智能加濕器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)的智能加濕器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能家居是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)熱點(diǎn)，智能加濕器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，去除靜電。北方氣候干燥，尤其是冬季，加濕器可以改善濕度，從而給人們創(chuàng)造一個(gè)健康的生活環(huán)境。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)加濕器仍然需要人工來(lái)操作，通過(guò)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)加濕器的工作和停止，不但無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的濕度值，而且價(jià)格較高，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也比較單一，這種加濕器的使用存在相當(dāng)大的安全隱患，例如發(fā)生過(guò)度加濕或者干燒等情況。因此開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一款能根據(jù)用戶實(shí)際情況和需求進(jìn)行靈活設(shè)置加濕器濕度值上下限、實(shí)用性及安全性于一體、價(jià)格低、品質(zhì)佳的加濕器，顯得尤為重要。

一、智能加濕器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成:濕度信號(hào)采集電路、按鍵控制及復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路、霧化模塊加濕電路等，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)溫濕度傳感器測(cè)量出空氣濕度信號(hào)是模擬信號(hào)，需經(jīng)過(guò)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理后，輸出控制信號(hào)給P3管腳，控制繼電器的閉合狀態(tài)，霧化模塊開(kāi)始工作，從而實(shí)現(xiàn)了按需加濕的系統(tǒng)功能。

如圖1所示，當(dāng)空氣濕度值低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度值(40%ＲH)時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到濕度信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)，此時(shí)數(shù)碼管顯示電路會(huì)顯示當(dāng)前室內(nèi)濕度值，LED指示電路的指示燈會(huì)發(fā)光，同時(shí)霧化控制電路會(huì)啟動(dòng)，處于工作狀態(tài)，給室內(nèi)加濕。當(dāng)室內(nèi)空氣濕度值達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置上限濕度值(60%ＲH)時(shí)，霧化控制電路就會(huì)停止工作，LED指示電路的指示燈滅掉。

二、智能加濕器系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，處理器采用51單片機(jī)即可完成功能，故選用STC89C52型號(hào)的單片機(jī)來(lái)滿足軟硬件設(shè)計(jì)要求。

2.1單片機(jī)的晶振電路設(shè)計(jì)

在STC89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部，有一個(gè)以XTAL2與XTAL1為輸出輸入端的振蕩器，同時(shí)在XTAL1與XTAL2引腳上連接定時(shí)器件，其內(nèi)部振蕩電路是能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩的。定時(shí)器件一般是由石英晶體與電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路。系統(tǒng)采用的晶振片為12MHz，電容C2和C3的電容值大小為20 pF。

2.2單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的按鍵復(fù)位電路，系統(tǒng)不僅可以上電復(fù)位，而且在運(yùn)行過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，只需按下S1按鍵，此時(shí)電源Vcc在ＲST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位的高電平。同樣，只要保證ＲST端保持高電壓的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)正常復(fù)位。

2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

智能加濕器系統(tǒng)需要將溫濕度傳感器的濕度信號(hào)傳給CPU，必須先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。本系統(tǒng)選用了8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而應(yīng)用廣泛。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5 V之間。

ADC0832與單片機(jī)接口的4條數(shù)據(jù)線分別為CS、CLK、DO、DI。電路設(shè)計(jì)時(shí)將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，因?yàn)镈O端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效，而且ADC0832與單片機(jī)的接口是雙向的。

2.4數(shù)碼管顯示電路

本設(shè)計(jì)的顯示電路采用了數(shù)碼管而不是LED，因?yàn)閿?shù)碼管顯示在白天等強(qiáng)光條件下會(huì)更加清晰。雖然液晶顯示極其省電，但是在外界光線很明亮的情況下看不清楚并且使用有溫度范圍限制。另外，LED數(shù)碼管的價(jià)格與液晶顯示器相比較為低廉，故本次設(shè)計(jì)采用LED數(shù)碼管。

該設(shè)計(jì)選取了數(shù)碼管顯示模塊，其具有內(nèi)置的字節(jié)庫(kù)，不具存儲(chǔ)功能，采用并行連接的模式，使用起來(lái)相對(duì)便捷，用于顯示土壤濕度信息及系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度門(mén)限。共選取了四個(gè)獨(dú)立式的按鍵，其中有復(fù)位按鍵、設(shè)置按鍵、“加”按鍵、“減”按鍵。上電之后，數(shù)碼管顯示空氣當(dāng)前濕度值，按一下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度上限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預(yù)設(shè)濕度上限值;按第二下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度下限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預(yù)設(shè)濕度下限值;按第三下設(shè)置按鍵，數(shù)碼管顯示室內(nèi)當(dāng)前濕度值，到此為止設(shè)置完成。

2.5霧化模塊控制電路

霧化模塊加濕控制電路中，三極管的集電極與繼電器的一端相連，發(fā)射極接到+5 V電源V CC上，單片機(jī)引腳P3.5經(jīng)過(guò)Ｒ6連接到三極管Q5的基極上;電阻Ｒ7同發(fā)光二極管構(gòu)成一個(gè)加濕器工作狀態(tài)指示電路，如果繼電器通電吸合，LED將會(huì)變亮，由此就可以檢測(cè)到繼電器的操作狀態(tài)，顯示霧化模塊是否為工作狀態(tài)，加濕器是否需要給室內(nèi)加濕。

三、智能加濕器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，整個(gè)系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位模塊、數(shù)碼管顯示模塊、霧化控制模塊。

通過(guò)對(duì)電路原理及功能的分析，已對(duì)智能加濕器系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)有了充分認(rèn)識(shí)，用C語(yǔ)言編寫(xiě)好程序后，利用Keil軟件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編譯調(diào)試。直到程序滿足設(shè)計(jì)要求并沒(méi)有出現(xiàn)運(yùn)行編譯錯(cuò)誤時(shí)，燒錄到51單片機(jī)中進(jìn)行軟硬件調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

總結(jié)

本系統(tǒng)利用51單片機(jī)完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的智能加濕器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成本低，性價(jià)比高，相比于市面上的較多類(lèi)似產(chǎn)品有一定的優(yōu)勢(shì)，但本文還有一些不足之處，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成度有待提高等。

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