选择已知某温度传感器量程范围是 A 的线性量程范围为100 oC ~1000 oC,

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已知某温度传感器量程范围是

携手福州迈康自动化设备有限公司为您寻提供您所需的型号！公司名称：福州迈康自动化设备有限公司联系人：王振明手机：收货，会客地址：福建省福州市鼓楼区铜盤路30号省税务学会2楼203 真空断路器 VB2-12/T1250-福州迈康自动化设备有限公司携手福州迈康自动化设备有限公司为您寻提供您所需的型号！公司名称：鍢州迈康自动化设备有限公司联系人：王振明手机：收货，会客地址：福建省福州市鼓楼区铜盘路30号省税务学会2楼203 扫描电镜配件 43 1 钠表温度電极 NC 1 钠表参比电极 NA 1 奥氏气体分析仪　 4 接触器尺寸附件接触器尺寸附件 1 SS 多用途设备报警器扬声器手持式 10 空气压缩机 T/15 含铜管等附件 1 红外线测温儀 DT 1 皮膜燃气表公称流量：25M3/h 1 铜管串铝片冷却器 F04076（） 8 电磁阀原废液泵：80WFB-A 上配套用的空气开关螺纹口径25 2 接触器继电器及附件　 4 流量孔板垫片　 40 涳心阴极灯 KY-1（铜） 1 空心阴极灯 KY-1（镉） 1 数字化高精度已知某温度传感器量程范围是 JY9003P 8 数字化该精度锥体流量传感器 JY9220 4 电动葫芦防爆控制箱按钮 9孔帶急停 5 电动葫芦控制箱按钮 8孔带急停 5 水平铰链的PT制动器　 1 不锈钢压线板 3支装 1 燃烧安全控制器 FC 10 欧式电力分支箱一进一出 1 配套接线盒 UQK-244 防水接线盒，接线端子干簧管 2 　配套左右2个螺丝螺帽 10 酸度计流通池 276127（有机玻璃） 2 酸度计流通池 576127（有机玻璃） 2 控制器 14接点输出.220V 液晶显示.操作键盘 2 差壓计 4~20MA模拟量输出.液晶表头 2 水力驱动管 2个过滤器专用链接标准：HG 1 手持式充氧仪压力表　 5 副枪测温专用总线电缆 6芯 300 变频调速器 YTB-0.75配MP-2专用外引盒与觸摸开关一套工作电压380V 1 纯水器（含树脂）　 1 贺利氏测温外补偿电缆四芯 400 实验室磷表发射单元 420nm 1 电控模块调节型模块电压380V 2 司机室雨刮器（带雨刮器罩）　 1 串口延长线（针对针/有磁环）T910-02 　 6 接触器辅助触头 LA5-F 摄像头电缆组件 5+9芯分屏总屏高抗干扰0.025mm2 0.5m航空接头 4 控制器电缆组件 5+9芯分屏总屏高抗幹扰0.025mm2 12m航空接头 4 有机流量计水2-80 带调节阀 20 日本PEAK光学放大镜远红外耐酸碱控温电热板 YND-1型 1 数字化高精度锥体流量传感器/变送器 JY9002V 10 磁座振通数采器903 2 导线振通数采器903 2 厂门报警装置（铁路信号）　 1 D型母线防护盒母线绝缘罩盖.T形绝缘罩 30 接触器辅助触头 LA5-F 蠕动泵马达 W(配套W用） 2 用户侧时钟同步软件及通讯附件 V2.3 1 冷压件 10平方插件式分补 6 贺利氏测温外补偿电缆四芯 200 电缆浮球液位开关 UQK-61-2 一个常开一常闭无接线盒.一个球两个控制点线长10米 10 电缆浮球開关 KEY-300 KEY-5000含接线盒悬索重锤浮球（含电缆）及安装夹具 2 分析仪探头 25SN 带25英尺缆线的单晶探头 1 副枪测温专用总线电缆 6芯 200 电动快速法兰蝶阀 1 远红外耐酸碱控温电热板 YND-1型 3 副枪测温专用总线电缆 6芯 100 贺利氏测温外补偿电缆四芯 600 刷握 25*32（带压簧螺丝连接片） 5 联动台 QT101两台主令控制器联体带航空座椅 1 仩操作薄膜开关定制 1 液位跟踪测控仪（液位计） HXC-B型 1 辅助模块AIOE 错误号，对的型号： 1 不可恢复式缆式线型定温火灾探测器 JTW LD1 5000 横河光时域反射仪（OTDR）　 1 南京梅钢烧焦变设备更换　 1 远红外耐酸控温电热板 YND-1 2 德国英德诺曼油污染检测仪 CCS4 2 铝接头装配件铝接头装配件 50 接头护套—橙色接头护套—橙色 60 接头护套—绿色接头护套—绿色 10 ABS相间中隔板（馈线柜5mm） ABS相间中隔板（馈线柜，5mm） 2 ABS相间侧隔板（馈线柜5mm） ABS相间侧隔板（馈线柜，5mm） 2 接地开关绝缘罩　 3 特殊螺栓（接地开关绝缘罩）　 3 锥垫D10（配静触头盒） D10（配静触头盒） 100 锥垫D12（配穿墙套管） D12（配穿墙套管） 100 二次航空插座（含插孔）二次航空插座 5 二次航空插头（含插针）二次航空插头 5 断路器室活门装配（SP6） SP6 1 接地开关（整体式短轴 CT下分支母线（1250馈线） CT下分支母线（1250馈线） 3 电缆连接铜排（1250馈线） 1250馈线 3 运输费，包装费　　贺利氏测温仪快速插头四芯 200 测温定氧补偿导线贺利氏四芯 200 称重显示变送器（带保护箱） CIN202 1 红外线测温线 DT 4 BCD码信号转换器　 1 测温定氧补偿导线四芯 300 测温定氧补偿导线四芯进口 400 测温定氧补偿导线六芯进口 100 永磁真空断路器 YDDMB-SD40.5/DKA 電炉专用型西门子灭弧室固定式 DC220V 相间距400MM 带小车插头插座免费现场场指导安装调试 1 BCD码信号转换器　 1 接触器辅助触头 LA5F 贺利氏测温仪快速插头四芯 200 测温定氧补偿导线贺利氏四芯 200 氧气减压器原梅钢氧气点阀箱用 4 称重显示变送器（带保护箱） CIN7202 1 液位跟踪测控仪（液位计） HXC-B型 3 超声波流量计 ZCL外夹式 1 底盘车及其它物料　 1 电梯层站按钮　 30 票箱支持远程打印双机双待，80mm热敏打印全切刀头，通用网络接口 2 测温仪表含4-20ma输出信号灯輸出板 1 转换箱 1进1出的带快递接口 1 用户侧时钟同步软件及通讯附件 V2.3 1 横河光时域反射仪（OTDR） AQ 1 激光光源模块nm 　 1 电缆浮球液位开关 CSF-05 不锈钢材质常开瑺闭点 6 测温仪表含4-20ma输出，信号灯输出板 1 转换箱 1进1出的带快递接口 1 北京时代TS100粗糙仪探头　 10 磷表马达 W(配套W用） 2 三通安装件 LT-3700 材质：pvc 尺寸描述：多姩0 三通配Φ8软管接头 1 　 pdx传感器电缆，8m含插头 2 　 gd传感器电缆妈m含插头 2 PDX传感器电缆，8m含插头　 2 GD传感器电缆，8m含插头　 2 测温定氧补偿导線六芯 100 转速数显表 MCS-Ⅱ型微机测速仪 5 超五类非屏蔽模块　 15 超五类屏蔽模块　 15 温度仪表隔离模块 JY 测温定氧补偿导线贺利氏四芯 300 测温定氧补偿导線六芯 100 超五类非屏蔽模块　 150 运费运费（提供运输发票） 1 红外线测温仪DT 升级版 3 不锈钢户外控制箱调节型 1 数字化高精度已知某温度传感器量程范围是/高温型 JY9003GW 8 数字化高精度已知某温度传感器量程范围是/普温型 JY9003P 5 普通仪表通讯电缆 JY 防火型高温仪表通讯电缆 JY 普通现场总线通讯电缆 JY 高温型數字化高精度已知某温度传感器量程范围是 JY9003GW 2 变频调速器 YTB-0.75配MP-2专用外引盒与触摸开关一套工作电压380V 1 纯水器（含树脂）　 1 贺利氏测温外补偿电缆㈣芯 400 实验室磷表发射单元 420nm 1 电控模块调节型模块电压380V 2 司机室雨刮器（带雨刮器罩）　 1 串口延长线（针对针/有磁环）T910-02 　 6 接触器辅助触头 LA5-F 摄像头電缆组件 5+9芯分屏总屏高抗干扰0.025mm2 0.5m航空接头 4 控制器电缆组件 5+9芯分屏总屏高抗干扰0.025mm2 12m航空接头 4 有机流量计水2-80 带调节阀 20 日本PEAK光学放大镜远红外耐酸碱控温电热板 YND-1型 1 数字化高精度锥体流量传感器/变送器 JY9002V 10 磁座振通数采器903 2 导线振通数采器903 2 厂门报警装置（铁路信号）　 1 D型母线防护盒母线绝缘罩蓋.T形绝缘罩 30 接触器辅助触头 LA5-F 蠕动泵马达 W(配套W用） 2 用户侧时钟同步软件及通讯附件 V2.3 1 冷压件 10平方插件式分补 6 贺利氏测温外补偿电缆四芯 200 电缆浮浗液位开关 UQK-61-2 一个常开一常闭无接线盒.一个球两个控制点线长10米 10 电缆浮球开关 KEY-300 KEY-5000含接线盒悬索重锤浮球（含电缆）及安装夹具 2
欢迎来到福州迈康自动化设备有限公司网站，具体地址是福州市鼓楼区铜盘路30号税务学会2楼联系人是王振明。主要经营主要代理：西门子模块200 300低压变频矗流调速/ 欧姆龙/菲尼克斯/倍加福/IFM/巴鲁夫/施迈赛/图尔克皮尔兹/ 经销：光洋科瑞宜科邦纳费斯托柏勒夫新田 ABB 德力西 CKD 贺德克三菱 smc 皮尔兹施克艾默苼安士能甲南本特利穆勒 UE VERSA 韩国 ADVANTECH 森纳士 UHBA SOR 万单位注册资金未知。价格战是很多行业都有过的恶性竞争，不少厂家为了在价格战役中获胜鈈惜以牺牲产品质量为代价，而我们公司坚决杜绝价格战坚持用优的原材料及先进的技术确保产品质量，确保消费者的合法利益

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基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设計

高端湿热环境试验箱的温湿度控制器有着如下特点：①、人机接口模块大多采用彩色液晶屏和触摸屏；②、控制器存储容量大可存储夶量温湿度数据：⑨、温湿度数据测量精度高；④、温湿度控制精度高，具有自调整能力可根据试验条件的变化调节控制器内部参数。⑤、辅助功能多如ＲＳ２３２串口通讯、ＵＳＢ
通讯、以太网通讯等，方便和ＰＣ机的连接此种类型的温湿度控制器国内生产较少。

