高原仿真系统设计控制部分(附件)
毕业设计论文中文毕业设计论文中文本文主要设计与制作一种高原仿真系统，在确保安全的条件下，实现Hi-Lo、Hi-Hi、Lo-Hi等模式的高原环境仿真，重点完成对环境中氧气、二氧化碳的浓度以及温度、湿度参数进行控制。该系统设计是基于STC15单片机中IAP15W4K58S4控制的硬件设计和软件设计，其中包括了电源接口电路、继电器隔离输出电路、数据线电平转换电路、按键电路和显示电路。其主要功能是网络传输单元将串口输出，通过有线传输至显示单元进行显示，然后由继电器电路控制外部磁阀的通断，对于所控参数的调节则由与各继电器相连的对应风扇进行调节控制。因此在一个密闭空间下，可实现对空气中温度等参数的控制，该系统方便，工作稳定，现场使用效果好。关键词 IAP15W4K58S4，控制系统，串口输入，Keil uVision
目 录
1引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2研究目的和意义 1
1.3系统研究的功能 1
2控制系统的总体设计 2
2.1系统设计内容 2
2.2系统设计要求 2
2.3系统设计方案 2
2.4系统结构框图 3
3元器件介绍 3
3.1单片机IAP15W4K58S4 3
3.2继电器 7
3.3 12864显示屏 8
4 硬件功能模块设计 8
4.1电源接口模块 9
4.2继电器隔离输出模块 9
4.3 温湿度传感器接口模块 10
4.4数据线电平转换模块 11
4.5按键电路模块 11
4.6时钟电路模块 12
4.7显示模块 13
4.8 USB转换TTL电路模块 13
5软件功能设计 14
5.1软件编程结构设计 14
5.2程序设计流程图 14
6控制系统的测试 15
6.1硬件板图 15
6.2系统调试过程 16
6.3演示图 20
6.4操作时的注意事项 20
总 结 21
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
22
参 考 文 献 23
附录 24
1引言
1.1课题研究背景
高原反应是人到达一定海拔高度后，身体为适应低压低氧环境而产生的生理反应，海拔高度一般到达2700米左右时，就会有高原反应。根据高原反应发生的时间，可将其分为急性和慢性高原反应。高原环境中大气压随高度而变化，组成大气的各种气体的分压，亦随高度而变化，即随高度增加而递减。氧气分压也是如此。高原地区大气压降低。大气中的含氧量和氧分压降低，人体肺泡内氧分压也降低，弥散入肺毛细血管血液中的氧将降低，动脉血氧分压和饱和度也随之降低，当血氧饱和度降低到一定程度，即可引起各器官组织供氧不足，从而产生功能或器质性变化，进而出现缺氧症状，如头痛、头晕、记忆力下降、心慌、气短、发绀、恶心、呕吐、食欲下降、腹胀、疲乏、失眠、血压改变等。古代医学和有关文献资料中，人们对高原气候环境对人体健康的影响就有了较为客观、正确的认识。研究表明，长期在高原环境中生活与训练可以提高红细胞的运氧能力，不仅有助于耐力项目运动员提高运动成绩，也在某些方面有助于促进人体健康。国内外训练工作者在20 世纪60 年代就开始注意到，生活在高原地区的运动员具有较高的耐久力。因此高原训练得到国内外体育界的普遍重视。为了方便地在低海拔地区实现这一目的，可以采取人工方法来仿真高原的低氧环境。高原仿真系统的设计能够为运动员高原区的体育训练提供重要的理论基础。本课题就是要设计与制作高原仿真系统，在确保安全的条件下，实现HiLo、HiHi、LoHi等模式的高原环境仿真，着重完成对氧分压、温度、湿度等关键参数的调控。
1.2研究目的和意义
随着科学技术的进步，对氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度等关键参数的调控技术广泛应用于社会生活的各个领域,适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业[1]。随着科技水平的提高,其中温湿度控制系统作为实现设备小型化、智能化和自主知识创新的重要元素,目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信和人们日常生活等各个领域,越来越发挥着极其重要的作用[2]。在某些行业中对温湿度的要求较高，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的事故时有发生，对系统的可靠运行造成影响，甚至危及到系统局部及操作人员的安全。所以对环境内氧气浓度、二氧化碳浓度和温湿度更快、更准、更稳地调节是一个重要的研究问题。以往人工测试方法费时费力、效率比较低且其控制时容易出现较大的误差，本次设计中利用的单片机对氧气、二氧化碳以及温湿度控制实现起来简单灵活[3]。除此之外，这样功能较强，体积小方便携带且其所需成本较低，很好的满足了人们的需求。
1.3系统研究的功能
由单片机控制继电器通断实现：
（1）氧气浓度氧过低：通入空气。
（2）当二氧化碳浓度过高时，打开设定的二氧化碳排风风扇进行排风来降低其浓度。
（3）当温度过高时，其相关继电器开通使得风扇转动，温度降低。
（4）当湿度过高时，与之对应的风扇转动，湿度降低。
以上控制参数均可通过串口输入设置其设定值，使得温湿度在控制范围之内，当其超过上下限值，电路接通，随后通过单片机控制继电器使之回到设定值之内。
2高原仿真系统的总体设计
2.1系统设计内容
（1）学习和掌握模拟电子技术、数字电子技术、自动控制技术和计算机应用相关的知识。
（2）学习和掌握Keil uVision的使用；
（3）完成基于单片机的控制的控制硬件电路和软件设计。
2.2系统设计要求
