将之转化为电能储存。当夜间温度过低时，再起到和上述加热装置一样的功能。

14

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

（2）远距离报警功能

在意外事故发生致使温度持续下降时，需要及时报警，唤醒在家 休息或在外工作的棚主赶来处理。报警装置由一发射器和接收器组成。接收器平时由棚主带 在身上，可做得很小，棚主在一公里的范围内可接收发射器发出的提示音信号。

方案二设计的原理虽然很容易的实现，设计的功能也比较的齐全但是我们可以通过具体的控制框图2-2以知道它所要求的芯片的型号和外部硬件比较的高，成本也很高不能很好的推广，我们设计中要求的是实用而且很容易掌握的方案，在广大的农村农民用户种植中不需要编程等一系列的专业的技术学习，这就更加符合我们的种植农户的要求，相比与方案一的专业要求就有了不可代替的优势，而且在芯片应用等方面，方案一的芯片购买的比较的方便，而方案二所需要的一些芯片价格比较的昂贵，要求的外部硬件条件也比较的高，比如方案二中要求系统采用MAX6613和IH3605作为温度、湿度传感器，使其监控的实时性、控制的精确性得到了提高；同时，由于选用了ADuC824，它能保证系统自动从死机状态恢复到正常工作状态，但是要求有相关的电脑操作技能，这些方面方案一相比于方案二都具有一定的优势。但是方案一在自动控制方面不如方案二，方案二具有更好的自动控制功能，综合以上几点我们选择方案一作为我们的设计方案，因为方案一不仅成本低而且比较的容易制作和操作，适合我们的大面积的推广。

在方案一系统功能简介：当测温电路测出适时温度超过25℃时，启动换气电路；且当温度达到30℃启动报警系统。同理，当测温电路测出适时温度低于20℃时，启动加热电路，且当温度低于15℃时，启动报警电路。当温度在20℃到25℃之间时，测湿系统测出适时湿度低于70%RH时，启动浇水系统。只有当温度在20℃到25℃之间，同时湿度在70%RH以上时，系统不工作。该电路可调节温度检测电路中的RP，即调节温度检测电路的基准温度值，同理，又可调节湿度检测电路中的基准湿度值，以适应在不同环境的需要。

3 温度、湿度传感器介绍

3. 1 热敏电阻器温度传感器基本特性：

电路中主要采用了热敏电阻做为主要的传感器，以下主要介绍热敏电阻及热敏二极管和热敏晶体管的特性与参数。热敏电阻器可以从结构、材料和阻温特性等多方面进行分类。

按结构形状分类：片状、垫圈状、杆状、管状、薄膜状、厚膜状和其他形状。 按加热方式分类：直热式和旁热式。

按阻温度范围分类有：常温、高温和超低温热敏电阻器。

15

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图3 几种不同类型的热敏电阻器的阻温特性曲线

按阻温特性分类有：负温度系数热敏电阻器(NTC)，图4—1中曲线2；开关型正温度热敏电阻器(PTC)，图3中曲线4；缓变型正温度系数热敏电阻器(PTC)，图3中曲线5；临界负温度系数热敏电阻，图3中曲线3；铂电阻器限温度曲线如图3中曲线1。

1、热敏电阻器的电阻—温度特性

热敏电阻的阻温特性是指实际电阻值与电阻体温之间的依赖关系，这是热敏电阻 图3 几种不同类型的热敏电阻器的基本特性之一,其阻温特性曲线见图3。PTC开关型正温度系数热敏电阻器的阻温特性曲线(图3曲线4)。室温至居里温度以下的一段温度范围内，表现出和一般半导体相同的NTC特性。从居里点开始，电阻值急剧上升到某一温

度附近达到最大值。

PTC热敏电阻器的居里温度TC以通过掺杂来控制。如在BaTio3中掺杂Pb，可使Tc向高温方向移动，在BaTio3中掺入Sr或Sn等元素后，可使TC向低温方向移动。可根据需要调整居里点TC。

