飞机客舱湿度调节系统设计

飞机客舱湿度调节系统设计        

摘要：目前国际航空市场竞争激烈,舒适、经济、安全已经成为民机竞争的关键。高海拔巡航飞行时客舱空气会变得非常干燥,尤其是长途飞行使乘客暴露于低湿环境而感到不适,在引起高原反应的同时伴有眼睛发干或受到刺激、鼻子发干或不灵敏以及皮肤干燥等症状。在全面提高民机舒适性的背景下,提高客舱湿度已经成为必须面临的问题。Boeing787机身采用复合材料,因此可将空气湿度长期保持在15%而不会对飞机造成腐蚀,并将此作为营销卖点;欧盟舒适客舱环境计划也将改善客舱湿度作为提高舒适性的途径。但加湿也会带来隐患,如携带水会增加起飞重量、加湿器附近诱发生物体生长以及高湿导致机舱内壁发生冷凝和湿气冻结等现象,造成腐蚀等安全问题[9],所以客舱湿度控制水平一直是安全性、经济性和舒适性3者的优化结果。因此准确获悉客舱热湿随飞行包线的动态变化,对于客舱湿度控制和提高热舒适性具有指导意义。本文通过使用STC89C52单片机、LCD1602液晶显示器、DHT11温湿度传感器以及报警模块。可以实现基本的要求。利用温湿度传感器把接受到的数据传输STC89C52单边机。经过处理，LCD1602上便可以出现当时的实时温湿度。，并且设置好温湿度的上下警限的范围，可以起到越过设置范围便可报警的作用。

关键字： STC89C52单片机； LCD液晶显示器； 温湿度传感器；定时报警； 

Abstract:At present, the competition in the international aviation market is fierce, and comfort, economy and safety have become the key to civil aircraft competition. When cruising at high altitude, the cabin air will become very dry, especially when the passengers are exposed to the low humidity environment during long-distance flight, which will cause the altitude response, accompanied by dry or irritated eyes, dry or insensitive nose, dry skin and other symptoms. In the context of improving the comfort of civil aircraft, improving cabin humidity has become a problem that must be faced. The boeing787 fuselage is made of composite materials, so the air humidity can be kept at 15% for a long time without corrosion to the aircraft, which is regarded as the marketing selling point; the EU comfortable cabin environment plan will also improve the cabin humidity as a way to improve the comfort. However, humidification will also bring hidden dangers, such as carrying water will increase the take-off weight, induce organism growth near the humidifier, cause condensation and moisture freezing on the inner wall of the cabin due to high humidity, and cause safety problems such as Corrosion [9]. Therefore, humidity control level in the cabin has always been the optimization result of safety, economy and comfort. Therefore, it is instructive for cabin humidity control and thermal comfort to know the dynamic change of cabin heat and humidity with flight envelope accurately. In this paper, STC89C52 single chip microcomputer, LCD1602 liquid crystal display, DHT11 temperature and humidity sensor and alarm module are used. Basic requirements can be achieved. The temperature and humidity sensor is used to transmit the received data to STC89C52 single side computer. After processing, the real-time temperature and humidity can appear on LCD1602. , and set the upper and lower alarm limits of temperature and humidity, which can play the role of alarm when exceeding the set range.

Keywords: STC89C52 single chip microcomputer; LCD display; temperature and humidity sensor; timing alarm;

