【基于单片机的智能加湿器的系统硬件设计案例3400字】

11-PAGE基于单片机的智能加湿器的系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7982基于单片机的智能加湿器的系统硬件设计案例 -1-79201.1主控单元电路设计 -1-174451.1.1单片机简介 -1-296361.1.2STC89C52介绍 -1-84781.1.3单片机最小系统的设计 -2-221731.2湿度传感器电路设计 -3-263481.2.1湿度传感器简介 -3-100571.2.2湿度传感器的电路连接 -4-182481.3水位传感器电路设计 -4-259121.4按键电路设计 -5-281771.5显示电路设计 -5-220721.5.1LCD1602简介 -5-219251.5.2LCD1602的电路连接 -6-122631.6继电器电路设计 -6-222611.7水泵电路设计 -7-168931.8报警电路设计 -8-69751.9电源电路设计 -8-1.1主控单元电路设计1.1.1单片机简介单片机是一种嵌入式微控制器，通过集成电路的方式将中央处理器CPU，只读存储器ROM，随机存取存储器RAM，定时器，中断系统，以及多个I/O接口集成在一起，相当于一个微型计算机[7]。由于单片机体积小，重量轻，成本低廉，可靠性高，功耗低，响应速度块等优点，便于普及。从工业控制，设备检测，到家用电器，处处得到了广泛的应用。1.1.2STC89C52介绍STC89C52是一款体积小，功耗低，性能高，可靠性高的单片机。代码兼容51单片机，可以满足加湿器系统的需求。STC89C52有40个引脚，通用I/O端口有32个。其中P0端口（P0.0-P0.7）是一个8位的漏极开路的双向端口，作为通用I/O口时要加上拉电阻，而作为地址/数据复用总线时则不用加上拉电阻。P1端口（P1.0-P1.7）和P3端口（P1.0-P1.7）都是一个内部带有上拉电阻的8位双向端口。此外单片机还有主电源引脚2个，控制引脚4个，外接晶振引脚2个。它的工作电压是1.3V-5.5V直流电。单片机还有8K字节的ROM和512字节的RAM。并且内部带有4K字节的EEPROM，有3个16位定时器，外部中断4路。它不仅支持ISP在线编程，可通过串口直接编程。它还具备掉电保护模式，在此模式下RAM中的内容可以被保存，单片机停止工作。这些特点成为控制加湿器系统的首选单片机。1.1.3单片机最小系统的设计单片机最小系统是用最少原件组成的可以工作的单片机系统。一般单片机系统最小应该包括单片机、电源、复位电路、晶振电路四个部分。（1）单片机：采用的是STC89C52单片机。（2）电源：VCC接5V直流电供电，GND接地。（3）复位电路：电容C1正极接电源5V，C1负极接单片机的RST引脚，电阻R1一端接单片机的RST引脚，一端接地，按键S1连接电容两端，按下S1单片机即可复位。（4）晶振电路：电容C2一端接地，一端接XTAL2。电容C3一端接地，一端接XTAL1。晶振Y1并联在电容两端[8]。另外，单片机的EA/VPP引脚是是存储器选择脚。当此端口接电源时为高电平，单片机使用内部存储器。此端口接地时为低电平，单片机使用外部存储器。为了节省资源此端口一般选择与电源相连。单片机最小系统电路图如图3-1所示。图3-1单片机最小系统电路图1.2湿度传感器电路设计1.2.1湿度传感器简介湿度传感器在加湿器系统中起着重要的作用，它采集的信息决定着加湿器是否对环境加湿。湿度传感器要尽可能的选择功耗低，稳定性高，适合单片机识别的传感器。本设计选择DHT11数字温湿度传感器采集湿度数据。DHT11是一款输出数字信号的的温湿度传感器，它能极为精确的进行温湿度监测。其湿度测量范围在20%-95%RH内，测量精度为±5%RH[9]。它的工作电压为1.3-5.5V直流电。数据输出方式是单总线，串行接口。因为DHT11输出的是数字信号，能直接与高性能的8位单片机相连接，有效减少了信号处理的负担，节省了资源，不需要增加额外的电器元件，具有性价比高，可靠性强，响应快等优点。DHT11有4个引脚，引脚1负责供电，引脚2是数据输入/输出脚，引脚2是空脚，不使用，引脚4接地。DHT11数字温湿度传感器引脚图如图3-2所示。图3-2DHT11数字温湿度传感器引脚图1.2.2湿度传感器的电路连接湿度传感器DHT11与单片机的数据传输通过引脚2实现，引脚2与单片机的P1.5端口相连，同时还要与一个上拉电阻相连，以此防止信号干扰和保护单片机端口。DHT11采用的是单总线串行接口，与单片机连接简单，无需额外校准。