热敏电阻器的实际阻值用RT来表示。是在一定环境温度下，采用引起阻值变化不超过0.1％的测量功率所测得的电阻值。实际电阻值又称为零功率电阻值，或称为不发热功率电阻值(冷电阻值)。实际电阻值的大小取决于电阻器的材料和几何形状。

热敏电阻器的实际阻值与其自身温度有如下的关系： NTC热敏电阻器 RT＝R∞eB/T (4—10) PTC热敏电阻器 RT＝R0eAT (4—11) 式中：RT一一温度T时的实际电阻值；

R∞、R0一与电阻几何形状和材料有关的常数

16

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

B、A一一材料常数。

为了使用方便，通常取环境温度为25℃作为参考温度，则有: NTC热放电阻器：RT/R25＝exp[B(1／T—1／298)] PTC热敏电阻器：RT/R25＝expA(T—298)

由式(4--10)和式(4—11)式可以求出NTC、PTC热敏电阻器的温度系数。表示温度每变化l ℃，电阻器实际限值的相对变化，即：

NTC：aT=1/RT=dRT/Dt=-B/T2 (4—12) PTC: aT=A (4—13)

可见，在工作温度范围内，负温度系数热敏电阻器的aT随温度T的变化有很大的变化，并与材料常数B成正比。因此，通常在给出电阻温度系数的同时，必须指出测量时的温度，正温度系数热敏电阻的aT在数值上等常数A。缓变型正温度系数热敏电阻器的aT值在0.5％／℃一10%／℃之间．而开关型〔突变型〕正温度系数热敏电阻器的aT可达到60％／℃或更高。

材料常数B是用来描述热敏电阻材料物理特性的—个参数．又称为热灵敏度指标。在工作范围内，B值并不是一个严格的常数，随着温度的升高而略有增大。一般说来，B值大的电阻率也高。不同B值的材料有不同的用途，如普通负温度系数热敏电阻的材料常数B值在2000一5000 K之间。负温度系数热敏电阻器B值可按下式计算：

B=2.303[T1·T2/(T2-T1)]㏒10R1/R2 (4—14) 正温度系数的电阻器，其A值按下式计算： A=2.303[1/(T1-T2)]㏒10R1/R2 (4—15) 式中，R1相R2分别为热力学温度T1和T2时的电阻值。 2．热敏电阻器的热性能

(1)耗散常数H 耗散常数H定义为温度每增加一度所耗散的功率。它用来描述热敏电阻器工作时，电阻体与外界环境进行热交谈的一个物理量。耗散常数H与耗散功率P。温度改变量AT的关系为：

H=△P/△T （W/℃） (4—16)

H的大小与热敏电阻器的结构、所处环境的媒质种类、运动速度、压力和导热性能等有关，当环境温度改变时，H有变化。

(2)热容量和时间常数热敏电阻器具有一定的热容量C，因此它具有一定的热情性．也就是温度的改变需要一定的时间。当热敏电阻器被加热到了T2温度时，放到温度为T0的环境中，不加电功率，热敏电阻器开始降温，其温度T是时间t的函数，在△t

17

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

时间内．热敏电阻器向环境耗散的热量可标示为：H（T-T0）△t，这部分热量是由热敏电阻器降温所提供的．其值为-C△T，于是就有：

-C△T=H（T-T0）△t 上式写成微分的形式为：

T-T0=-C/T·(dT/dt) (4—17) 取初始条件t＝0时，T＝T2，解方程(4—17)式得：

T-T0=(T2-T1)·e-tH/c=(T2-T1)e-t/ζ (4—18) 式中，ζ＝C/H 称为热敏电阻器的时间常数，单位为S。

时间常数?可定义为：在恒定的静态条件下，热敏电阻器在无功率状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定湿度突然改变时，电阻体的温度变化了这两个特定温度之差的63.2％所需的时间。通常将这两个特定温度选为85℃和25℃，或者100℃和0℃热敏电阻器用于测温和控温时，一般要求时间常数小。因而，热容量越小越好。