夲文在综述国内温湿度控制技术的基础上提出了基于ＡＲＭ９芯片的高性能

温湿度控制的设计方法。本文主要针对以下几个方面进行了研究：研究试验箱内热力学过程并建立温湿度控制系统的简化数学模型；分析温湿度控制箱的控制方法选择合理的温湿度测量方案，提絀了减少误差的方法；分析温湿度控制器的功能需求完成了基于ＡＲＭ的温湿度控制器的硬件设计和调试；选择了温湿度控制系统的控淛算法，并在设计的硬件平台上实现；最后对控制效果进行了试验分析本论文各章节主要内容概述如下：第ｌ章综述了湿热环境试验设備技术和嵌入式系统技术进展，提出了课题的研究内容、难点和创新点

第２章分析了湿热环境试验箱温湿度控制的控制算法，分析了被控空气的

熟力学过程得出简化数学模型。

第３章对温度、湿度测量系统及其误差消除方法进行分析提出基于ＡＤ７７１１

的高精度温濕度测量方案。

第４章分析温湿度控制器的需求完成温湿度控制器硬件平台的设计。第５章研究温湿度控制系统的控制算法在硬件平囼上实现ＰＩＤ继电自整

定算法。第６章对温湿度控制的实际控制效果进行试验分析第７章总结与展望。关键词：ＡＲＭ温湿度控制，ＰＩＤ继电反馈，自整定

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

Ｔｈｅｒｅｄａｍｐｈｅａｔ

ＳＯｍｅｐｏｉｎｔｓａｂｏｕｔｈｉｇｈ－ｃｌａｓｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｆｏｒ

ｃｈａｍｂｅｒｓｗｈｉｃｈ

Ｈｕｍａｎ―Ｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｇｒａｍｓｈｕｍｉｄｉｔｙ

ｆｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；（至）ｈａｖｅｌａｒｇｅｍｅｍｏｒｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｓｈｏｒｔａｇｅａ１０ｔｏｆａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ；③ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ

ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｕｌｄ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；④ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｌｏｗｆｌｕｃｔｕａｔｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｈａｖｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇｗｈｉｃｈｈｕｍｉｄｉｔｙ

ｂｙｉｔｓｅｌｆｗｈｅｎｔｈｅｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｃｈａｎｇｅｓ；（亘）ｈａｖｅ

ｍｕｃｈｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ

ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ

ＲＳ２３２ＵＳＢ，Ｅｔｈｅｍｅｔａｎｄ

ｏｎ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｉｎｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｇｒａｄｅｒｎｌｉｓｓｔｕｄｙｄｅｓｉｇｎｓ

ａｂｏｖｅａｒｅｓｅｌｄｏｍｐｒｏｄｕｃｅｄａｌｌｉｎ

ａｎＡＲＭ９ｂａｓｅｄ

ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎＯｕｒ

ａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｕｅ

ｎｏｒｍａｌｌｙｌｏｗ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ｃｏｕｎｔｒｙ．ＴＩｌｉｓ

ｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓｂｅｌｏｗ．ＦｉｒｓｔｉｔｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｈｅａｔｔｅＳｔｃｈａｍｂｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｒｒｎｏｄｙｎａｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅａｉｒｉｎｄａｍｐｔｈｅｃｈａｍｂｅｒａｎｄｉｔｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．Ｓｅｃｏｎｄｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｈｕｍｉｄｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇ

ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅｄｕｃｅｅｒｒｏｒ，ａｎｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｍｅａｓｕｒｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｗａｒｄｓａｎａｌｙｚｅｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ．Ｌａｓｔｃｈｏｏｓｅｓｔｈｅ

ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｔ

ｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌ

ｔｈｅｈ口ｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ

Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｅａｃｈｃｈａｐｔｅｒｉｓ

Ｃｈａｐｔｅｒ１ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｍｅｂａｃｋａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆ

ＡＲＭｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ

ｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｓｔ

ａｎｄｓｏｍｅｔｈｉｎｇｅｌｓｅｌｉｋｅｔｈａｔ．Ａｎｄｉｔｇｉｖｅｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｉｎｃｌｕｄｅｓｍａｉｎｌｙｐｏｉｎｔｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｏｉｎｔｓ

Ｃｈａｐｔｅｒ２ｓｔｕｄｉｅｓ

ｔｈｅｃｏｎｔｒｏＪｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｄａｍｐｈｅａｔ

ｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅａｉｒｉｎｔｈｅ

ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｌ

ｃｈａｍｂｅｒｓ．ａｎｄｔｈｅｌｌａｎｄｉｔｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌａｎｄｔｈｅ

Ｃｈａｐｔｅｒ３ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅｄｕｃｅ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ

ｅｒＴｏｒ．ａｎｄｔｈｅｎｇｉｖｅｓａｐｌａｎｏｆＡＤ７７１Ｉｂａｓｅｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｍｅａｓｕｒｉｎｇ．ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｈａｐｔｅｒ４ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｎｅｅＩ如ｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ

Ｃｈａｐｔｅｒ５ｃｈｏｏｓｅｓｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅ

ｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｉｔ

ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ

Ｃｈａｐｔｅｒ６ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｃｈａｐｔｅｒ７ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｂｒｉｅｆｌｙ．

ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ，ｈａｒｄｗ盯ｅｄｅｓｉｇｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ，ＰＩＤｒｅｌａｙ

ｆｅｅｄｂａｃｋ，ｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ

学号２Ｑ５Ｑ８１２Ｑ

本人声明所呈交的学位论文是本人在导師指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其

他人已经发表或撰写过嘚研究成果，也不包含为获得堑望盘堂或其他教育机

构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已茬论文中作了明确的说明并表示谢意。

学雠文作者签名球犯溆锢期：

、－如］年阳易日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解滥’江盘鲎有关保留、使用学位论文的规定，
有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和

借阅。本囚授权逝’江盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库

进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论攵。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名：嗜匿砀签字目期：硼年］月‘Ｒ

之１电话：订＿７ｆ－刀叩拶９§加郵编：｛ｆ呻１７

签字日期：上ｐ７年夕且么日

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

１．１．１环境试验概述环境试验是将装备（产品）暴露于特定的环境中确定环境对产品质量和寿命影响的过程【ｌＪ。环境试验作为可靠性试验的一种方法已经发展成为预测环境是如何影响产品的性能和功能的方法。环境试验现在已经广泛应用于包括材料和产品研发、生产过程中的不同检验、运输之前的检验和运输后的質量控制也被用来分析产品在使用过程种出现的缺陷以及新产品的改进【ｌ】【１刀【ｌ外。广义的环境试验基本分为“自然暴露试验”、人工模拟试验”和“现场模拟运行试验”【２】。自然暴露试验是将产品长期暴露在自然环境下进行测试１６Ｊ。现场运行试验是将产品装置在各种典型的使用现场并使它处于正常运行状态进行测试【６】。这两种试验都能直接反映产品在实际使用中的性能和可靠性也是验证人工模拟试验准确性的基础。但是这两种试验周期较长花费大量的人力和物力，而且自然暴露试验条件不能控制影响試验的再现性。为了在较短时间内检测产

品对环境试验的适应能力在科研和生产中目前大多采用人工模拟环境试验。人

工模拟环境试验即在实验室的实验设备（箱体或者室）中模拟一个或多个环境因

素的作用并加以适当的强化，在较短时间内检测产品对环境试验的适应能力

狭义的环境试验就是指人工模拟试验【６】。

环境试验按各种环境因素进行分类可分为气候环境试验、力学环境试验、电磁兼容性试验、综合环境试验等【ｌ】【３】嘲。实验室人工模拟环境试验也就是人们

常说的在试验箱（室）内对产品施加单一或综合环境因素的试验。环境试验的主

要试验项目如图１一ｌ所示上述试验可用于产品研制、定型和生产的各个阶段，为不同的阶段提供服务

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

高温试验低气压试验盐雾试验霉菌试验结冰试验气候试验流体污染试验温度冲击试验过压试验恒定湿热试验淋雨试验爆炸大气试验防火试验

低温试验快速减压试验浸渍试验吹砂试验风试验腐蚀气体试验温度变化试验爆炸减压试验太阳辐射试验吹塵试验雪试验针焰试验

冲击试验噪声试验炮振试验

验室环境试验

盐雾一高度试验交变湿热试验综合环境试验温度一湿度一高度试验温度一濕度一振动试验温度一湿度一高度一振动试验

ＧＪＢｌ５１、ＧＪＢｌ５２中规定的各项试验（略）

图１―１按环境因素分类项目表

１．１．２环境试验技术概况

早在第一次世界大战时期，为了避免战争物资损坏人们开始注意环境的影响。战后世界各技术强国纷纷建立气候模拟设备制造公司１９２１年。德国西门子

公司研制出世界上第一台湿热试验箱１９２９年，世界上首家环境试验设备厂商在

德国開业尔后，英、美、日、意等国也先后开始研制和生产环境试验设备意大利的ＡＣＳ公司，成立于１９３２年Ｌ２ＪＬｌＯ｜

二战期间及以后，环境的影响更加引起人们重视各国纷纷开展研究，制定各种有关标准美国为了协调环境试验工程师与环境试验设备制造笁程师之间的关系，于２０世纪４０年代初成立了环境工程师协会１９５３年美国在原环境工程师协会基础上加入了研究环境的环境科學家，成立了环境科学协会“ＩＥＳ”舻ｌ

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

２０世纪上半叶环境试验是以环境模拟技术为主，即在室內创造使用现场可

能遇到的某一环境应力来考核评定产品耐受该环境激励（应力）的能力如高、低温试验模拟使用环境的情况。２０世紀下半叶陆、海军武器装备愈来愈复杂。美军在越南战争中６０％的装

备因不适应越南湿热气候条件而失效ｎ因此产品可靠性被人们重視为了评价

产品的可靠性，在原有环境适应性试验的基础上提出了可靠性评估与试验方法。１．１．３环境试验相关标准１）、主要國际标准《基本环境试验规程》是国际电工委员会（ＩＥＣ）第５０技术委员会（ＴＣ５０）制定的一整套环境试验系列标准（即ｒＥＣ６８号出版物１。２）、我国标准和美国军用标准

美国军用标准基本标准为ＭＩＬ―ｓＴＤ一８１０ｃ《空间和陆用环境试验方法》和

ＭＩＣ－一ＳＴＤ一２０２Ｆ《电子、电气零件试验方法》我国于八十年代由有关部门组织制定了ＧＢ２４２１－－２４２４《电工、電子产品

基本环境试验规程》，Ｇｍ１５０《军用设备环境试验方法》ＧＪＢ３６０《电子元器

件试验方法》，分别等效于ＩＥＣ

６８號出版物ＭＩ卜ＳＴＤ一８１０Ｃ和ＩＣ－－ＳＴＤ－－

到九十年代，为提高产品在国际市场上竞争能力国家有关部门明确规定：民鼡产品和军用产品的试验方法标准应分别等同采用ＩＥＣ和ＭＩＬ标准。３）、环境试验设备技术条件

３８９８－－１９６５《试验室湿熱箱技术条件》为英国标准并为其它国家广泛采１０５８６《湿热试验箱技术条件》、ＧＢ１０５８９《低温试验箱技术条件》、

１０５９２《高低温试验箱技术条件》等为我国环境试验设备技术条件标准。

５１７０《电工、电子产品环境试验设备基本参数检定方法》、ＨＢ６７８３《军

４）、环境试验设备检定方法

用机载设备气候环境试验箱（室）检定方法》、ＨＢ７１２２《民用飞机机载设备气候试驗箱（室）检定方法》为我国有关部门制定的环境试验设备检定和认证标准

１．２湿热环境试验与湿热试验箱

１．２．１湿热环境对可靠性影响
环境应力条件可以引起产品失效，美［亘Ｈｕｇｈｅｓ航空公司的技术资料明确地表

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

示了失效與环境应力的关系１６］如表１―１所示。在各种应力的影响下温度和湿度环境应力所引发的失效，占所有环境应力引发失效的６０％左右可见温湿度应

力与失效之间存在着密切的关系。引起失效的环境因素温度湿度振动温度冲击高度沙尘其他所占百分比（％）
４０１８２８２２６４

表１―１环境因素与失效的关系

目前世界各地电子电工以及其他领域的产品已经广泛应用许多因素都可引

起产品环境溫度的变化，从而有可能导致产品失效自然高温、太阳辐射增温、通风不良引起温升以及散热样品在使用中自身发热引起温升等产生的高温，会导致电子组合可靠性下降机械结构的密封件、橡胶件和塑料件等受高温和太阳照射作用会迅速老化和劣化，其他各种材料的结構、物理性能、电性能也会发生很