VCC与5V电源相连，GND接地，NC悬空。DHT11的电路连接图如图3-3所示。图3-3DHT11的电路连接图1.3水位传感器电路设计水位传感器可用电路板自己制作，以此节约成本，如图3-4所示。通过导线，电阻，三极管就能制作。原理是PNP三极管平时是导通状态，此时发射极输出低电平。三极管发射极与单片机引脚相连。当有水时，由于水能导电，当水位超过一定深度时，两段导线被连通，此时三极管基极是高电平，三极管截止，发射极输出高电平[10]。这样根据水深的不同，被连通的导线也不同，就能通过三极管发射极输出的电平来确定水位。水位传感器的电路连接图如图3-5所示。图3-4水位传感器电路图图3-5水位传感器电路连接图1.4按键电路设计按键电路负责切换加湿器系统的模式，设置最佳湿度，并且控制消毒灯。按键模块一共3个按键：S4按键负责上下行的光标移动和确定，S3按键负责湿度加和消毒/自动/手动模式转换，S2按键负责湿度减。在消毒模式下水泵和加湿器都不工作，只有消毒灯工作，此时可以对储水箱消毒。在自动模式下可根据用户的喜好设置最佳湿度，当设置好最佳湿度后按下确定键加湿器系统开始智能工作。在手动模式下，按下湿度加键加湿器开始工作，按下湿度减键加湿器停止工作。本系统只需要3个功能键，一个功能键与一个I/O引脚对应相连，使配置更为灵活且结构简单。按键电路图如图3-6所示。图3-6按键电路图1.5显示电路设计1.5.1LCD1602简介为了人们更方便，更直观的了解加湿器系统的状态。因此需要一个显示器将加湿器系统的信息显示出来。可选用LCD1602液晶显示器，这是一种字符型液晶显示器。LCD1602能显示两行内容，并且有数字化接口，与单片机的连接更方便可靠，驱动更方便。在它的字符发生存储器中存储着160个不同的点阵字符图形。这些字符有英文字母、阿拉伯数字、常用符号等，这使得液晶显示更多样化[11]。LCD1602的引脚的功能如下表3-1所示。表3-1LCD1602引脚功能表编号符号功能1GND接地2VCC电源正极3VO液晶对比度调整4RS寄存器选择5R/W读/写选择6E使能信号7-14D0-D7数据引脚15BLA背光源正极16BLK背光源负极1.5.2LCD1602的电路连接LCD1602的RS、R/W、E分别与P1.0、P1.1和P1.2相连。VO与一个电阻相连，用于调节亮度，因为LCD1602的背光就是LED,与电阻连接可以限流，能延长显示器的寿命。D0-D7分别与P1.0-P1.7相连。VCC和BLA接电源正极，GND与BLK接地。LCD1602电路图如图3-7所示。图3-7LCD1602电路图1.6继电器电路设计本设计中加湿器，紫外线灯是通过继电器控制的，其中雾化模块因本人能力有限所以采用的是成品，通电即可工作。在单片机系统中想要驱动紫外线灯、加湿器等设备需要一定的电压，但单片机引脚输出的电压比较小，如果连接过多的设备容易导致电压不稳，因此采用继电器外接设备进行控制。继电器是一种能以小电流控制大电流的电控制器件。它通过电磁原理实现对外部电路的控制。继电器有公共端，常开端和常闭端，当公共端连接常闭端时外部电路断开，当公共端连接常开端时外部电路连通[12]。三极管的基极输入高电平时，三极管是截止状态，此时继电器两端不通电，公共端与常闭端连接，外部电源断开。三极管的基极输入低电平时，三极管是导通状态，此时继电器两端通电，在电磁力的作用下公共端与常开端吸和在一起，外部电源导通。当继电器两端通电时与继电器并联的发光二极管也会导通，以此显示继电器的工作状态。继电器电路图如图3-8所示。图3-8继电器电路图1.7水泵电路设计本设计采用直流电机3V水泵，为了避免单片机电压不稳，可通过三极管控制电流对水泵供电。由于单片机引脚输出的电流较小，不足以驱动水泵工作，需要外部电源来驱动水泵，当三极管的基极输入高电平，三极管截止，水泵不工作。三极管基极输入低电平时，三极管导通，水泵工作。电容C4在用于整流电路，保证电压的平稳。水泵控制电路图如图3-9所示。图3-9水泵控制电路图1.8报警电路设计报警模块采用蜂鸣器报警，通电就能发声。蜂鸣器发声原理是电流通过线圈时，产生磁场驱动震动膜来发声[13]。由于蜂鸣器发声需要一定的电流，但单片机的引脚输出的电流小，不足以用来驱动蜂鸣器，因此需要与电源相连并通过三极管控制。在报警电路中增加一个三极管和电阻，三极管来驱动蜂鸣器，电阻用于限流以控制电流。报警电路图如图3-10所示。图3-10报警电路图1.9电源电路设计设计的供电方式采用的是USB电源供电，电源通一个自锁开关来控制，可以通过手机充电器上的USB口供电，如果处于没有电源的环境下也可以通过充电宝供电。这使