按定义ζ=C/H，当t=ζ时，（T-T0）/（T2-T0）=e-1=36.8%,则：

（T2-T）/（T2-T0）=63.2% （4—19）

式中：T2、T0为两个特定温度，T为测试温度。 3热敏电阻器的伏安特性

电压—电流行性表示在特定温度下，热敏电阻器两端的电压与通过电阻体的稳态电流之间的关系，即伏安特性。伏安特性与热敏电阻器的结构形状有关，还与其阻值、材料常数从所处的环境温度、介质种类等有关。

PTC热敏电阻器的伏安特性曲线如图4所示，当所加电压不太高时，PTC热敏电阻的温升不高，流过PTC热敏电阻的电流与电压成正比，服从欧姆定律。随着所加电压的增加，消耗功率增加，电阻体温度超过环境温度时，引起电阻值增大，曲线开始弯曲。当电压增到使电流达到IMAX最大时，如电压继续增加，由温升引起的电阻值增加图4

图4 PTC热敏电阻器的静态伏—安特性曲线

18

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图5 负温度系数热敏电阻器的静态伏—安特性曲线

超过电压增加的速度，电流反而减小，曲线斜率由正变负。

NTC热敏电阻器的伏安特性曲线如图5所示。在开始段同PTC热敏电阻一样也服从欧姆定律。随电流增加，引起热敏电阻温升超过环境温度，则其阻值下降。耗散功率增加，相应的电压变化较为缓慢，出现非线性正阻区(ab段)。电流继续增加，其电压值增大到最大值Vmax时，若电流再增加，热敏电阻自身加热剧烈使电阻值减小的速度越过电流增加的速度，热敏电阻的电压降随电流增加而降低，形成cd段的负阻区。

4热敏电阻器的其他参数

(1)标称电阻值尺R25标称阻值是热敏电阻器在25℃℃时的电阻值，其值的大小由热敏电阻的材料与几何尺小决定。

(2)最高工作温度Tmax 在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的温度，是热敏电阻器的最高工作温度，它的表达式为：

Tmax=T0+（PR/H） (4—20) 式中T0为环境温度；PR为环境温度时的额定功率。

(3)额定功率PR 热敏电阻在规定的技术条件下，长期连续工作所允许的耗散功率为额定功率，用PR表示。在此条件下，热敏电阻器自身温度不得超过Tmax。

3.2、湿度传感器的分类及工作原理

表示环境气氛中水蒸气含量的物理量为湿度。湿度的表示方法有两种，即绝对湿度和相对湿度（RH）。绝对湿度是指气氛中含水量的绝对值，相对湿度是指气氛中水蒸气压与同一温度下的饱和蒸汽压之比，用百分数来表示。湿度传感器或湿敏元件是指对相对湿度敏感的元件，它可以是湿敏电阻器，也可以是湿敏电容器或其他湿敏元件。

3.2.1、湿度传感器的分类

按感湿物理量来分类，湿度传感器可分为三大类，即湿敏电阻器、湿敏电容器和湿敏晶体管。

根据使用不同的材料制成的湿度电阻器又可分为：金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻

19

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

器，例如：MgCr2O4系列、ZnO—Cr2O3系列；元素材料湿敏电阻器，例如：半导体Ge、Si 、Se和C元素；化合物湿敏电阻器，如：LiCl、CaSO4、及氟化物和碘化物等；高分子湿敏电阻器等。

湿敏电容器主要是多孔Al2O3材料作为介质制成。 湿敏晶体管又分为湿敏二极管和湿敏三级管。 3.2.2 湿敏电阻器工作原理及特性 1、金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻器

（1）工作原理 多孔性的金属氧化物半导体陶瓷的多晶体，在晶体表面及晶粒间界处，很容易吸附水分子。由于水是一种强极性电介质，水分子的氢原子附近有很强的正电场，具有很大的电子亲和力。当水分子在半导体陶瓷表面附着时，将形成能级很深的附加表面受主态，而从半导体陶瓷表面俘获电子，而在陶瓷表面形成束缚态的负空间电荷，在近表面层中将相应地出现空穴积累，因而导致半导体陶瓷电阻率的降低。

