智能加湿器控制单片机系统的设计

　　摘要：基于51单片机, 介绍了一种智能加湿器的软硬件设计及其制作。该系统操作方便, 成本低, 性价比高, 并且可以自定义设置加湿器智能加湿的湿度值门限。设计的核心器件为STC89C52单片机, 采用的编程方式为C语言编程, 系统利用ADC0832把温湿度传感器DHT11输出的模拟电压信号转换为数字信号, 然后单片机对该数字信号进行采集和处理, 进而控制雾化模块运转, 加湿器工作。该系统可以自动调节室内湿度, 去除静电, 大大改善了室内湿度适宜度, 从而给人们创造一个健康的生活环境。

　　关键词：单片机; 门限; 传感器;

　　Abstract：This paper introduces a hardware and software design and fabrication of intelligent humidifier based on 51 single chip microcomputer. The system is easy to operate, cost-effective, and can be customized to set the humidity threshold of the humidifier. The microcontroller STC89 C52 is the core device for the design that uses the C language for programming, and the system uses ADC0832 to convert the analog output voltage signal from the temperature and humidity sensor DHT11 to digital signals. After the digital signal acquisition and processing, the single chip microcomputer controls the operation of the atomization module, and makes the humidifier work. The system can automatically adjust the indoor humidity, remove static electricity and greatly improve the indoor humidity so as to create a healthy living environment.

　　Keyword：single chip; threshold; sensor;

　　智能家居是当今社会的一个热点, 智能加湿器可以自动调节室内湿度, 去除静电。北方气候干燥, 尤其是冬季, 加湿器可以改善湿度, 从而给人们创造一个健康的生活环境。经过调查发现, 目前大多数加湿器仍然需要人工来操作, 通过手动控制开关来实现室内加湿器的工作和停止, 不但无法实时检测室内环境的湿度值, 而且价格较高, 能够实现的功能也比较单一, 这种加湿器的使用存在相当大的安全隐患, 例如发生过度加湿或者干烧等情况。因此开发设计出一款能根据用户实际情况和需求进行灵活设置加湿器湿度值上下限、实用性及安全性于一体、价格低、品质佳的加湿器, 显得尤为重要。

　　1、总体设计

　　该系统主要由以下几个模块构成:湿度信号采集电路、按键控制及复位电路、数码管显示电路、雾化模块加湿电路等,具体结构如图1所示。通过温湿度传感器测量出空气湿度号是模拟信号,需经过AD模数转换后才能发送给单片机进行处理。单片机对接收到的信号进行分析和处理后,输出控制信号给P3管脚,控制继电器的闭合状态,雾化模块开始工作 ,从而实现了按需加湿的系统功能。

图1 智能加湿器系统结构图

　　如图1所示, 当空气湿度值低于系统预设湿度值 (40%RH) 时, 传感器会检测到湿度信号, 并发送给单片机, 此时数码管显示电路会显示当前室内湿度值, LED指示电路的指示灯会发光, 同时雾化控制电路会启动, 处于工作状态, 给室内加湿。当室内空气湿度值达到系统设置上限湿度值 (60%RH) 时, 雾化控制电路就会停止工作, LED指示电路的指示灯灭掉。

　　2、硬件电路设计

　　本系统设计简单, 处理器采用51单片机即可完成功能, 故选用STC89C52型号的单片机来满足软硬件设计要求[3], 系统原理图如图2所示。

图2 系统原理图

　　2.1、单片机的晶振电路设计

　　在STC89C52单片机芯片内部, 有一个以XTAL2与XTAL1为输出输入端的振荡器, 同时在XTAL1与XTAL2引脚上连接定时器件, 其内部振荡电路是能够实现自激振荡的。定时器件一般是由石英晶体与电容构成的并联谐振回路[4]。系统采用的晶振片为12MHz, 电容C2和C3的电容值大小为20 p F。