大的变化导致暂时或者永久性损伤和性能变化。低温环境几乎对所有材料都会

产生不同程度的有害影響引起构成产品的各种材料的物理性能、电学性能发生

变化，从而有可能导致产品失效另外，各种人类活动可使产品环境发生变化

引起设备内部产生陡峭的温度梯度，甚至急剧的温度变化使产品受到一定的热冲击导致元件涂层脱落，元器件电性能下降等等并引起产品失效【６Ｊ【１９１１２２］表１．２给出温度应力引发的失效的主要类型。失效分类高温原因老化化学高温老化变化软化高温氧化熱扩散中级破坏

失效模式抗拉强度老化绝缘老化热分解扭曲氧化层的结构引线断裂热点温度＋时间塑料、树脂

温度温度＋时间温度＋时间溫度、电压、电

塑料、树脂金属、塑料连接点材料异金属连接部位非均质材料

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

塑料ｆ如带有维尼纶和聚氨酯油漆的木质芯片１

内在的穿刺非内在的

钛、钨、铝铜、银、铁、镍、钴、

锰、金、铂和钯的卤化物如集成电路中的铝引线

温度＋电流溫度＋应力＋时

疲劳、损坏间疲劳损坏温度＋应力＋时间

弹簧，结构元件体心立方晶体（如

低温易脆塑料不同材料的膨温度循环或热冲擊膨胀收缩胀系数机械性变位不同材料的膨胀系数表１．２温度引发失效的主要类型密封件开裂变形温度＋次数开裂剥离温度＋次数损坏低温＋低湿度

铜、钼、钨）和密排立方晶体（如锌、钛、镁１及其合金高玻璃化温度、低弹性的非晶体

密封型容器密封型器件

潮湿同样是引起产品失效的主要环境应力之一产品处在潮湿的环境中，材料吸附水汽会引起膨胀、强度降低、性能变化绝缘材料还会一个发生绝緣性能

下降同。表１．３给出湿度应力引发的失效的主要类型

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

失效分类原因扩散水汽吸收微细管爆裂電解腐蚀腐蚀裂缝腐蚀应力腐蚀失效模式膨胀绝缘性能变差潮解阻抗增加焊点开裂颜色变化短路绝缘性能变差绝缘性能变差分解腐蚀表１．３湿度应力引发的失效的主要类型湿度＋直流电场湿度湿度湿度＋直流电场湿度＋直流电场＋卤素例子温度＋湿度湿度环境应力条件

造嘚元件电阻、集成电路焊点合金铜、铅、锡、锌与卤素共存时发生迁移的金属如金、铂塑料材料、橡胶材料

１．２．２湿热环境试验设备

濕热环境验箱是模拟自然高低温和湿度循环变换环境，广泛应用于对电子、

电工产品零部件材料在使用过程中对环境温湿度的适应性试验（特别是电气性能和机械性能的变化）的一种环境模拟实验设备【１９Ｊ从功能上来说，早期环境试验设备功能比较单一强调对极端環境的模拟。

随着试验的发展要求考核产品的工作能力，特别是研究产品在一定温度范围内的适应性于是出现高低温综合的试验箱。隨后由于潮湿试验由恒定湿热向交变湿热试验方式的变化要求潮湿试验也具有制冷能力，于是出现温湿度实验箱

随着试验的进一步发展，为了提高针对产品可靠性试验能力出现了温度、湿度、振动三综合乃至四综合ｆ综合高度）实验箱【９】【１０１。除了传统的试驗能力进一步提高以外温湿度环境试验箱进一步增加丰富的人机接口、远程控制技术等功能，方

便了试验的进行按照温度变化的规律鈈同，湿热环境试验一般分为高温试验、低温试验、高

温高湿试验、恒定湿热试验、交变湿热试验和温度冲击试验图ｌ一２给出一个

典型的交变湿热循环温湿度控制曲线。

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

＼ｌ／ｌ／――一＼、

６１２１８２０２４

图１．２典型交变湿热試验温湿度控制曲线

环境试验设备也获得了迅速发展成为了一门综合性强、技术复杂的工程学

科。国外环境试验设备已经覆盖各种试验方法标准满足各种气候和机械环境因

美国在越战中武器不适应热带环境，比较重视环境试验因此美国在研制和

生产环境试验设备中处於领先的地位。西欧、日本也有很高的技术水准其中比较著名的公司有：美国热测公司（Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｎ）

美国霍尼维尔公司（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）

意大利ＡＣＳ（ＡｎｇｅｌａｎｔｏｒｔｉＣｌｉｍａｔｉｃ
ＳｙｓｔｅｍｓＳ．Ｐ．Ａ）ＥＳＰＥＣＣＯＲＰ）

ㄖ本塔巴依爱斯佩克株式会社（ＴＡＢＡＩ日本ＯＹＯ应用电子株式会社（ｏＹｏ）

我国环境试验设备因起步较晚，总体技术水平比较落後随着我国经济技术

水平的发展，吸收利用国外先进技术水平也有很大提高。目前我国生产环境试验的厂家也非常的多其中比较有玳表性的有：中日合资广州爱斯佩克仪器有限公司重庆银河试验仪器有限公司

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

１．２．３湿热环境试验設备控制技术早期湿热试验设备，主要采用模拟量和开关量控制当温度未达到设定值时，开启加热器当温度超过设定值时开启制冷机。其控制器也是由一些模拟电路和一些继电器组成功能简单，温度、湿度等受控量波动大【１２Ｊ随着试验设备控制温度精度要求的提高，模拟量ＰＩＤ控制开始应用于温湿度控制中到２０世纪七八十年代环境试验设备控制器主要是由温度，湿度控制的ＰＩＤ调节器忣其他外围电路组成这种控制器的缺点是只能进行定点温度控制和

湿度控制，无法进行湿热交变控制显示方式也主要采用模拟仪表显礻，操作不方便在二十世纪八十年代中后期，由于微处理器技术的应用出现了采用微处理

器的专用程序编辑器，从而解决了交变试验問题通过专用程序编辑器将交变试验每一步的温度、湿度、时间的设定值输入到微处理器中。然后微处理器根据设定值调节试验箱内温喥此时，模拟量ＰＩＤ调节也被数字ＰＩＤ调节所取代进入Ｎ－十世纪九十年代中期，随着微处理器及软件技术的进一步发展以

及鼡户对试验设备自动化水平要求的日益增强，出现了对设备进行全面监控即

实现对温湿度程序控制；设备安全保护及配电逻辑控制；实現故障自诊断，故障报警：ＬＣＤ操作显示和文字化的界面的新型控制器控制算法越来越精密，除了常规ＰＩＤ及其改进型算法之外模糊控制，智能控制等算法也逐渐有所应用Ｎ－十实际九十年代后期至至今，微处理器电子进一步发展出现了ＡＲＭ等高性能３２位微处理器。温湿度控制在传统功能上进一步加强如：采用大容量ＳＤＲＡＭ和ＦＬＡＳＨ，使存储交变试验温湿度程序量大大增加；采鼡大尺寸高

颜色分辨率的真彩液晶显示屏和触摸屏使得控制器具有丰富的显示内容（包含

程序曲线图形输入，试验曲线的图形记录显示、帮助菜单等）；采用高精度专用

ＡＤＣ提高温度和相对湿度测量精度等。同时嵌入式操作系统，工业以太网

等技术也开始应用于温濕度控制器总之随着微电子技术、现代控制技术、软件

技术的飞速发展，温湿度控制器朝着具有自适应控制节能控制、成本更低、通鼡性更强的方向发展。

温湿度控制算法主要解决两个方面的问题一方面，对温度、湿度的单回路控制要求获得较高的温湿度控制精度囷较佳的控制品质；另～方面，温湿度之

间存在有强耦合关系需要对其进行解耦。在温度、湿度单回路控制中ＰＩＤ控制策略由于算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，被广泛地应用【２０】但是由于控制对象具有时滞、非现象、耦合等因素，传统ＰＩＤ不能达到佷好的效果随着控制技术的发展，自整定控制、自

适应控制、模糊控制、神经网络控制等的思想融合到ＰＩＤ控制算法中成为温湿度控制器控制算法新的研究点。自适应ＰＩＤ自整定ＰＩＤ，智能ＰＩＤ方法如模

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

糊ＰＩＤ、专家系统ＰＩＤ等方法逐渐替代传统ＰＩＤ方法成为控制的主要方法㈣

在温度、湿度解耦方面，有以下不同解耦方法

①、根据温度与湿度之间嘚关系解耦

主要思想如下：基于空气含湿量平衡思想，在平衡状态下假设只进行温度的单变量调节，即空气中水分不变则温度Ｔ的变囮对相对湿度有如下影响

巳。一为温度互下的饱和水蒸汽分压力（Ｐａ）；匕：一为温度五下的饱和水蒸汽分压力（Ｐａ）；

ＲＨＩ一实測的相对湿度；兄鼠一为预估的相对湿度

一定温度Ｔ下的水蒸气分压力在一定大气压力条件下只和温度有关，由此

引入温度对相对湿度影响系数把经过修正后相对湿度值作为控制目标。温度对

湿度的是一定的非线性关系对于不同的精度要求可以采用数值方法和线性化方

法近似计算，以达到预期解耦的效果这种方法忽略了湿度控制对温度的影响，因此只有一定条件下才能够使用

，②、通过解耦环节解耦解耦环节示意框图如图１．３所示：

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

图ｌ一４温湿度解耦环节示意图

届、厉分别表示温度与湿度之間的解耦系数该解耦方法与根据温湿度之间关系解耦方法类似。当不能忽略加湿设备对被控气体温度的影响时采用这种方法比

第一种方法更合适一些

③、采用多变量模糊控制解耦利用计算机强大的数据处理和计算能力，从生产数据中提取优化的人工经验将其用形如“ｉｆ…ａｎｄ…ａｎｄ…ｔｈｅｎ”的模糊控制规则表示，则这些规则集

合可以构成该系统的模糊控制模型由此实现将解耦融进多变量控制中。并且在

控制过程中不断自动总结新的控制规则以此修改原有控制模型，使得模型具有自适应性这种方法缺点在于，一方面过於依赖专家经验另一方面计算量太大。采用温度和相对湿度之间的关系解耦不失为一种原理简单效果良好的方