另外，根据离子电导原理，结构不致密的半导体陶瓷晶粒有一定空隙，显多孔毛细管状。水分子可以通过这种细孔在各晶粒表面和晶粒之间吸附，由于吸附的水分子可离解除大量的导电离子，这些离子在水吸附层中起着电荷的输运作用。因此，虽环境湿度的增加，水分子在晶粒表面和间界大量的吸附，而引起电子电导和离子电导的加剧。半导体陶瓷而显示负感湿特性，即随着湿度的增加，材料的电阻率下降。

（2）氧化物半导体陶瓷湿敏电阻器的主要品种及结构

金属氧化物半导体陶瓷湿敏电阻器的典型产品有：MgCr2O4 —TiO2湿敏电阻器、ZnO—Cr2O3湿敏电阻器、ZnO—Li2O3—V2O5湿敏电阻器等。例如：ZnO—Li2O3—V2O5 湿敏电阻，是以ZnO为主要材料，在加入一价、二价、三价等其他金属氧化物烧制成陶瓷半导体材料，测量湿度范围为5%～100%RH，测量精度为2%，是一种较为理想的湿敏元件，并可做成小型化，结构简单。

2、元素材料湿敏电阻器

此类湿敏电阻器是元素半导体材料或元素材料制成的元件。碳湿敏电阻器是一种电阻—湿度特性为正的湿敏元件。用有机物聚丙烯塑料片或棒为基体，涂布一层含有导电性碳粒的有机胶状纤维构成。此种湿敏电阻器工艺简单，便于制造。利用有机材料吸潮后，体积膨胀，碳粒之间的距离增大，从而电阻值增大的原理。

元素半导体湿敏电阻器是利用在陶瓷或石英基片上蒸发等元素半导体薄膜而制成，其特性为电阻值随着湿度的增大而减小的负感湿特性，可以做成较高阻值(105～107)，有较好的测量精度，但工艺成品率降低，互换性差。

20

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

3、化合物湿敏电阻器

此类湿敏电阻器有LiCl湿敏电阻器、Fe3O4 湿敏电阻器和硫酸钙湿敏电阻器等。 Fe3O4湿敏电阻器是用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）×10-8m]，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。

21

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

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4-7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。

3.2.3 、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/4πd ，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。

22

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图10 多孔Al2O3湿度传感器的CP-RH曲线图 图11 醋酸纤维有机膜湿敏元件 1．高分子薄膜；2.上电极；3.下电极ε

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4-9su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 4.1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IC1-1、 IC1-2、 IC1- 3、 IC1-4四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：

23

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

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25.8V,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=1.3A

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) 1.3=40/(R103+15K)

得到电阻：R103=8.3K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=6.4K

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：

24

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

在IC1—1中基准电压U_＝25.8V，温度低于30℃时，由于热敏电阻阻值随温度增高而降低从而是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+＞25.8V，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IC1-3（IN3-、IN3+、OUT3）中基准电压U+=22V，温度高于20℃，低于25℃，时，IC2-1输出低电平。当温度降低过20℃时，此时 U-<22V，IC2—1发生跳变．输出高电平，加热电路工作。

而在IC1—4（IN4-、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，IC2-2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3.4V，在21℃的E点的电压为0.2V， 在电路中利用R506的阻值为10K则

3V=RP202*22.2V/(RP202+R506)

得到RP202=1.5K

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3.7V,在温度为21℃时候F点的电

压为0.3V，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。

25

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

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:

图13 加热、换气电路

4.2 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2、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R401、R402、VD401、R403、R404、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2.3V；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

26

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

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就是对或门输出的信号电压进行稳压，当温度检测电路中检测到温室内的温度超过30℃或温度低于15℃的时候，温度检测电路会输出一个跳变的信号到或门电路中，在A点输出一个12V的电压，同时将电压信号传到振荡电路2中去，从而使振荡电路继续工作。