目录

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2课题研究的意义与技术的特点 1

1.3课题研究的主要内容 1

第二章 系统总体方案设计 3

2.1系统功能的实现 3

2.2系统的设计思路 3

2.3总体设计框图 3

第三章 系统的硬件设计 5

3.1系统硬件设计思路 5

3.2系统硬件选择 5

第四章 软件系统的设计 13

第五章 系统的分析与调试 16

5.1硬件的调试 16

5.2软件的调试 16

5.3系统的仿真运行 17

第六章 结论与展望 21

致谢 23

参考文献 24

附录 25

1.1电路图纸 25

1.2程序清单 26

第一章 绪论

1.1课题研究的背景

客舱空调系统可以提供高效的更清洁的空气，使得旅客轻松愉快。客舱空调系统可以通过调节温度、湿度、空气流速和客舱压力，来提高旅客的舒适度。温度人体对温度的变化比较敏感，尤其在高温高湿的环境下，人很容易脱水中暑。人体温度的舒适区范围较小。飞机客舱的温度一般控制在23～25℃。相对湿度由于飞机客舱内部湿度很低，相对湿度约为15～20%。如果要提高客舱内部湿度，务必要求提高空气系统送风湿度，这将导致飞机金属结构的腐蚀问题并给电气设备带来安全风险。由于湿度过低，客舱比较干燥，旅客可以通过多喝水和饮料得到一定的缓解。复合材料的机身结构将会对提高客舱的相对湿度有很大帮助。如B787飞机，机身采用复合材料设计，通过不断地送风和加湿，相对湿度得到一些提高。风速客舱送风的平均风速约为0.1～0.35米/秒，合适的送风方案既能满足通风的要求，也能达到一定的节能效果。旅客可以通过调节PSU面板上的个人通风装置，获得个人喜好的通风效果。客舱压力飞机升空后，随着飞行高度逐渐增加，气压下降，温度很快下降，周围的空气也越来越稀薄。在海拔4000米以上高空，人就有较严重的缺氧表现。到海拔6000米的空中，机外温度已降到零下24℃，空气密度为地面的53%，此时人能维持知觉仅仅15分钟。现代客机的座舱是气密性增压舱，飞机上的空调系统向座舱提供空气，用控制阀门来控制客舱压力。目前客舱内设定的这个压力对于一般人来说没有不舒服的感觉，可是飞机结构受力却大大减轻，飞机制造时可以大大减轻飞机的结构重量。飞行高度和气压有一个对应关系，飞机一般以“客舱高度”来表示客舱压力。根据适航条款CCAR25.841的要求，在正常运行条件下，座舱压力不超过2438米(8000英尺)处的压力。在实际飞行中，客舱气压维持在海拔高度5000～8000英尺，对大多数的旅客几乎没有影响。目前民航的发展方向是降低飞机的“客舱高度”，以便让旅客获得更舒适的乘机体验。

增压客舱的出现是基于飞行高度的增加。那么为什么飞机要越飞越高呢？一方面，低空大气存在很大的不稳定性，恶劣天气的出现时常会影响飞行安全，而且低空气流的变化会使飞机产生颠簸，迫使飞机飞向更稳定的高空大气层；另一方面，飞行器数量的日益增多，使得低空空域日渐拥挤，再加上飞机的飞行速度越来越快，一些远程飞机便在高空开辟“高速公路”。

飞行高度的增加会带来座舱压力降低等一系列后果。在7000米以上的高空，人体会出现明显不适，在更高的高空甚至会有生命危险。而为了旅客的安全，现代客机在设计时一般要求在最大设计高度上必须能保持2400米的座舱高度，即座舱的压力要保持与2400米高度的大气压力一致。

　 实现客舱增压的前提条件当然是客舱需要密封，事实上飞机的客舱连同驾驶舱和货舱就是一个密封的容器，登机门、勤务门、货舱门和窗户都有橡胶封密封。实现了密封还需要增压设备，典型的现代喷气式客机客舱增压由气源系统、温度控制系统、座舱空气分配系统和压力控制系统的协同工作来实现。

　气源系统为客舱提供足够的新鲜空气，空气的来源主要是发动机压气机引气；在地面和一定条件下可使用辅助动力装置（APU）引气，在地面也可使用地面气源。由发动机压气机引出的空气经初步的压力、温度调节和清洁之后，会输送至温度控制系统进行最终的调温。有些飞机采用专用增压器提供气源，而不使用发动机引气。比如最新的波音787客机配备专用压气机直接从客舱外部获取气源，这样可以减轻发动机供气负担，使发动机核心机更加紧凑，燃油效率更高。

温度控制系统通俗地讲就是一台大型空调，它将气源系统提供的空气进行温湿度调节，将对人体适宜的空气输送至客舱。目前普遍采用的是空气循环制冷系统而不是蒸发循环制冷系统。空气循环制冷系统使高压引气经热交换器初步冷却后再推动增压涡轮做功，这样高压引气的热能就变为机械功从而达到制冷目的。　经过温度调节的空气由座舱空气分配系统供入客舱，以保持客舱内均匀的温度。另外再循环设备可将客舱内的空气部分输回至分配系统进行循环再利用，以减少发动机引气量，减小发动机工作负担。座舱压力控制系统由压力控制器和排气活门组成，是控制客舱压力的核心机构。压力控制器根据客舱内气压自动或人工控制排气活门的开度，从而实现客舱内的压力控制。