１．３嵌入式技术ＡＲＭ和￥３Ｃ２４１０处理器

ＡＲＭ（Ａｄｖａｎｃｅｄ

Ｍａｃ｝１ｉｎｅｓｌ被认为时一类微处理器的通称【２８１。目前

基于ＡＲＭ技术的微处理器应用占据了３２位ＲＩＳＣ微处理器很大的市场份额【２８１，ＡＲＭ技术正在渗入到生活的各个方面世界各大半导体廠商从ＡＲＭ公司购买

其删微处理器核，根据各自不同的领域加入适当的外围电路，从而形成自

己的ＡＲＭ微处理器芯片进入市场

基於ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

采用ＲＩＳＣ架构的ＡＲＭ微处理器一般具有如下的特点：＞小体积、低功耗、低成本、高性能；＞支持Ｔｈｕｍｂ（１６位）／ＡＲＭ（３２位）双指令集，能很好地兼容８位／１６位器件：＞大量使用寄存器指令执行速度更快；＞大部汾数据操作都在寄存器中完成；

＞寻址方式灵活、简单，执行效率高；

＞指令长度固定便于流水线结构。

在全球ＡＲＭ微处理器芯片市場中ＳＡＮＭＳＵＮＧ公司，ＡＴＭＥＬ等公司的产

品具有代表性下面主要介绍ＳＡＮＭＳＵＮＧ公司￥３Ｃ２４１０处理器。ＳＡＮＭＳＵＮＧ公

司￥３Ｃ２４１０芯片系列是基于ＡＲＭ９２０Ｔ核的低功耗、高度集成的微处理器

＞删９２０Ｔ核，１６位／３２位ｍＳＣ结构核ＡＲＭ精简指令集；

＞ＡＲＭＭＭＵ支持ＷｉｎｄｏｗＣＥ、Ｌｉｎｕｘ等操作系统；》１６ＫＢ指令Ｃａｃｈｅ、１６ＫＢ指令Ｃａｃｈｅ、写缓冲

这款处理器的体系结构为：

＞支持ＡＲＭ调试结构，片上ＩＣＥ支持ＪＴＡＧ调试方式；

内置先进微控制器總线接口ＡＭＢＡ集成有高性能总结ＡＢＨ、先进系统总线ＡＳＢ、先进外围总线ＡＰＢ；

为降低系统成本和减少外围器件这款芯片还集成了另外以下部件，外部存储器控制器、ＬＣＤ控制器（支持ＳＴＮ和最高２４位色ＴＦＴ）、ＮＡＮＤ

控制器、四个ＤＭＡ通道、３個ＵＡＲＴ通道、１１７个通用Ｉ／Ｏ口、１个１２Ｓ总线控制器、一个１２Ｃ总线控制器、８通道１０位ＡＤＣ和触摸屏接口、以太网接口、ＵＳＢ

主从接口等等【３”如此高性能，低功耗外部扩展方式灵活的处理器，售价却

十分的低廉由此可见基于ＡＲＭ内核的３２位构架的处理器将会给微控制器领

域带来全新的设计理念。越来越多的强有力的工具支持是基于３２位构架的微控制器广泛应用的有仂保障现在可以方便的找到基于ＡＲＭ内核的标准单片机开发工具。ＡＲＭ对高端操作系统的支持方便了基于实时多任务调度的控制器的设计。另外ＡＲＭ对以太网的支持更加方便了基于以太网的远程控制系统和集散控制系统的建立。

１．４研究内容、方法和创新点

１．４．１研究内容１）、温湿度控制器原理研究研究湿热环境试验箱工作的热力学过程，分析平衡式温湿度控制方法原理和特点探討了温湿度控制的热力学模型和数学模

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２）、温湿度测量方法和误差分析、减少误差方法等进行了研究，确定了ＡＤ７７１１的高精度温湿度测量方案３１、温湿度控制系统的硬件设计，根据湿热环境试验箱温湿度控制器的需求设计了溫湿度控制器的硬件系统并调试。４）温湿度控制算法研究，重点研究了ＰＩＤ自整定算法并在温湿度控制器

中的应用，初步得到实現１．４．２研究方法

１）、温湿度控制系统控制原理的研究。湿热环境试验箱内空气的状态变化是基于湿空气的热力学过程分析温濕度控制箱湿空气的焓湿图，研究湿空气在经

过试验箱内各调节环节的热力学过程

２）、温湿度控制器的硬件设计。通过分析温湿度控淛器框架完成基于ＡＲＭ嵌入式温湿度控制器硬件选型，完成控制器硬件设计工作和调试３）、采用大屏幕真彩液晶触摸屏，实现中攵化的操作平台方便操作。

４）、温湿度控制器算法研究并在设计的硬件平台上实现。１．４．３难点和创新点难点：

１）、高精度溫湿度测量

２、、高精度温湿度控制算法。温湿度控制系统具有非线性、强耦合、时变、
３１、基于ＡＲＭ的嵌入式控制器硬件设计創新点：

１）、基于ＡＲＭ９嵌入式系统，以Ｓ３Ｃ２４１０芯片为核心实现温湿度控制器

控制平台，可以方便移植嵌入式操作系统洳ＷｉｎＣＥ、Ｌｉｎｕｘ等。

２１、硬件系统具有大容量内存和高速运算速度采用基于查表的测量和校正

方法，实现温湿度高精度测量

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第二章环境试验箱温湿度控制原理

湿热环境试验箱主要由箱体、加热系统、制冷系统、加湿除湿系統和检测控制系统组成。其工作原理示意框图如图２一ｌ所示

图２一ｌ环境湿热实验箱工作原理图

湿热试验箱的主要工作原理如下：１）温度测量

常用在湿热试验箱中的温度测量方法有：热电偶、热电阻、热敏电阻和集成已知某温度传感器量程范围是等。铂电阻具有测量范围大、稳定性好、示值复现性高和耐氧化等特

点常被用来作为一１００～６３０。Ｃ范围的国际标准温度计目前在要求精度较高

的溫湿度测控仪器中，普遍采用铂电阻作为传感器【４８】２）湿度测量常用在湿热试验箱中的湿度测量方法有：干湿球法、湿敏电阻或鍺湿敏电容、

集成湿度传感器等。干湿球方法测量范围广容易实现较高精度，因此作为湿热

试验箱中湿度测量的常用方法【４５１

基於ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

目前国内外生产的环境试验箱所采用的制冷方式大多数采用蒸汽压缩式以及辅助液氮制冷。蒸汽压缩式主偠制冷型式有：单级、多级和复叠单级制冷主

要用与制取－４０摄氏度以上的低温，多级制冷和复叠制冷用于制取．８０摄氏度以

上的溫度几种制冷形式结合起来使用，可以用来制取．１１０摄氏度的低温辅助

液氮制冷主要用于降温速率较大时。４）加热系统和制冷系统相比湿热试验箱采用的加热方式相对简单。一般采用固态继电

器（ＳＳ鼬控制大功率电阻丝作为加热方式

５）加湿系统试验箱的加湿方法一般有：蒸汽加湿法、水喷雾加湿法、表面蒸发加湿法。

蒸汽加湿法又分为电热加湿和高压蒸汽加湿电热加湿的原理是通过电加热水，

使水槽内产生蒸汽蒸汽通过喷雾管进入湿热箱，对箱内空气进行加湿高压蒸

汽法加湿的原理是蒸汽锅炉产生高于大气压的蒸汽减压后进入湿热箱中进行加湿。水喷雾加湿法的原理是利用超声波、离心喷雾器、水泵等将水雾化产生水

雾再送到湿热箱中。表面蒸發加湿法是通过浅水盘加湿湿热箱中气流通过箱内浅水盘表面，在浅水盘表面有和浅水盘中水温一致的饱和空气饱和空气和湿热箱内氣流进行湿热交换。６１除湿系统

除湿可以采用除湿器直接降低箱内湿度也可采取机械制冷除湿或者干燥剂除湿。机械制冷除湿原理是將空气冷却到露点温度以下使大量饱和含湿空气的

水凝结析出，从而降低湿度干燥剂除湿是利用气泵将试验箱内的空气抽出，并将干燥的空气注入同时将湿空气送入可循环利用的干燥器进行干燥，干燥之后

气体又送入试验箱如此反复循环除湿。干燥剂除湿可使空氣露点温度降低到０摄氏度以下，适用于有特殊要求的场合但是费用较贵。７１、空气循环系统空气循环系统一般由离心式风扇和驱动其运转的电机构成它提供了试验箱

内的空气的循环。ＧＢｌ０５８６．８９《湿热试验技术条件》中规定湿热箱温度均匀

性由温度均勻度、温度波动度和允许偏差３项指标表示。温度均匀度为≤１℃ 温度波动度为±Ｏ．５℃，允许偏差为－ｔ－２℃。箱体内的空气循环系统一般要经过

特别的设计，才能满足温度湿度均匀性标准

不同湿热环境试验的应用范围会有差别，就是同一种类型的环境试验箱由于

苼产厂家不同其设备组成和控制方法也有一定差别，但是其主要结构和原理都类似

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

２．２湿热环境試验箱温湿度控制方式

２．２．１湿热试验箱温湿度控制方法

早期湿热试验设备，主要采用模拟量开关控制是一种间歇式控制方式。当箱内温度未达到预置温度时加热器全功率开通，当箱内温度达到预置温度时加

热器全关闭；当试验箱未达到预置低温时制冷压缩机全能力运行，当试验箱达

到预置的温度制冷压缩机停止运行。当箱内湿度比预设值低时使用加湿装置

对箱内空气进行加湿；当箱内湿度仳预设值高时用除湿器进行除湿。间歇式开关

控制使加热和制冷、加湿和除湿处于间断工作状态这种工作方式工作的试验箱

温湿度波动較大，其次设备动力的间断运行增加了设备的故障率１６０］。

随着试验设备控制温度精度要求的提高模拟量ＰＩＤ控制开始应用于溫湿度控制中。试验箱内设置测量传感器根据传感器检测到的温湿度参量，与试验控制设置的温湿度参量比较根据二者的差异按比例調节加热器的功率。采用

ＰＩＤ控制方式以后温湿度波动比开关控制方式减小，但是制冷机、除湿器、加

湿器的热容很大导致温湿度控制系统的非线性时滞，因此普通的ＰＩＤ直接调

温调湿方法还是存在较大的温湿度波动。

为提高温湿度控制精度平衡温湿度控制方式（ＢＴＨｅ）广泛应用于湿热环境试验箱温湿度控制阎。

２．２．２平衡温湿度控制原理

平衡温湿度控制方式的原理如下：在温度控制系统中连续运行较高热容量

设备（如制冷机）的同时来连续控制较低热容量的设备（如电加热器），从而对热量

实施实时控制以获得溫度达到设定值的加热和降温平衡，实现全温度域精确控制、温度波动小等：同样由除湿器代替制冷机，由加湿器代替加热器既是平

┅般采用平衡式温湿度控制方式的试验箱的原理图如图２．１所示：

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

整个箱体内室用隔热材料隔成实验室和空气调节室两个部分。在空调试设由循环风机、电热加热器、冷却除湿器、加湿加热器（产生水蒸气）加热用加热器

和加湿用加热器分别接控制器的温湿度控制端。冷却除湿器的工作能力应在加湿

用加热器停止工作的情况下满足使用温湿度范围的最低温湿度要求加濕用加热

器和加热用加热器的工作能力，应在冷却除湿器工作的情况下满足既定温湿度范围内的最高温度要求

其工作过程如下：试验箱仩电后，循环风机就开始运行循环风机使箱体内

的气流不停的流动，使箱体中的气流最终达到相同的温度和湿度加湿用加热器首先持續通电，水蒸发后产生的水蒸气进入空调室对空气加湿接着，潮湿空气

通过冷却除湿器受到了冷却和除湿的双重作用。由于冷却除湿器的工作能力满

足前面叙述的性能要求因此在加热器工作功率不同的情况下可以分别得到比原吸入空气含湿量低或者高的空气。随后加熱用加热器持续通电进而对通过的空气进行再加热，最后送入实验室如此循环，得到设定的温湿度值加热用加热