(2) 振荡电路2：电路原理图如图15所示：

图15振荡电路2

设计出功率放大器中扬声器的工作频率在4500HZ左右，然后利用功率放大器的作用发出信号，从而是扬声器工作。从或门电路中输入的信号在振荡电路的工作的过程中可以设定电容器C402的阻值为0.22u,

根据公式可以得到NE555芯片的振荡频率fr2 fr2=1.44/R*C402

得到电阻R的阻值在2K左右所以当我们设定电阻R406的阻值为0.5K时得到电阻RP401的阻值为1K,从得到了频率为4363HZ的频率，在这个频率范围内，放大电路中的扬声器可以工作，在时钟电路中为了控制扬声器中音量的大小可以利用，芯片NE555中③脚输出高电平的占空比，可以通过调节变阻器RP401来决定扬声器的音调的大小。

此振荡电路中用到了芯片NE555，或门电路中输出的12V电压，该电压经可变电阻RP401、电阻R406时对电容C402进行充电，由于NE555的芯片功能所决定可以知道，当电位上升至2／3VCC时，NE555芯片开始复位。

在NE555振荡电路中，芯片NE555的③脚输出低电平，同时内部放电管与①脚相

27

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

连通，在电路工作过程中电容C402通过电阻R406向芯片⑦脚放电，由于电容放电可以得知电容的电压VC402开始下降，当电容C402的电压VC402下降至l／3VCC时，芯片NE555的③脚输出高电平，此时芯片NE555中的放电管截止，从而当放电结束。当第一轮工作结束后电容C402又开始放电充电，不断的使电路继续工作，从而形成的振荡电路。

（3）功率放大电路：原理图如图17所示：

图16功率放大电路

功率放大电路,其工作原理如下：通过振荡电路2中输出的脉冲,经过电容C403滤波后,传到功率放大芯片TDA2040,在频率4500HZ左右的工作频率下，我集成功率放大器TDA2040,通过R412、R411电阻构成交流负反馈,们在功率放大电路中经过反馈放大的电路信号经过输出电容C408传输到扬声器中,其中我们设定扬声器的电阻值为4Ω,从而实现电路的报警功能。

5 湿度自动控制电路

湿度自动控制系统由振荡电路2、湿度检测电路、比较电路、继电器控制的浇水电路组成。湿度自动控制系统框图如下17所示：

图17 系统原理框图

5.1湿度检测电路

28

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

湿度检测电路由振荡电路1、湿度传感器RH（MSO-1型）和检波网络VD301，C304，R305组成的。振荡电路l的工作原理和振荡电路2的工作原理相同。

在振荡电路1中，电路的振荡频率为fr1，由于湿敏电阻大都工作在交流状态下，而且要求频率不能超过lkHz，所以振荡电路1用来产生约200H左右的的振荡方波，200HZ的方波利用NE555来产生,通过NE555振荡电路的特性,我们可以利用以下的公式

fr1=1.44/(RP301+2R301)*C304

来确定频率.在电路中我们选择RP301来调节频率的多少,我们可以假设一个特定的值来带如电路中可以得到172HZ的频率,通过不断的调节我们来确定R301大约在1K左右,所以我们确定电阻R301的阻值为1K然后通过电容的充电放电特性算出电容,在电路中可以调节可变电阻器RP301来改变振荡频率使湿敏电阻工作在200HZ左右的频率下。设计好了工作频率振荡电路1中由于芯片NE555③脚为输出脚，所以输出的振荡波加在湿度传感器RH上，经VD301，C304，R305检波网络接入比较器HA17902的正相输入端。