（1）主要研究的是一种基于单片机的高原仿真控制系统，要求根据开题设计的功能要求，完成基于单片机的各控制单元的硬件电路设计，其主要包括:单片机系统模块、电源接口模块、继电器隔离输出模块、时钟电路模块、键盘接口模块、显示模块和USB转TTL电路模块。完成电路原理的设计，并绘制其原理图，要求所做系统控制调节参数。
目 录
1引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2研究目的和意义 1
1.3系统研究的功能 1
2控制系统的总体设计 2
2.1系统设计内容 2
2.2系统设计要求 2
2.3系统设计方案 2
2.4系统结构框图 3
3元器件介绍 3
3.1单片机IAP15W4K58S4 3
3.2继电器 7
3.3 12864显示屏 8
4 硬件功能模块设计 8
4.1电源接口模块 9
4.2继电器隔离输出模块 9
4.3 温湿度传感器接口模块 10
4.4数据线电平转换模块 11
4.5按键电路模块 11
4.6时钟电路模块 12
4.7显示模块 13
4.8 USB转换TTL电路模块 13
5软件功能设计 14
5.1软件编程结构设计 14
5.2程序设计流程图 14
6控制系统的测试 15
6.1硬件板图 15
6.2系统调试过程 16
6.3演示图 20
6.4操作时的注意事项 20
总 结 21
致 谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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参 考 文 献 23
附录 24
1引言
1.1课题研究背景
高原反应是人到达一定海拔高度后，身体为适应低压低氧环境而产生的生理反应，海拔高度一般到达2700米左右时，就会有高原反应。根据高原反应发生的时间，可将其分为急性和慢性高原反应。高原环境中大气压随高度而变化，组成大气的各种气体的分压，亦随高度而变化，即随高度增加而递减。氧气分压也是如此。高原地区大气压降低。大气中的含氧量和氧分压降低，人体肺泡内氧分压也降低，弥散入肺毛细血管血液中的氧将降低，动脉血氧分压和饱和度也随之降低，当血氧饱和度降低到一定程度，即可引起各器官组织供氧不足，从而产生功能或器质性变化，进而出现缺氧症状，如头痛、头晕、记忆力下降、心慌、气短、发绀、恶心、呕吐、食欲下降、腹胀、疲乏、失眠、血压改变等。古代医学和有关文献资料中，人们对高原气候环境对人体健康的影响就有了较为客观、正确的认识。研究表明，长期在高原环境中生活与训练可以提高红细胞的运氧能力，不仅有助于耐力项目运动员提高运动成绩，也在某些方面有助于促进人体健康。国内外训练工作者在20 世纪60 年代就开始注意到，生活在高原地区的运动员具有较高的耐久力。因此高原训练得到国内外体育界的普遍重视。为了方便地在低海拔地区实现这一目的，可以采取人工方法来仿真高原的低氧环境。高原仿真系统的设计能够为运动员高原区的体育训练提供重要的理论基础。本课题就是要设计与制作高原仿真系统，在确保安全的条件下，实现HiLo、HiHi、LoHi等模式的高原环境仿真，着重完成对氧分压、温度、湿度等关键参数的调控。
1.2研究目的和意义
随着科学技术的进步，对氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度等关键参数的调控技术广泛应用于社会生活的各个领域,适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业[1]。随着科技水平的提高,其中温湿度控制系统作为实现设备小型化、智能化和自主知识创新的重要元素,目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信和人们日常生活等各个领域,越来越发挥着极其重要的作用[2]。在某些行业中对温湿度的要求较高，由于温度过高或过低引起的元器件失效或由于环境湿度过高而引起的事故时有发生，对系统的可靠运行造成影响，甚至危及到系统局部及操作人员的安全。所以对环境内氧气浓度、二氧化碳浓度和温湿度更快、更准、更稳地调节是一个重要的研究问题。以往人工测试方法费时费力、效率比较低且其控制时容易出现较大的误差，本次设计中利用的单片机对氧气、二氧化碳以及温湿度控制实现起来简单灵活[3]。除此之外，这样功能较强，体积小方便携带且其所需成本较低，很好的满足了人们的需求。
1.3系统研究的功能
由单片机控制继电器通断实现：
（1）氧气浓度氧过低：通入空气。
（2）当二氧化碳浓度过高时，打开设定的二氧化碳排风风扇进行排风来降低其浓度。
（3）当温度过高时，其相关继电器开通使得风扇转动，温度降低。
（4）当湿度过高时，与之对应的风扇转动，湿度降低。
以上控制参数均可通过串口输入设置其设定值，使得温湿度在控制范围之内，当其超过上下限值，电路接通，随后通过单片机控制继电器使之回到设定值之内。
2高原仿真系统的总体设计
2.1系统设计内容
（1）学习和掌握模拟电子技术、数字电子技术、自动控制技术和计算机应用相关的知识。
（2）学习和掌握Keil uVision的使用；
（3）完成基于单片机的控制的控制硬件电路和软件设计。
2.2系统设计要求
（1）主要研究的是一种基于单片机的高原仿真控制系统，要求根据开题设计的功能要求，完成基于单片机的各控制单元的硬件电路设计，其主要包括:单片机系统模块、电源接口模块、继电器隔离输出模块、时钟电路模块、键盘接口模块、显示模块和USB转TTL电路模块。完成电路原理的设计，并绘制其原理图，要求所做系统控制调节参数。
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