客舱热舒适性是影响飞行员工作效率和乘员舒适度的最重要因素之一，同时适宜的客舱温度、湿度控制也是保证舱内电子设备正常运行的关键。由于太阳辐射热、气动力热、电子设备产热和人体产热等因素影响，夏季炎热天气下飞行的飞机客舱温度增长较大，飞行员显现出较强烈的热应激现象，严重影响其飞行操纵能力的发挥。由于以上不良状况的出现，需要降低飞行中飞机客舱的热负荷，以达到降低客舱环境温度的目的。巡航飞行时，旅客机舱内相对湿度和空气密度都低于地面建筑物环境，低相对湿度会造成更高的蒸发热损失，低密度空气却会减少对流换热，在这两种因素的复合作用下，会使客舱内热舒适性更差。随着现代民用客机的发展，大型飞机具有大容积的舱体，有很大热惯性，且对热舒适性的要求也更为苛刻，客舱舒适性日益成为旅客选择乘坐机型的重要标准。为了让乘客和机组人员在飞行中感觉到舒适，需要对增压舱的空气进行温湿度检测与调节。

1.2课题研究的意义与技术的特点

客舱温湿度监测系统的核心STC89C52单边机，它是一种集成电路的芯片。它芯片上的CPU具有数据处理的能力、ROM与RAM作为它的存储器具有程序以及数据的存储功能以及具有四个八位并行的I/O接口。利用单片机完成温湿度的控制与检测是一种比较成熟的控制方式，不仅具有高性价比高精度的特点还比较容易操作，使得它比较容易被企业所用于生产过程中。对于这种高效低成本并且精度高的特性。利于它便可以准确的反应出飞机客舱温度与湿度的变化情况，从而做出相应的判断，使得生产过程中大大降低了因环境温湿的问题造成不必要的损失的概率。这不仅提高了生产的效率也保证了产品的质量。所以生产过程中环境温湿度的监测与控制降低了生产的成本，提高了生产的效率。这对于对温度与湿度具有一定要求的生产制造企业都具有比较高的意义。

1.3课题研究的主要内容

客舱温湿度监测系统的主要功能便是对监测点周围的环境湿度温度进行信息的接收采集并传输到管理主机上记录以及显示出来。主控电路芯片我们利用学习过的STC89C52单片机进行操作。单片机的控制系统将单片机作为核心再加入输入/输出，显示控制等外部接口并配上相应的软件，从而实现一系列功能的一种系统。软件和硬件组成了它的应用系统。传感器方面我之所以选用DHT11数字温湿度传感器，是因为它具有长期较好的稳定性以及极高的可靠性。利用DHT11传感器将监测点周围的温湿度准确的监测出然后迅速将所得到的数据传输给STC98C51单片机进行数据的处理与分析。再讲数据输送给LCD1602液晶显示器。控制模块利用了蜂鸣器报警，我们事先根据环境的需求将温湿度的上下限设提前定好。并在电路中接上蜂鸣器，假使所测得的值在设定的温湿度上下范围内，蜂鸣器则不报警，如果所测值超过设定的范围，那么蜂鸣器便会立即发生警报的声响。这次的设计主要包含了四个模块：控制模块(AT98S51)、显示模块（LCD1602）、传感器模块（DHT11）、报警模块（蜂鸣器）。硬件部分也相对比较简单，布局排线也比较合理，极大的减小了操作难度。使得本次的设计条理比较清晰，各功能模块各司其职但模块间的联系又很紧密。使得模块之间环环相扣，又不显得臃肿复杂。使得整个系统更简单并且具有条理性，使人比较容易的去理解系统的工作原理，比较操作起来也比较的方便。

第二章 系统总体方案设计

2.1系统功能的实现

1、利用温湿度传感器将监测点的数据采集并传输给单片机。

2、利用单片机对接收的信息作出分析进行处理。

3、将环境温湿度的数据传输到液晶显示器上并将其显示出来。

4、可以设定温湿度的上下限值，将其接入蜂鸣器实现报警功能

2.2系统的设计思路

单片机的的应用系统可以分为两类：软件系统和硬件系统。因此在进行系统方案的总体设计时，我们应该充分的考虑到软硬件之间的联系，提前做好分析规划处合理的解决方案，在先设计的硬件方案中提前考虑到软件设计时，防止可能因硬件某些不是很合理的设计从而造成软件设计的难度大大的上升。所以存储器，外部的设备以及电路接线等组成了硬件系统与监控程序以及应用程序构成了软件系统。这几者之间的工作间的联系，排线简单关系等都需要是我们提前规划设计，避免后期设计实施的困难。

本次的设计主要包含了四个模块：控制模块(AT98S51)、显示模块（LCD1602）、传感器模块（DHT11）、报警模块（蜂鸣器）。利用单片机作为整个电路的控制核心，由它控制着传感器，显示器，报警器。发出指令信号命令传感器进行数据的采集，将采集来的数据反馈给单片机，进而使得单片机可以接收到实时数据信号，并且将其处理进行分析，再处理好的数字信号在显示器上显示出再。将事先设定好的温度以及湿度的上下限定值输入进去，将蜂鸣器接入，如超过给定值将发生警报声响。

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