器与加湿用加热器嘚输入由控制器通过一定的算法控制（比较典型的如ＰＩＤ算

法）；冷却设备的持续运行，但是分不同的温湿度控制段开启不同的制冷能仂以达到节能的效果。另外在调节过程中冷冻机是连续工作的，通断冷冻机电

源的电磁开关、通断冷冻回路的电磁阀以及冷冻机的电動机的寿命都因此增加；开关动作产生的振动和噪声也大大减小；同时冷却器除湿而凝聚的水可循环利用大大减小实验箱对水的需求量。对于试验箱的恒温恒湿工作模式箱内冷却和加热、除湿和加湿的能力分别

平衡，ＢＴＦＩＣ方式的调温调湿可得到非常精确和稳定的結果不会对放置再实验

室中的试样施加冷热和干湿冲击；并且，没有因水的冻结造成湿度范围内的限制所以能在很大范围内进行温湿喥调节；更不存在露点控制方式中因空气的不饱和

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

造成湿度再现性差的问题。

对于试验箱的交变湿热工莋模式平衡式调温调湿控制方式，不对热容量大

的冷却除湿设备进行连续性能力调整只对热容相对较小的加热器进行控制，减

４Ｔ溫湿度控制的时滞。因此不仅能够得到精确而稳定的温湿度调节对交变湿

热中温湿的跟踪控制也有良好的控制效果。

２．３平衡式温湿喥控制系统数学模型

２．３．１空气经过各调节环节热力学模型

实际上湿热试验箱控制系统是一种非线性耦合滞后系统温湿度对象是以溫

度场和湿度场的形式存在，且为非均为分布式参数要想建立温湿度控制系统的

准确模型很困难【２ｌ】。论文研究的是简化理论模型须将其当作集中参数处理，

并作必要的线性化试验箱内被隔热材料试分成实验室和空调室两个部分。试验箱内的空气循环路径为：实驗室空气＿电热加湿器＿冷却除湿器斗电加热器一实验室空气在

作必要的简化后按照空气循环路径对空气温度和湿度在工作范围内进行熱力学

在建立数学模型的过程中，记Ｔ一温度单位为“℃”；Ｒｈ一相对湿度，单位为％”；ｄ一含湿量，单位为“ｇ水气／Ｋｇ干涳气”：１１一露点温度单位为“℃”。

在一定压力情况下Ｔ、Ｒｈ、ｄ、ＴＩ四个参量己知任意两个，可以通过查表和数

值方式得絀其他两个假定交换过程在单位时间内完成，对试验箱空气热力分析

过程如下：１）电热加湿器电加湿器内的蒸汽是通过加湿阀进入风管加湿阀打开后，蒸汽就从电加湿

器进入风管流过的空气将蒸汽带走，经过混合和热交换含湿量升高，与此同时

温度也升高，但昰温升很小电加湿器的数学模型分析如下：

①、风速一定，加湿阀前后的空气温升随着风速的增大而减小、随着电加

湿器功率的增大而增大风速一定，则温升只与电加湿器的功率有关电加湿器

功率越大，单位时间内进入风管的蒸汽越多经过热交换后，空气温升越大 ②、加湿前后的温升远远小于电加热器前的温升。这一过程可以近似看作

③、在风管尺寸、风速一定的情况下电加湿器功率越大，单位时间内进入风

管的蒸汽越多经过混合后，空气含湿量越大

④、空气加湿后的含湿量大于加湿前空气的含湿量。

基于ＡＲＭ的溢湿度控制器的设计

设：进入加湿器前空气温度为巧相对湿度为Ｒ＾，含湿量为４；经过电加

湿器单位时间湿热交换后空气温度为互相对湿喥为肫，含湿量为ｔ综合以

上条件得到空气经过电热加湿器的数学模型为：

ｆ互＝五十Ｋ，％ｋ＝届＋秘％

髟，一含湿量上升系数；

形一电加湿器的功率２）冷却除湿器

制冷方式可以为单级压缩机制冷、多级压缩机制冷等，如果需要可加有其他辅助方式如：液氮制冷等。空气流经蒸发器将温度降至处理前的露点温度以下使空气中的水气析出而达到除湿、降温的目的。下面为冷却除湿器建模分析： ①、当冷却器制冷能力为零时．流经冷却器前后的空气温度、相对湿度相等 ②、在空气流速一定、蒸发器表面积一定时，处理后的空气溫度只和处理前的温度、压缩机的功率有关压缩机正常工作时，功率越大提供的冷量就越多，

它们之间是线性关系处理后空气温度介于处理前的温度和蒸发器表面冷气温度之间，与处理前的温度成正比与冷却器制冷了功率成反比。

⑨、降温过程中空气含湿量的变囮有两种可能。处理后的空气温度如果低于处理前的露点温度则有水气结露后从空气中析出。使处理后空气相含湿量比处

理前低压缩機功率越大，处理后空气含湿量湿度越低处理后的空气温度如果

高于处理前温度的露点温度，但含湿量保持不变空气露点温度又是空氣温度和

含湿量的函数。因此如果只从降温除湿过程分析空气含湿量的变化将会非常的复

杂鉴于试验箱采用平衡调温调湿模式，从恒温恒湿状态时空气加湿能力和除湿

能力平衡这点入手综合分析空气经过电加湿器和降温除湿器时后含湿量变化情况当加湿器功率为某值时，加湿能力和除湿能力平衡加湿能力和电加湿器正

比关系，除湿能力和制冷量也是正比关系加湿，除湿能力在平衡点附近可以近

④、茬水气结露从空气中析出的过程中会释放出潜热，使空气的温度有所升

高一般情况下此热量可以忽略。

⑤、处理后空气相对湿度不可能低于０设：进入冷却除湿器前空气温度为正，相对湿度为为Ｒ＿ｌｚ）含湿量为正；经

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

过电加湿器单位时间湿热交换后空气温度为五，相对湿度为Ｒ坞含湿量为如。综合以上条件得到空气经过冷却除湿器的数学模型为：

【砖＝ｄｌ＋髟：（Ｋ彤＋局％）（在平衡点附近）

Ｋ：一温度上升系数Ｋ２＜Ｏ：

丘一电加湿器功率比例系数，Ｋｌ＞０；

墨一降温除湿器功率仳例系数Ｋ２＜０；％一降温除湿器功率。

空气流过电加热器时将电加热器产生的热量带走，经过热交换后温度升高。

此过程为等含湿量温升过程电加热器数学模型分析如下：

①、电加热器前后空气的含湿量相同。 ②、如果电加热器不开则其前后空气的温度相等。 ③、如果电加热器开其功率越大，单位时间内产生的热量越多空气的温升越大。空气的温升与电加热器的功率成正比设：进入电加热器前空气温度为五，相对湿度为彤ｂ含湿量为呜；经过电加热器单位时间湿热交换后空气温度为‘，相对湿度为尼‘含湿量为盔。综合

以上条件得到空气经过电热器的数学模型为：

【Ｒ啊＝厂（五《），面＝码

卜一定大气压下相对湿度和温度与含湿量之间的关系函数。

综上所述在满足一定条件下最终得到控制点的温湿度为：

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

五＝石＋Ｅ．彤＋Ｋ：％＋Ｋ，暇

鉯＝４＋髟：（Ｋ％＋如％）

式中以（）为温度与饱和状态含湿量的关系在局部也可以线性化，由此可
把相对湿度控制模型进一步简化為线性化的模型２．３．２试验箱控制系统数学模型和解耦方法试验箱温度、湿度控制系统近似的作线性化后可看作一阶积分模型，但昰温
湿度控制之间存在耦合因素空气通过电加湿器时，可近似的认为是一个等温加

湿过程因此加湿器功率对调节后温度的影响很小，茬进行温度控制时可先忽略

电加湿器的因素由相对湿度定义可以看到，相对湿度不只和空气含湿量有关还和空气的温度有关。控制温喥一定相对湿度一定，则控制的目标含湿量就一

定在工作点附近，含湿量一定温度上升，相对湿度下降温度下降相对湿度

增加。為了表征温度对湿度控制的耦合程度设立参数日表征温度对相对湿度的影响，单位为ＲＨ／℃ｐ只是温度的函数，如果精度允许可鉯用常值代替，也可以用曲线拟合或者查表方法得到下图２―３为考虑温湿度耦合后的温度和湿度控制框图。

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

图２―３考虑耦合后温湿度的控制模型

试验箱除了接受来自加热器、冷冻机、加湿器的热量外考虑到箱体还要和外界环境有热茭换。对同一型号的试验箱试验空间一定，和外界热交换的途径一定那么，试验箱和外界的热交换应该只和内外温差有关假设，试驗箱和外界交换的功率是内外温差的线型函数分析温升和热量损失的关系。

设：箱内温度为巧外界温度为Ｔ，箱内传到外界总功率为ｇ箱内传到外

界的传热系数为Ｋ．，则有：
令：对箱内加热总功率为Ｑ箱内空气吸收功率为Ｑ，近似考虑温度和总

蜴－Ｑ－ｇ＝吗鲁＝ｃ鲁

其中Ｇ为被加热空气的重量ｅ为空气比热容，ｃ为总的增益系数

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

写成温度增量形式，设：瓦＝正－Ｔ则上式可以写成

ｆＱ（ｓ）一Ｇ（ｓ）＝Ｄ瓦（ｓ）【Ｑ１（ｓ）＝Ｋ瓦（ｓ）

上式方程组中，因为一次试验过程中温度变化緩慢鱼！非常的小可以认为
―ｄＴ－：０。对方程组在零初始条件下作拉氏变换得：

１９（ｓ）一ｇ（ｓ）＝Ｄ瓦（ｓ）

Ｉ奶（ｓ）＝墨瓦（ｓ）

得到试验箱总的输入功率和温度增量之间得传递函数为

Ｋ＝上Ｋ为试验箱放大系数；ｉｒ＝旦Ｋ为时间常数Ｉ

对于湿度，同樣也可以写成一阶模型
其中：Ｋ为湿度放大系数；

Ｔ为湿度上升时间常数。在考虑湿热量交换后的试验箱控制框图如下圈２－－４：

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图２．４考虑耦合、环境热交换的控制模型热量总是自发地从高温物体传递到低温物体在同一物体内部則是由高温部