5.2、比较电路、浇水系统

比较器是采用单运放集成电路M5249，它的反相输入端接有基准电压网络，正相输入端接有温度检测信号。调节RP302可设定比较电路的基准电压值U-=4.5V，即设定控制的相对湿度。当环境中的湿度发生变化时，由于RH呈现的电阻值的起伏变化使比较器的同相输入端的信号电平也随之发生变化。当相对湿度达到70%以下时，正相输入端的信号高于比较电路的反相输入端的基准电压值，即U+大于4.5V，比较器输出转成高电平，使VT饱和导通，继电器K通电吸合，电磁阀自动打开，浇水开始。当相对湿度达到70%以上时，正相输入端的信号低于比较电路的反相输入端的基准电压值，即高于设定的相对湿度时，比较器输出转成低电平，使VT截止，继电器K断电，电磁阀自动关阀，浇水停止。

5.3 、湿度自动控制系统原理电路图 湿度自动控制系统原理电路图如下图18所示：

29

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图18 湿度自动控制系统电路图

集成稳压器CW7812的3脚输出12V的直流电压，该电压加入NE555振荡器，产生约200Hz的振荡波，由NE555③脚输出，输出的振荡波加在湿度传感器RH上。由于RH呈现的电阻值是随环境的湿度变化的起伏变化，即RH上分得的电压也随之发生变化。此电压经VD301，C304，R305检波网络接入比较器的正相输入端，与基准电压进行比较。当相对湿度达到70%以下时，正相输入端的信号高于比较电路的反相输入端的基准电压值，比较器输出转成高电平，使VT饱和导通，继电器K通电吸合，电磁阀自动打开，浇水开始。当相对湿度达到70%以上时，正相输入端的信号低于比较电路的反相输入端的基准电压值，即高于设定的相对湿度时，比较器输出转成低电平，使VT截止，继电器K断电，电磁阀自动关阀，浇水停止。

6 电源电路设计与论证

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高,一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。如何把交流电源变换为直流稳压电源，选用哪种电源接下来是我们要讨论的。一般直流电源由如下部分组成:

整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。

滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。 直流电源的方框图如图图19示。

30

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图19 整流滤波方框图

电源电路中要求电压为40V±10%的直流电压，总的电路中电流最大值为0.5A，所以估算负载大约为33K

6．1、整流电路设计 方案一 单相桥式整流电路 (1)工作原理

单相桥式整流电路，如图20（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图20（a）的电路图可知：

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周.

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图20（b）。

(2)参数计算

根据图20（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

（a）桥式整流电路 （b）波形图

图20 单相桥式整流电路

流过负载的平均电流为：

31

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

流过二极管的平均电流为：

二极管所承受的最大反向电压为：

流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。

、

（3）单相桥式整流电路的负载特性曲线

单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系

该曲线如图21所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。

图 21 单相桥式整流电路的负载特性曲线

方案二 单向半、全波整流电路

单相整流电路除桥式整流电路外还有单相半波和单相全波两种形式。单相半波整流电路如图22(a)所示，波形图如图22(b)所示。 输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为

流过负载和二极管的平均电流为

32

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

(a)电路图 （b）波形图

图22 单相半波整流电路

二极管所承受的最大反向电压为：

单相全波整流电路如图23 (a)所示，波形图如图23（b)所示：

(a)电路图 （b）波形图

图23单相全波整流电路

根据图23（b）可知,全波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为

流过负载的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。

半波整流电路简单,元件少,但输出电压直流成分小（只有半个波）,脉动程度大,整

33

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

流效率低,仅适用于输出电流小、允许脉动程度大,单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故我们通过方案比较选择单向桥式整流电路应用于我们大棚温度湿度控制电路的电源电路。

6．2 滤波与稳压电路

在电源电路中我们首先将220V变压器变压到48V输出电压，然后在利用桥式全波整流电路对48Ｖ的交流电进行整流，得到一个稳定的脉冲电压，然后利用电容器Ｃ101对得到的脉冲电压进行滤波，这里用到的电容滤波属于初步的滤波，电容滤波的原理如下：滤波电容的作用是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

(1)当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uC>u2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。

图24桥式整流滤波电路

(3) 当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。RL、C对充放电的影响电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图25所示：

34

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

图25桥式整流电容滤波后波形图

整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0．01故整流输出的电压必须采取一定的措施．尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。