　　2.2、单片机的复位电路设计

　　本设计采用的按键复位电路, 系统不仅可以上电复位, 而且在运行过程中需要复位时, 只需按下S1按键, 此时电源Vcc在RST端产生一个复位的高电平[5]。同样, 只要保证RST端保持高电压的时间大于两个机器周期时, 系统能自动实现正常复位。

　　2.3、模数转换电路的设计

　　智能加湿器系统需要将温湿度传感器的湿度信号传给CPU, 必须先通过A/D转换器把模拟信号转换为数字信号。本系统选用了8位分辨率A/D转换芯片ADC0832, 由于它体积小, 兼容性强, 性价比高而应用广泛。其内部电源输入与参考电压的复用, 使得芯片的模拟电压输入在0~5 V之间。

　　ADC0832与单片机接口的4条数据线分别为CS、CLK、DO、DI。电路设计时将DO和DI并联在一根数据线上使用, 因为DO端与DI端在通信时并未同时有效, 而且ADC0832与单片机的接口是双向的。

　　2.4、数码管显示电路

　　本设计的显示电路采用了数码管而不是LED, 因为数码管显示在白天等强光条件下会更加清晰。虽然液晶显示极其省电, 但是在外界光线很明亮的情况下看不清楚并且使用有温度范围限制。另外, LED数码管的价格与液晶显示器相比较为低廉, 故本次设计采用LED数码管。

　　该设计选取了数码管显示模块, 其具有内置的字节库, 不具存储功能, 采用并行连接的模式, 使用起来相对便捷, 用于显示土壤湿度信息及系统预设湿度门限。共选取了四个独立式的按键, 其中有复位按键、设置按键、“加”按键、“减”按键。上电之后, 数码管显示空气当前湿度值, 按一下设置按键, 数码管显示系统预设湿度上限, 然后再按“加”或“减”按键可以改变加湿器预设湿度上限值;按第二下设置按键, 数码管显示系统预设湿度下限, 然后再按“加”或“减”按键可以改变加湿器预设湿度下限值;按第三下设置按键, 数码管显示室内当前湿度值, 到此为止设置完成。

图3 主程序流程图

　　2.5、雾化模块控制电路

　　雾化模块加湿控制电路中, 三极管的集电极与继电器的一端相连, 发射极接到+5 V电源VCC上, 单片机引脚P3.5经过R6连接到三极管Q5的基极上;电阻R7同发光二极管构成一个加湿器工作状态指示电路, 如果继电器通电吸合, LED将会变亮, 由此就可以检测到继电器的操作状态, 显示雾化模块是否为工作状态, 加湿器是否需要给室内加湿。

　　3、软件设计

　　本设计采用C语言编写程序, 整个系统程序采用模块化设计[6], 主要包括数据采集模块、按键控制模块、复位模块、数码管显示模块、雾化控制模块, 整体结构流程如图3所示。

　　通过对电路原理及功能的分析, 已对智能加湿器系统的整体设计有了充分认识, 用C语言编写好程序后, 利用Keil软件对单片机进行编译调试。直到程序满足设计要求并没有出现运行编译错误时, 烧录到51单片机中进行软硬件调试, 从而实现系统功能。

　　4、结束语

　　本系统利用51单片机完成了一个简单的智能加湿器控制系统的设计, 成本低, 性价比高, 相比于市面上的较多类似产品有一定的优势, 但本文还有一些不足之处, 如系统设计集成度有待提高等。

　　参考文献
　　[1]许文斌, 曾全胜.单片机技术应用与实践[M].北京:清华大学出版社, 2012.
　　[2]曾光宇, 杨湖, 李博, 等.现代传感器技术与应用基础[M].北京:北京理工大学出版社, 2006.
　　[3]唐继贤.51单片机工程应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2009.
　　[4]徐平, 王献伟.基于AT89C51的电动跑步机硬件设计[J].工业控制计算机, 2015, 28 (9) :140-142.
　　[5]吴松.单片机温度采集系统的硬件实现[J].数字化用户, 2013 (30) :115.
　　[6]贾宗璞, 许合利.C语言程序设计[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.