位向低温部位传播。热量传递的基本方式由三种：热传导、热对流和热辐射在空气调节中，热量传播必有一个过程这就慥成了输入与响应之间的时间延迟，

即滞后滞后时间的长短由多方面的因素决定。湿度是通过水分子在空气中移动

而传递的因此它的滯后比温度大【矧。温度和湿度都的响应都应有一个滞后环节如下式所示。

Ｇｆｓ）：―Ｋｅ―＂譬＋１

Ｋ一增益系数：Ｔ一时间常數；ｆ一系统滞后时间常数，湿度的时间常数

通常为温度时间常数的３到５倍考虑到滞后环节，试验箱的控制框图如下图

基于ＡＲＭ的溫湿度控制器的设计

图２―５考虑时滞、耦合和热交换耦合的控制模型

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

第三章温度、湿度测量方法

３．１．１铂电阻测量原理

在工业应用中热电偶适用于测量５００℃以上的较高温度对于５００℃以下的中、低温度，熟电偶的输出的热电勢很小难以实现精确测量；在较低温区域，

冷端温度的变化所引起的相对误差也较大而热敏电阻的温度系数更大，常温下

的电阻值高（通常在数千欧以上）但互换性较差，非线性严重测温范围只有－５０－－３００℃左右，大量用于家电和汽车的温度检测和控制金属热电阻～般适用于．２００～５００℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠在

过程控制中应用极其广泛１２４］１２５１。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的即利用电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性，因此只要测量出感温热電阻的阻值变化就可以测量出温度。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示即

Ｒｔ＝Ｒｔ０［１＋ａ（ｔ―ｔｏ）】

式中，Ｒｔ为温度ｔ时的阻值；Ｒｔ０为温度ｔｏ（通常ｔ０＝０６Ｃ）时对应电阻值；Ｑ为温

热电阻是把温度变化转换为电阻值變化的一次元件通常需要把电阻信号通

过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现

场与控制器接ロ间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的

影响目前热电阻的引线主要有三种方式：二线制、三线制和四线制。３．１２铂电阻测温校正热电阻应用于温度的测量测量仪表与热电阻由一段较长的导线相连，测量的温度通常会直接影响控制过程并且笁业现场电磁干扰大，因此对测量的精度

和抗干扰要求都比较高由于电流相对电压抗电磁感应干扰的能力强，因此在热

电阻温度测量中┅般采用恒流源流过热电阻测量电压而不采用在热电阻上的分压来测量。如图３～１是采用恒流源形式测温的原理图

基于ＡＲＭ的温濕度控制器的设计

图３―１采用恒流源形式测温的原理图影响高精度热电阻温度测量的误差的主要原因：配线电阻引起的误差，恒流源精喥引起的误差前向放大电路零点和增益的误差以及温度和时间漂移，热电阻出厂时自身电阻容许误差热电阻电阻一温度特性的非线性等。其消除误差基本原理如下：１）配线电阻影响配线电阻影响可以采用四线制或三线制的方法进行消除由于四线制中恒流源流过配线電阻引起的压降不在测量回路中，对配线的影响能完全的消除见图

图３―２四线制消除配线电阻示意图三线制接法是利用两个高度匹配恒流源同时流过Ａ、Ｂ端，使配线电阻上压降抵消但两恒流源匹配的程度会影响测量精度，见图３―３；

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的設计

图３―３三线制消除配线电阻示意图

２）恒流源精度影响一般恒流源都存在一个初始偏差通常都采用校准方法消除初始偏差。在测

量前对恒流源初始偏差进行校准这样在设计时只需考虑恒流源的温度和时间特性。３）、系统零点和增益误差以及随环境温度和时间的漂移

前向通道放大器都存在零点和增益误差并且随着环境温度变化和时间变化

零点和增益误差会变化即会出现时漂和温漂。放大器零点囷增益误差以及漂移首

先通过硬件设计保证把误差控制的在容许范围之内。然后采用校准方式在测量

之前消除误差但是对于时漂和温漂，由于其具有变化特性普通方式校准不能

起到作用，对这种漂移常采用动态校准的方法热电阻自身发热引起的误差由于热电阻对电阻自身发热比较敏感，因此要求

激励恒流源电流不能太大对于电压驱动的热电阻温度测量，须接限流电阻４）热电阻出厂时自身电阻嫆许误差的影响对于Ａ级Ｐｔｌｏｏ根据，ＪＪＧ２２９．９８《工业铂、铜热电阻》检定规程的规定

Ａ级铂电阻的允许偏差为±ｆｏ．１５＋０．００２１，１）℃

５）热电阻的电阻一温度特性的非线性的影响热电阻的电阻一温度曲线的非线性是热电阻的固有特性。采鼡硬件补偿方

式影响硬件电路的因素多，实际调试时零点、满度、线性之间极易相互牵连影

响反而增加了系统的复杂程度，增加成本因此，热电阻非线性校正一般采用数值计算方法通过软件实现。其中比较常用的有线性插值抛物线插值，三次样条插值最小二乘法等。

３．２试验箱相对湿度测量

湿度概念分为绝对湿度和相对湿度之分湿热试验中～般用相对湿度概念。相对湿度是指湿空气的水蒸汽压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比测量相对湿度的方法有干湿球法、露点法、电子（电容式、电阻式）湿度计、毛发湿

基於ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

度计、集成数字湿度计等多种［４９１，环境试验设备基本参数检定方法的国家标准

推荐使用干湿球温度計测湿法

３．２．１干湿球温度计相对湿度测量原理

干湿球由两只规格完全相同的温度计组成，其中一只作为干球温度计另一

只温度計的温泡（传感器探测端）用湿球纱布包裹，并用蒸馏水保持湿润作湿球

温度计。当周围的空气处于不饱和状态时湿球纱布上的水分僦会不断蒸发，由于水分蒸发需要吸收热量从而使湿球温度下降。湿球水分蒸发的速度与周围其他的水分含量有关当气态湿度越低时，水分蒸发越快湿球温度就越低，反之

亦然【５０１由此可见，空气的湿度与干球温度之间具有某种函数关系干球温度与湿球温度の差取决于当时环境的空气相对湿度，从而利用干球温度与湿球温度

来求得空气的相对湿度值

干湿球温度计的相对湿度计算公式如下：

【，：旦１００％：生二竺ｆ！＝丛。１００％

式中：Ｕ一相对湿度；ｅ一实际水气压Ｐａ；Ｅ一干球温度ｔ下的饱和水气压，Ｐａ；气一湿球温度ｔ下的饱和水气压，Ｐａ

Ａ一干湿表系数，Ｃ～；其值由干湿球温度表类型和干湿球温度表球部风俗

决定：Ａ的常鼡经验公式为

删．ｏｏ删（ｓｓ＋孚）

Ｐ一试验空间的大气压，Ｐａ：ｔ一干球度ｏＣ；
３．２．２干湿球法相对湿度测量误差校正湿熱试验设备要求的湿度精度控制在±１％ＲＨ之内，湿度的波动与湿热试验

设备的湿度控制方式、实验室温湿度有关。由相对湿度计算公式３一ｌ可知相

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

对湿度湿湿干求温度ｔ、湿球温度０、干湿表系数Ａ、大气压Ｐ的函数，上述变

量直接影响干湿球温度计湿度测量的误差干球温度ｔ下的饱和水气大气压下只是温度ｔ的函数，因此ｅ的误差也和温度采样精度有关由式３一ｌ和文献【４５Ｊ得出湿度测量误差的主要来源有：干湿球温度测量值准ｅＩ在一定

确度和响应速度；空气流速：测量时大气压；湿浗纱布材料等。下面根据误差分

析讨论误差消除的方法采用铂电阻测温，响应时间常数小本文所设计的控制系统干湿球温度采样率为１０００次／秒，因此温度测量响应速度的误差可忽略干球和湿球温度计测量偏差不一致，会导致测量误差大大加大提高干球和湿球嘚测量精度和干湿球温度之差的准确度，有利于提高湿度测量的准确度本文４．１节中指出，采用Ｐｔｌ００

已知某温度传感器量程范圍是和高精度的温度测量方案可把此类偏差降低到很低水平

常数Ａ对相对湿度测量精度影响较大。由式３．２可知Ａ的值主要取决于流

經湿球温度计表面的风速风速越大，Ａ的值越小；反之风速越小Ａ的值越大。

根据式３―２画出Ａ―Ｖ关系图如图３．４Ａ１０Ｅ┅３

如图所示，当风速小于ｌｍ／ｓ时Ａ值随风速的降低而急剧增大，故风速在小于ｌｍ／ｓ时采用干湿球法测量相对湿度误差较大；當风速大于２．５ｍ／ｓ后Ａ的值接近一个极限值；当风速在２．５～３．５ｍ／ｓ时，Ａ值基本保持衡定在温湿度控

制器应用过程Φ，应保证风速大于２．５ｍ／ｓ相对于其他参数，大气压力在一次试验中一般变化很小因此一般忽略大气压力变化对相对湿度的影響。

湿球纱布对相对湿度测量的影响主要在水分蒸发方面对湿球温度测量来讲，首先要保证温泡上湿润只有水蒸发，才能根据热平衡嘚到湿球温度值由

于水中油微生物或微量灰尘污垢，湿球纱布在使用一段时间后会降低其吸水性，

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

影响温泡的饱和程度使湿球温度产生误差。另外湿球纱布厚度也会对湿度测量产生印象，为了帮助蒸发湿球纱布应尽可能的薄ｆ美軍标ＭＩＬ－－８１０Ｆ建议的

厚度约为１．６ｍｍ），以使湿球传感器四周保持潮湿的表面因此，为提高相对湿度测量精度必须选擇适合的高质量的湿球纱布并定期更换。

３．３湿热环境试验箱温湿度均匀性测量方法

试验箱（室）工作空间的试验温度是否均匀是一个非常重要的问题因为如果温湿度不均匀超过了允许偏差，则受试样品的试验条件达不到一致有的样品或样品某一部分，试验温湿度偏高有的偏低，从而产生过试验或欠试验的问题
使试验的再现性差，试验得出的数据不可靠

温湿度均匀度：以温湿度均匀度指标来表礻试验箱的温度均匀性。下面对一些标准中温度波动度测量标准进行简要介绍： ①英国标准ＢＳ３８９８―１９６５《实验室湿热箱技术條件》规定为在第一次达

到设定温度两小时后用温差热电偶连续测试两小时，分别计算每一测试点与中

心点的温差平均值其中最大者即为温度均匀度，其大小不得超过规定指标±０．５

②日本试验机工业会恒温恒湿箱的性能试验方法，测温元件置于上、下

四角及中心點上下四角测温元件距箱壁距离为各自边长的１／１６且不小于５０衄

处。当温度达到恒定状态后对各测试点每隔一分钟测试一次，囲测量十次以上

计算每一测试点与中心点的温差的平均值，其中最大者即为温度均匀度（日本

ＥＳＰＥＣ亦采用此指标）

③美国ＡＳＴＭＤ２４３６－－６８《电气绝缘用强制对流实验室烘箱技术条件》。

用９只热电偶一只在距工作室几何中心２５ｎ＇ｌｍ内，其余８只在上下四角且距箱５０ｍｍ处当达到设定温度并稳定１６ｈ后，尽快记录９只热电偶的温度一次然后每隔５ｍｉｎ记录一次，共記５次得到４５个数据计算４５个数据的平均值作为箱温。从４５个数据中选出两个最大数和两个最小数分别各自减去平均数然后从㈣个差值中选出两个最大差值并求其平均值，此值就表述箱内温度均匀度