通过电容滤波后得到初步稳定的直流电压，然后通过稳压器LW78A40得到40V的直流电压，在通过电容C102对得到的直流电压进一步滤波得到最终需要的40V直流电压,然后通过电阻R103、R104的分压电路得到向温度检测电路1提供的20V与28V的直流电压，温度检测电路2所需要的电压是16V、28V也是通过分压电路的到的直流电压，在检测电路中芯片NE555所需要的直流电压是由稳压器CW7812所提供的，本电源电路中运用的很多的电容滤波，保证了电路中直流电压的稳定性，同时也使芯片的寿命能够延长。

6．3、电源电路与元件选择： 电源电路设计如下图26所示：

图26 电源电路图

本设计采用三端稳压电路LM78A40、进行控制。CW7812其功能就是输出稳压直流12V电压， LM78A40其功能就是输出稳压直流40V。本电路就是利用CW7812直流稳压输出12V的电压和LM78A40直流稳压输出40V的电压特性，对电源的电压进行有效的控制随着电子技术的发展，集成化的串联型稳压器的应用越来越广泛，集成稳压器具有 性能好，体积小，重量轻，价格便宜，使用方便，有过热，短路电流限流保护和调整管安全去等保护措施，使用安全可靠等优点。然而开关型稳压电源虽然具有效率高，体积小，

35

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

重量轻等优点，但他的文博电压较大，高频泄露较大，有可能对周围其它电路造成干扰，综合以上因素，因此采用串联型集成稳压器。

（1）电源变压器的选择

变压器的选择主要依据输入、输出电压和副边输出功率PO在设计或选择变压器时，考虑它的输出电压V2和输出电流I2应满足：对于容性负载，V2 与输入电压Vi的关系为

选用220V变压到48V的变压器，频率为50HZ,24W (2) 整流二极管的选择

整流二极管的选择，主要考虑反向击穿电压VRM、额定工作电流IF。VRM、IF应满足每一个整流二极管反向击穿电压

VRM=48V-0.7V=47.3V，我们可以选择IN4001作为我们的整流二极管，IN4001整流二极管的性能参数如下：

连续峰值反向电压VRRM=50V 正向平均整流电流IO=1.0A 非连续反向峰值突放电流IFSM=30A

最大方向电流(DC额定电压)TJ=25℃、IR=0.05uA TJ=25℃、IR=0.05uA

然后经过整流二极管整流后的输出电脉冲电压Ｖpout=48V-1.4V=46.4V 算出突波限流电流最小阻抗Rsurge=(46.4-1.4V)/30=1.5 所以我们选择IN4001作为我们的整流二极管。 (3)滤波电容的选择

滤波电容的选择依据纹波电压的频率,同时考虑电容器的耐压.滤波电容的耐压值应大于其数值才能够有更好的滤波作用。滤波电容的容量可按下式估算

VDC=(1-1/2fRLC)*VP得到估算一些数值代入可以大概算出电容的容值得：

C=VP/2fRL(VP-VDC)=46.4/(2*33k*(46.4-45)=465uf

电容的耐压值应该是电路中整流电路后的最大反向值46.4V 所以电容我们选择C101为470uf ,耐压值为50V (4) 集成稳压器的选择

根据对稳压电源输出电压范围和输出电流的要求，选择稳压器。稳压器的输入电压Vi的范围应满足 在45V以上,经计算得到输入稳压器的电压Vi为45V,电路中最大的电流是0.5A,根据元器件表查的LM78A40芯片介绍如下:

36

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

三端固定集成稳压器，双极性，电源电压=44～48V，输出电压=40V，最大输出电流=1A，满足我们的设计要求,所以稳压器我们采用LM78A40,使输出的直流电压为40V。

7芯片介绍

7．1 3DG2383硅NPN型高频高压小功率晶体管 7.1.1 概述与特点

3DG2383硅NPN型高频高压小功率晶体管适用于一般高频放大电路其特点如下 电流容量大 饱和压降低 击穿电压高

封装形式TO-92MOD如图27所示:

