人體熱舒?zhèn)鞲衅鳒y(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、人體熱舒?zhèn)鞲衅鳒y(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：基于人體熱舒性的研究，本文提出了一種熱舒適性傳感器設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度、空氣濕度、風(fēng)速三個(gè)變量，通過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，得出人體熱舒適性指標(biāo)。系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，為人體熱舒適性研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐打下了一定的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：外界環(huán)境溫度；濕度；風(fēng)速；單片機(jī)處理系統(tǒng)；傳感器 中圖分類號(hào)： TS94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）13-128-2 0 引言 從理論上講，當(dāng)氣溫高于32時(shí)，人體就會(huì)出現(xiàn)炎熱的感覺(jué)，但是實(shí)際情況不是這樣的。例如，在氣溫 35的環(huán)境中，如果空氣的相對(duì)濕度在4 0% 5 5%，平均風(fēng)速在3m/

2、s以上的這種環(huán)境下，雖說(shuō)溫度很高，但是人體就不會(huì)感覺(jué)到很炎熱。如果人是處在同樣的溫度環(huán)境下，把濕度逐漸增大到70以上，此時(shí)的風(fēng)速在很小時(shí)，人體就會(huì)產(chǎn)生悶熱難熬的感覺(jué)，甚至極大可能出現(xiàn)中暑現(xiàn)象。這說(shuō)明舒適度不僅僅與溫度有關(guān)，還與相對(duì)濕度，環(huán)境風(fēng)速等因素有直接關(guān)系。就目前市場(chǎng)而言，能夠很好的測(cè)出人體的熱舒性的儀器都是很不準(zhǔn)確和科學(xué)的，現(xiàn)如今的單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)涉及到各個(gè)領(lǐng)域中了，通過(guò)微機(jī)的計(jì)算可以正確的得出科學(xué)的數(shù)據(jù)供我們?nèi)祟愂褂?。本文基于以上的思路，以AT89C51為核心，設(shè)計(jì)能夠計(jì)算出人體舒適指數(shù)一套系統(tǒng)。 1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文人體熱舒性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)由溫度、濕度、風(fēng)速傳感器完成對(duì)參數(shù)的采集，這

3、里我們采用的是GFW15風(fēng)速傳感器，HIH3610濕度傳感器，DS18B20溫度傳感器。通過(guò)傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD7705轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，測(cè)量電路對(duì)傳感器所探測(cè)到的電流信號(hào)進(jìn)行放大并且轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后，再傳送給C51單片機(jī)，再由C51單片機(jī)進(jìn)行特定的分析和處理，參數(shù)值通過(guò)lcd顯示出值。整個(gè)系統(tǒng)包含測(cè)量電路，微控制電路，顯示電路。其中測(cè)量電路主要是包括為兩個(gè)方面，第一方面是熱敏電阻信號(hào)的處理機(jī)制；而第二方面是熱電堆信號(hào)的處理機(jī)制。因?yàn)闊犭姸演敵龅男盘?hào)主要是電壓信號(hào)，所以我們不必要進(jìn)行其它方面的處理，其實(shí)我們直接將其信號(hào)放大處理得到以后，只要能夠讓A/D轉(zhuǎn)換器檢測(cè)分辨的電壓信號(hào)就可以了。正溫度系數(shù)

4、的熱敏電阻的信號(hào)是隨著電阻值的變化將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。微控制電路主要是對(duì)傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整合并且分析得出具體的采樣值，采樣得到的信號(hào)一般是在-5V+5V之間。顯示電路主要是對(duì)計(jì)算出的人體熱數(shù)指數(shù)進(jìn)行顯示，能夠很清楚的得到此時(shí)的環(huán)境下人體的熱舒性指數(shù)。 通過(guò)以上電路硬件的鏈接可以很好的完成電路端的設(shè)計(jì)，上電以后可以很好地對(duì)外界的環(huán)境溫度，濕度和風(fēng)速進(jìn)行分別的采集，然后通過(guò)人體舒適性指數(shù)的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行判斷人的舒適等級(jí)。 2 軟件設(shè)計(jì) 本次人體熱舒性指數(shù)測(cè)試系統(tǒng)中，軟件大體的設(shè)計(jì)是包括單片機(jī)的通信設(shè)計(jì)電路的編程和傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理。軟件編程的設(shè)計(jì)我們?cè)贙Eil軟件里編寫，將KEI

5、L中的C程序經(jīng)過(guò)燒錄插件寫入單片機(jī)內(nèi)部并且鏈接連接電路。首先我們要對(duì)三個(gè)傳感器與LCD液晶顯示屏進(jìn)行各自的初始化設(shè)置，本次設(shè)計(jì)編程采用C語(yǔ)言在keil環(huán)境中進(jìn)行，通過(guò)使用串口通訊線將串口連接起來(lái)，第一步是調(diào)試下位機(jī)的串口通信，在這過(guò)程中我們采用串口調(diào)試助手，在keil軟件環(huán)境中編程，要傳送的信號(hào)通過(guò)上位機(jī)和通訊串口發(fā)送到下位機(jī)，下位機(jī)一接收到上位機(jī)發(fā)送的字節(jié)信號(hào)后就再傳送給上位機(jī)。第一步我們?cè)O(shè)定的是把三種傳感器和液晶顯示屏進(jìn)行初始化，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把電壓信號(hào)傳送給我們的單片機(jī)進(jìn)行分析，分析采樣的次數(shù)計(jì)算出采樣的一個(gè)平均值，分別得出我們的三個(gè)參數(shù)值，各部分調(diào)試完成后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，硬件軟件都準(zhǔn)備好之后，啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)，軟件流程圖如圖2所示： 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及總結(jié) 通過(guò)測(cè)出的溫度，濕度和風(fēng)速三個(gè)條件就可以通過(guò)以上的公式即可算出人體的舒適度。實(shí)驗(yàn)表明，該人體熱舒?zhèn)鞲袦y(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠并且實(shí)用簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本上達(dá)到我們的預(yù)期目標(biāo)。 參 考 文 獻(xiàn) 1 戴勝華，蔣大明.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2005. 2 張洪潤(rùn)，易濤.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2003. 3 樊昌信，通信原理M.北京，國(guó)防工業(yè)出版社，2007. 4 陳艾.敏感材料與傳感器M.北京：高等教育出版社，2004. 5