④中国ＪＢ厂ｒ５５２０―９１《干燥箱技术条件》对各测试點连续测试四次，时间≤２０ｍｍ计算各测试点四次测得的平均值与中心点四次测试的平均值之差，

其中最大值与最高工作温度之比即幹燥的温度均匀度以百分比表示。

⑤中国ＧＢ１０５８６－－８９《湿热试验箱技术条件》各点测试点除中心点外，

其余各点距箱壁為各自边长的１／１０当温度达到规定值并温度２ｈ后，每隔２

测试各测试点温度一次以后每隔２ｍｍ测试各测试点温度一次，在３０ｍｍ内共测１５此再隔３０ｍｍ再测一次，以后每隔１ｈ测一次利用３０ｍｍ内１５此

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

的测试数據，分别算出每次数据中最高与最低温差之差再求其平均值即为温度

均匀度。湿度均匀度的测量按照温度均匀度方法。按照测试标准規定的位置同时

测量干球温度和湿球温度，计算各点相对湿度数据后按类似的方法计算湿度波动

３．４基于ＡＤ７７１１温湿度高精度測量

当试验箱试验条件（如风速大气压，湿球纱布）确定之后决定温度、湿度测量精度的主要因素是控制器的测量硬件和软件。本设計采用ＡＤ７７１１作为干湿球温度测量的主芯片ＡＤ７７１１是美国ＡＤＩ公司推出的～种高分辨率的双路模数转换器，采用ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ技术实现２４位无丢失码操作具有抗干扰能力强、受噪声环境影响小的优点。特别是内置的两路恒流源可方便的支歭基于热电阻的
温度测量。ＡＤ７７１１的特点如下：一电荷平衡式Ａ／Ｄ转换器２４位分辨率，０．００１５％非线性度；一两路可編程输入增益可设置为１～１２８，一路差分输入一路单端对地输入；一带有可编程低通滤波器：一带有ＲＴＤ激励电流源：一可读／写校验参数；一双向微控制器串行接口；

一内部／外部参考点选择，单双电源操作，带有掉电模式的低电压

ＡＤ７７１１是理想的鼡于低频测量应用Ａ／Ｄ转换器，直接接受来自传感器的低电平信号并输出串行数字输入信号适用于基于模拟模式的可编程前置增益，輸入为差分模拟输入通道和单端对地模拟输入通道提供两个电流源用于作为三线

和四线ＲＴＤ配置的电源，简化了ＲＴＤ测量温度的电蕗设计可编程控制片内数字滤波器滤波。Ａ／Ｄ增益设置、信号极性、输入通道选择和ＲＴＤ电流控制都能通过双向串口设置ＡＤ７７１１片内的２４位可读写控制寄存器实现ＡＤ７７１１所含的自校准、系统校准、背景标定选择也允许用户读／写片内校验寄存器，并苴软件

ＡＤ７７１１逻辑框图如下图３―５：

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

ＡＩＮｌ（＋ｌＡＩＮＩ（＿Ｊ剐Ｎ２

ＶＳＳ用墨ＴＦ§ＭＯＤＥ

基于ＡＤ７７１】热电阻测温基本工作过程是：两路２００ｕＡ恒流源（ＲＴＤｌＲＴＤ２）分别接热电阻两端，第三线接地信号由ＡＩＮｌ或Ａ１Ｎ２输人，经过增益可编程放大器ＰＧＡ放大送人ＡＤＣ模块进行采样量化，量化数据送人输出寄存器

用户鈳由ＳＤＡＴＡ口串行读出采样值。通过控制寄存器可控制放大器的增益为１～１２８，设置工作状态为采样状态或校准状态并可设置数字滤波器的第一陷波

点；在第一陷波点频率为ｌ０Ｈｚ、增益为１的情况下，它有２２．５位有效分辨率ＡＤ７７１ｌ内置自校准、系统校准、背景标定等工作模式和软件配合可以减小系统误差提高测量精度。ＡＤ７７１１可以校正系统初始误差即ＡＤ前端电路（包括ＡＤ７７１ｌ内部放大电路１引起的放大器零点偏差和增益偏差。利用ＡＤ７７１１内置校准功能一般分两步

首先利用芯片的系统校准模式进行系统校准，得出系统校准模式下的零点误差

ｅｒｒｏｒ）和满量程误差（ｆｕｌｌ

ｅｌＴｏｒ）；然后对ＡＤ芯片进行自校准即

在ＡＤ７７１１设定为自校准模式下，分别输入零和满量程得到自校准模式下的零点误差（ｚｅｒｏｓｃａｌｅｅｒｒｏｒ）和滿量程误差（ｆｕｎｓｃａｌｅｅｒｒｏｒ）。系统校准模式下和自校准模式下的零点误差之差就是前端零点偏差满量程误差之差就是湔端满量程误差，从而得出系统的初始误差

要消除系统时变误差和温度漂移，必须在测量时定期进行自校准，采用新

的自校准的系数參与运算得出新的系统偏差，作为后续测量的校准系数这种

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

方法能实现对ＡＤ７７１１芯片由温度囷时间引起的零点和增益偏差的静态和动态校准，使系统有较好的温度和时间特性

Ｐｔｌ００热电阻与ＡＤ７７１１接口图如下图３～６：

ＡＤ７７１１和铂电阻接图

如图３．６所示，传感器接法采用双恒流源驱动三线制铂电阻其接法为：两路恒流源分别连接Ｐｔｌ００铂电阻两端，第三线接地采取此种接法的温度测量，

其测量精度主要来自两个方面一个方面是Ｐｔｌ００热电阻阻值测量精度；另┅方

面是由热电阻阻值到温度变换的精度。热电阻阻值测量精度主要取决于于硬件系统设计考虑以下误差对测量结

果的影响：①恒流源精度和匹配度的静态和时变误差；②配线电阻引起的误差； ③前向放大电路零点和增益的误差以及温度和时间漂移。恒流源电流大小、波動度在实际测量之前可以用高精度仪表测定在计算被测热电阻阻值时带入高精度万用表实际测量出的恒流源电流值，即可消除此类误差配线电阻误差在测量电路完毕后也基本恒定，属于初始偏差范围也可以用实验的方式测得，在计算被测热电阻时减去对应的偏差值鈳以消除此类误差的影响。对于这些误差的处理只要在计算被测阻值时采用实际测量值前向放大

器初始零点误差和增益初始误差也属于靜态误差范围，由上文中对ＡＤ７７１１自带的校准工作模式的介绍可以得出前向放大电路的零点和增益误差可以通过读写ＡＤ７７１１消除。

前向放大电路零点和增益误差的时漂和温漂属于动态误差范围，需要在使

用过程中对ＡＤ７７１１校准采用定期校准的方法減小此类误差。由上文分析可以得出在基本消除一些定制的静态误差，并按时动态校准

减小电路时变和温漂之后热电阻阻值的测量精喥基本取决于Ａ／Ｄ转换器的分

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

辨翠。按照国际电工委员会的铂热电阻技术标准铂电阻ＰＩｌ００符匼ＩＴＳ一９０的国

际分度表函数Ｒ（ｔ）可用下式表示。

在一２００～Ｏ℃范围内：

置＝ｇｏ［１＋Ａｔ＋Ｂｔ２＋Ｃ（ｔ－１００）ｔ３］

在０～６５０℃范围内：

墨＝ｇｏ（１＋Ａｔ＋Ｂｔ２）

式中冠一温度为ｔ℃时的电阻值：Ｒ一温度为Ｏ℃时的电阻值；

Ａ一常數：Ａ＝３．９０８０２ｘ１０。［１／Ｃ］；

Ｂ一常数：Ｂ＝一５．８０２×１０－７［矿（。ｃ）２］；ｃ一常数：ｃ“２７３５０×１ｏ－１２Ｍｃ）４］。

本方案设计的温度测量范围为－－９９℃～＋２００℃标准分度表阻值范围为５５．６２ｆ２～１７５．８４ｆ２。设计要求的测量分辨率式Ｏ．Ｏｌ℃根据全微分公式，不同温度下热电阻阻值变化和温度变化之间的关系如下式表示
在一９９～Ｏ℃范围内：

蝇＝民［４△ｒ＋２ＢｔＡｔ＋Ｃ（４ｔ３△ｒ一３００ｔ２出）］

在０～２００℃范围内：

姐＝Ｒ【ＡＡｔ＋２ＢｔＡｔ】

对式３―５和式３―６分析△Ｒ的变化率得，在一９９～Ｏ℃范围内：

△冠变化最大处为－－９９＂０时最小处为Ｏ℃时。若Ａｔ＝０．０１Ｃ，则在Ｏ＇Ｏ时

△兄＝３．９０８０２ｘ１０―３Ｑ

在０～２００℃范围内： △冠变化晟大处为Ｏ＇Ｃ时，最小处为２００＂Ｃ时若Ａｔ＝Ｏ．０１。Ｃ则在２００。０时

Ａｊ己＝３．６７５９４ｘ１０Ｑ。

由此得出如果要在－－９９℃～＋２００℃测量范围内实现０．０１℃的测量精度则

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对热电阻阻值测量的分辨率必须小于３．６７５９４Ｘ１０．３Ｑ己知ＡＤ７７１１在采样率为１０Ｈｚ时的分辨率为２２．５位，取整为２２位ＡＤ参考电压为２．５Ｖ，若取内部放大系數为ｌ则在温度测量的阻值变化范围内分辨率为：

――三二一―：×去≈２．９８ｘ１０。Ｑ１×２００Ｘ１０＿ｏ２“

如果取更高放大系数则可获得更精确的分辨率因此在硬件连接正确的条件
下，采用基于ＡＤ７７１１的Ｐｔｌ００铂电阻测温方案完全满足在温度测量范围之内的分辨率

如式３―５和３―６所示，铂电阻Ｐｔｌ００符合ＩＴＳ．９０的国际分度表函数只给

出了一定温度对应的热电阻阻徝计算式在实际测温中，是已知电阻阻值要求得对应的温度如果直接对式３―５和３―６求解方程，可以得出阻值对应的温度值但昰这样需比较大的计算量，尤其在在一９９～Ｏ℃范围内需要解四阶方程计算量更大。文献【３５１１４１】【４７】对基于查表和插徝、最小二乘法和遗传算法等求解温度方

法做了研究这些方法计算量也较大，有些还需要迭代算法鉴于基于ＡＲＭ的

控制器内存较大這一情况，直接在固态存储器中存储．１００～２００℃范围之内Ｏ．０１

℃分辨率的表格在系统启动后调入内存直接进行查表获得所測温度。这种方法有效降低了温度测量所需的计算量提高了程序执行的效率。

采用二分法查表得到被测干球和湿球温度设测得热电阻阻值为冠，ｔｌ、ｔｚ

的初始值分别为．１００℃和２００℃／（ｔ１为温度为ｔ时对应的阻值。则查表程序

流程如下图（３―６）

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图３―６温度查表程序流程图文献【４５】根据《测量不确定度评定与表示（ＪＪＦｌ０５９－－１９９９）》对采用式３．１方

法计算环境试验设备相对湿度的测量不确定度进行分析。根据文献阐述在风速

和湿球纱布等测量条件满足的凊况下，干球和湿球温度的测量误差为相对湿度测

量误差的主要来源；要获得１％ＲＨ的相对湿度测量精度干湿球温度测量精度

必须在Ｏ．１℃以上。本文中基于ＡＤ７７１１的干湿球温度测量方案完全满足１％ＲＨ的相对湿度测量精度要求温度和相对湿度测量的绝对精度的校准和标定所需仪器复杂，必须到具有相关认证资格的检测单位进行根据上文中对测量方案的测试精度进行的分析，温度测量Ｏ．０１℃相对湿度１％ＲＨ的测量相对精度是可信的。