图27封装形式TO-92MOD

7.1.2 电特性极限值

除非另有规定Tamb= 25℃ 参 数 名 称 符号 额定值 单位 集电极-发射极电VCE0 160 V 压 集电极-基极电压 VCB0 160 V 发射极-基极电压 VEB0 6 V 集电极电流 IC 1.0 A 耗散功率(Ta=25) Ptot 0.9 W 结温 Tj 150 ℃ 贮存温度 Tstg -55~150 ℃ 7．1.3 电参数 除非另有规定Tamb= 25℃

37

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

参数名称 集电极-基极截止电流 发射极-基极截止电流 共发射极正向电流传输比的静态值 符 号 ICB0 IEB0 hFE 测 试 条 件 VCB=150V, IE=0 VEB=6V ,IC=0 VCE=5V R IC=200mA O Y 60 100 160 20 规 范 值 1 1 20 00 20 5 单位 uA uA 集电极-发射极饱和电压 VCEsat IC=500mA, IB=50mA fT 特征频率 VCE=5V ,IC=200mA V MHZ 7.2 、TDA2040芯片介绍：

TDA2040是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路在32V电源电压下，RL=4Ω时可获得22W的输出功率。广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

7.3.1电路特点：

[1].单列5脚直插塑料封装，仅5只引脚。 [2].外接元件非常少。

[3].输出功率大，Po=22W(RL=4Ω)。

[4].采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度。 [5].开机冲击极小。

[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。

7.3.2 TDA2040极限参数

极限参数 参数名称 电源电压(Vs) 输入电压(Vin) 差分输入电压(Vdi) 峰值输出电流(Io) 耗散功率(Ptot)(Vdi) 工作结温(Tj) 存储结温(Tstg) 极限值 ±20 Vs ±15 4 25 -40-+150 -40-+150 单位 V V V A V ℃ ℃ 应用是注意应该注意：TDA2040具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至

38

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12秒。虽然TDA2040所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。

8、 硬件系统的调试

将220V交流电经变压整流滤波得到40V的直流电压，该电压一部分送到温度检测电路和湿度检测电路，一部分再分离出12V、28V的电压分别供给NE555、TD2040、M51209等集成电路的供电电压。当测温电路测出适时温度超过25℃时，OUT4输出高电平，经R506触发VS2，启动换气电路；且当温度达到30℃时，OUT1输出一个高电平，经或门电路，加入振荡电路产生振荡脉冲，经TDA2040 功率放大电路，驱动扬声器发出报警信号。同理，当测温电路测出适时温度低于20℃时，OUT3输出高电平，经R507触发VS1，启动加热电路，且当温度低于15℃时，启动报警电路。当温度在20℃到25℃之间时，温度控制系统不工作。由于湿度传感器RH上分得的电压随环境湿度发生变化，湿度检测系统测出适时湿度低于70%RH时，其M5249正相输入端的信号高于比较电路的反相输入端的基准电压值，M5249输出一个高电平，经R306加到VT301的基极，使VT301饱和导通，继电器K通电吸合，电磁阀自动打开，浇水开始。当相对湿度达到70%以上时，比较器输出转成低电平，使VT截止，继电器K断电，电磁阀自动关阀，浇水停止。只有当温度在20℃到25℃之间，同时湿度在70%RH以上时，整个系统都不工作。

在电路元器件安装过程中，除热敏电阻器Rt、湿敏电阻器RS、加热器、换气扇、电磁水阀外所有电子元器件安装在一块自制的印制电路板上，并将其装入大小合适的塑料盒内。在盒侧面开数个透音孔，将扬声器固定在机盒内透音孔上。其中整机电路中各个点的参数设计如下表所示：

A B C D E 2.3V(35℃) 3.6V(50%RH) 0.3V(50%RH) 3.4V(18℃) 2V(有效值) 0V(21℃) 0.2V(70%RH) 11.6V(70%RH) 0.2V(21℃) F 3.7V(18℃) 0.3V(21℃) 39

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8wm3.html