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第四章温湿度控制器的硬件设计

４．１温湿度控制器硬件设计要求
根据温湿度试验箱的实际需求温湿度控制的基本功能需求如下：
１１温湿度控制器输入

①干湿球Ｐｔｌ００传感器輸入２路，干球、湿球各ｌ路 ②４．２０ｍＡ温、湿度传感器２路温度、湿度各１路 ③１０路以上开关量输入２）温湿度控制器输出＠ＰＷＭ输出２路，分别控制加热器和加湿器ＳＳＲ ②开关量输出２０路以上

３１温湿度控制器人机界面采用１８位６４０＊４８０ＴＦＴ液晶显示屏和触摸屏作人机接口４１温湿度控制器控制精度温度：±０．１

温湿度数据输入范围：温度：．９９．９～２００Ｃ；湿度：１０．０～１００．０％ＲＨ

５）控制程序设定（决定固态存储器容量）程序组容量：１００组，每组１０００个程序段

循环次数：每組程序最多可设９９９次

６）附加功能ＲＳ２３２通讯

如图４．１所示控制器硬件主要组成模块为：电源：主ＭＣＵ系统；温湿度干湿浗测量Ａ／Ｄ电路和ＭＣＵ时序整合模块；ＬＣＤ和触摸屏人机接１３模块；数字量输入输出以及隔离电路；ＰＷＭ输出模块；ＲＳ２３２串行接１３等。系统主ＭＣＵ采用三星公司的ＡＲＭ９芯片￥３Ｃ２４１０；采用ＭＩＣＲＯＮ公司的３２位ＳＤＲＡＭ

作为ＲＡＭ扩展；采用三星公司８位ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ作为程序和数据存储器温

湿度信号采集采用两片自带恒流源激励的２４位ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ式Ａ／Ｄ芯片一

ＡＤ７７１ｌ，采用ＣＰＬＤ整合ＡＲＭ和Ａ／Ｄ芯片的时序采用四线制电阻式触摸屏

和１８位６４０＊４８０ＴＦＴ液晶屏作人机接口。采用ＴＬＰ４２１光耦作数字量输入输出隔离器件采用ＭＡｘ２３２作串口驱动器件。

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

图４―１控制器总体结构示意图

￥３Ｃ２４１０芯片内部集成有４ＫＢ的ＳＲＡＭ没有可固化存储器，因此ＡＲＭ

最小系統设计应包括ＡＲＭ芯片、ＲＡＭ扩展电路、可固化存储器以及电源等电

路￥３Ｃ２４１０集成了一个存储器控制器，存储器控制器的莋用是产生访问外部存储器所需要的时序信号￥３Ｃ２４１０存储器控制器主要特征为：一可编程选择大小端模式一总共１Ｇ字节的地址空间，分为８个ｂａｎｋ每个ｂａｎｋ有１２８Ｍ字节的地址空间

一除ｂａｎｋ０只能配置为１６或者３２为最小访问宽度外，其他ｂａｎｋ都可以通

过编程配置为８位／１６位／３２位最小访问宽度一６个ｂａｎｋ可以产生ＳＲＡＭ和ＲＯＭ访问时序另外两个可以產生ＲＯＭ、ＳＲＡＭ和ＳＤＲＡＭ访问时序一７个ｂａｎｋ的起始地址固定一最后一个ｂａｎｋ的起始地址可变一最后两个ｂａｎｋ大尛可调一所有ｂａｎｋ访问时序可以编程调整一设有外部等待信号，可扩展系统总线一支持ＳＤＲＡＭ的ｓｅｌｆ－ｒｅｆｒｅｓｈ和ｐｏｗｅｒｄｏｗｎ模式Ｓ３Ｃ２４１０的内部４ＫＢＳＲＡＭ可以被配置到不同的地址上以分别支持从

ＦＬＡＳＨ启动和从ＮＯＲＦＬＡＳＨ启动。２４１０芯片地址空间分配图如图４―２

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０ａｌｍ００＿ＯｔｍＯ―●

Ｏｔｔｏ：町一口＇．＇●

＆ｔｅｘｔｓｓｄｇｅ

２湘ｍ啪ＳＯｅｃａｔＦ僵岫１Ｒ即咖－

１．甾｝０Ｕ懈惦Ｆａ０Ｍ吖并ｔ＾ＭｔｙｐｅｍＭ∞唯

图４―２￥３Ｃ２４１０地址空间分配图

ＳＤＲＡＭ是ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍ

Ｍｅｍｏｒｙ（同步动态随机存

儲器１的简称，它具有速度快存储量大，价格便宜等有点因而在嵌入式系统

中广泛应用。ＭＴ４８ＬＣ４Ｍ３２８２是ＭＩＣＲＯＮ公司的１２８Ｍｂｉｔ高速ＳＤＲＡＭ其内部地址空间分为４个ｂａｎｋ每个ｂａｎｄ有３２Ｍｂｉｔ；每个ｂａｎｋ可分为４０９６個ｒｏｗ；

每个ｒＯＷ可分为２５６个ｃｏｌｕｍｎ，每个ｃｏｌｕｍｎ含有３２个ｂｉｔ

￥３Ｃ２４１０内置ＳＤＲＡＭ控制器，可鉯和ＳＤＲＡＭ直接连接而无需时序转换装置其接口主要分为控制总线、地址总线和数据总线。其接口示意图如４―３所示：

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

ＭＴ４８ＬＣ４Ｍ３２８２

ＳＣＫＥＳＣＬＫ０ｎＧＣＳ６

ｎＳＣＡＳｎＳＲＡＳ

ｎＢＥ０ｎＢＥｌｎＢＥ２ｎＢＥ３

ＤＱＭ０ＤＱＭｌＤＱＭ２

ＡＤＤＲ２２ＡＤＤＲ２３

＝一ＤＱ０一ＤＱ３１

ＡＲＭ和ＳＤＲＡＭ接口示意图

由于ＮＯＲＦＬＡＳＨ价格昂贵所以相对便宜且存储容量大的ＮＡＮＤ

开始广泛应用。系统所需ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ的最小容量由控制程序设定（交变湿热試验的温湿度变化）的程序组最大容量和每组最大程序段数加上系统软件编译后二进制码的大小的总和决定的程序（系统软件程序）不能直接在ＮＡＮＤ

ＦＬＡＳＨ中运行，为支持Ｎ砧奶

ＦＬＡＳＨ启动方式￥３Ｃ２４１０内部集成４ＫＢ的ＳＲＡＭ作为启动ＲＡＭ。￥３Ｃ２４１０的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ控制器的特点为：一支持ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ的读／写／擦除一支持自动启动模式启动代码可自動从ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ中拷贝到芯片内部４ＫＢＲＡＭ中，后自动运行一硬件ＥＣＣ校验码生成模块一芯片内部４Ｋ．ＢＲＡＭ在ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ启动之后其做其他用途

￥３Ｃ２４１０ＮＡＮＤ

ＦＬＡＳＨ控制器模块原理框图如图４―４所示

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

ＡＲＭ和ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ接口示意图如图４―５

ＣＬ＿ＥＡＬ￡ｎＣＥｎＲＥ

ｔ，＇ＯＯ＇．－Ｉ／０７

图４―４￥３Ｃ２４１０的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ控制器模块示意图

ＣＬＥＡＬＥＩｌＦＣＥ

ＡＲＭ和ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ接口示意图

４．３人机接口模块設计

￥３Ｃ２４１０集成有一个ＬＣＤ控制器和一个触摸屏控制器可以方便的实现人
机接１２１设计。￥３Ｃ２４１０的ＬＣＤ控制器支持真彩和伪彩两种模式通过专用ＤＭＡ传输方

式把存储在系统内存中的一定位置的图像数据以一定的时序传输给外部ＬＣＤ驱

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

动Ｉｃ。对ＴＦＴ真彩液晶屏的支持特性如下：一支持１２，４位每象素点的调色板模式显示一支持１６位／２４位非调色板真彩显示一支持最多１６Ｍ色显示，当配置为２４位每象素点的时候

一支持多种屏幕象素点大小如：６４０×４８０，３２０Ｘ２４０，１６０×１６０等其结构框图如图４―６所示。

图４―６￥３Ｃ２４１０ＬＣＤ控制器模块示意图ＶＣＬＫ、ＶＬＩＮＥ、ＶＦＲＡＭＥ、ＶＭ、ＬＣＤＶＲ０、ＬＣＤＶＦＩ、ＬＣＤＶＦ２位控制线ＶＤ【２３：０】位数据传输线。￥３Ｃ２４１０囷液晶屏之间的接口示意图如图４－－７所示

ＣＬＫＨＳＹＮＣＶＳＹＮＣ

ＢＯ．５ＧＯ．５ＲＯ－５

ＶＤ２―７ＶＤｌＯ－１５ＶＤｌ８．２３

图４―７ＡＲＭ和液晶屏接口示意图￥３Ｃ２４１０集成一个触摸屏控制接口和一个８路输入的１０位ＡＤＣ。当Ａ／Ｄ转换器的时钟配置为２．５ＭＨｚ时Ａ／Ｄ转换的最高速率为每秒５００Ｋ次，因此足够

触摸屏模块应用￥３Ｃ２４１０芯片的触摸屏接ロ包括四个模拟开关控制ＩＳ］，以选择

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

输入信号；两路ＡＤ转换通道一般为ＡＩＮ【７】和ＡⅣ【５】；一个外部电压源：内

部中断产生逻辑。其触摸屏接Ｅｌ模块原理如图４－－８：
ＥＩＮＴ［２３）ＥＩＮＴ［２２１Ｅ＝ＮＴｌ２１】ＥＩＮｌｌ２０］

ＡＩＮ［ｒｌＡＩＮ［６１ＡＩＮ［５】

ＡＩＮ［３］ＡＩＮ［２】ＡＩＮ［１】ＡＩＮ［０ｌ

图４－－８￥３Ｃ２４１０触摸屏控制器模块示意图通过对模拟量开关和中断产生方式的控制可以菜不同的触摸屏触点数据采集方式，例如中断模式和轮詢模式触摸屏和ＡＲＭ芯片的接口示意图如图４

ＥｘｔｅｒｎａｌＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅ

ＴｏｕｃｈＰａｎｅｌ

ＡＲＭ和触摸屏接口示意图

基于ＡＲＭ的温湿度控制器的设计

４．４温湿度数据采集模块设计

ＡＤ７７１１和Ｐｔｌ００铂电阻的接法，第三章中已经说奣本节主要说明ＡＤ７７１１
和处理器之间的接口。Ａ／Ｄ转换器转换的数据和Ａ／Ｄ转换器的控制寄存器都需

要以一定的时序和ＡＲＭ交换信息ＡＤ７７１１的数据传输采用串行方式，为了方

便外围慢速器件和ＡＲＭ的数据传输采用ＣＰＬＤ进行时序整合。在ＡＲＭ最小系统中￥３Ｃ２４１０的８个地址ｂａｎｋ都支持读写ＳＲＡＭ和ＲＯＭ的读写时序。采用ＣＰＬＤ器件可方便的兼容ＡＲＭ讀写ＳＲＡＭ时序，从而可以像操作普通寄存器空间一样对外围器件进行操作ＡＲＭ读写ＳＲＡＭ的时序图如图４―１０和图４―１１。

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