Arduino单片机作为智能加湿器

选题的依据与意义随着信息科技高速的发展，人们的居住环境变化也越来越复杂化，进入现代工程设计，良好的环境带给人体和产品的益处，厂房，生产车间，库房，办公室和家庭中环境的控制越来越受到人们的重视。比如：冬天室内干燥，空气湿度达不到标准湿度（40%RH-60%RH)，干燥的环境会导致水分流失，加速生命的衰老。加湿器能创造理想的室内湿度，呵护家人的健康。但是，专家指出，加湿器24小时开个不停会增加患呼吸道疾病的可能性。所以这款智能加湿器检测室内空气温湿度变化，调节空气湿度，既加湿了空气，又控制了加湿时间，让呼吸环境更加舒适健康。二、毕业设计思路（先不写也可以）三、毕业设计成果形成的过程3.1系统总体方案设计图1设计流程图本作品采用Arduino单片机作为智能加湿器的核心控制模块，通过温湿度传感器检测空气中的温度和湿度，然后将收集的数据发给Arduino单片机，判断空气湿度高低从而触发继电器模块，进而控制加湿器工作；同时Arduino单片机将收集到的数据传输到LCD1602模块，将空气中的温湿度显示出来。人体红外传感器主要检测附近是否有人，然后将信息传输到单片机来控制发光二极管工作。其中手机APP接收到蓝牙模块发送的温湿度传感器检测的数据，手机端也可发送数据单片机来控制加湿器和小灯泡的工作。设计流程图如上图1所示。3.2硬件设计3.2.1主控部分电路设计Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。可以快速使用Arduino与AdobeFlash,

Processing,Max/MSP,PureData,SuperCollider等软件结合，作出互动作品。Arduino可以使用现有的电子元件例如开关或者传感器或者其他控制器件、LED、步进马达或其他输出装置。

ArduinoNano是Arduino众多版本中的微型版本，在电路板上占用空间小，可以灵活地通过杜邦端子跟其它模块相连，可以恰到好处地藏身于各种设计之中，它只有一个直流电源插孔，并使用miniUSB线，其处理器核心是ATmega328(Nano3.0)，一共30个端口，其中有20个数字输入和输出端口（6个端口可作为PWM输出），8个模拟输入，再加2个电源和2个接地端口，这些都是常用端口。如下图2所示：图2单片机主控电路3.2.2人体检测模块人体检测模块起主要作用的是人体红外传感器，又叫热释电传感器，通过传感器顶端壳体的滤光片为带通滤光片，主要作用是让特定波长的红辐射选择性通过，人体都有恒定的体温，一般在36~37度，会发出特定波长的红外线，该红外线被传感器探头的滤光片检测到之后，聚集到红外感应源上。红外感应源通常热释电元件作为核心元件，这种元件在接受人体红外辐射温度变化后就会失去电荷平衡，往外释放电荷，后续电路检测到后便会产生报警信号。电路图如下图3所示：图3人体检测模块3.2.3温湿度检测模块DHT11使用单一总线通信，即DATA引脚和单片机连接的线。总线总是处于空闲状态和通信状态这个2个状态之间。当单片机没有与DHT11交互时，总线处于空闲状态，在上拉电阻的作用下，处于高电平状态。温湿度模块通常用于检测空气温度和湿度，主要包括电容式感湿元件和NTC测温元件。该传感器成本低，长期稳定，精准测量，接线方式简单，占用空间小，与其他传感器不同的是温湿度模块是数字信号输出。一般情况下使用该模块需要下载库文件，大大减少了编程难度。电源需求3.3V~5V。电路图如下图4所示：图4温湿度检测模块3.2.4蓝牙模块

HC-05主从一体蓝牙串口通讯模块，一般蓝牙模块使用方式有三种，第一种蓝牙与电脑连接，需要蓝牙适配器；第二种蓝牙与手机连接，这种连接方式比较方便；第三种蓝牙与蓝牙相连接，这种方式占电路空间大。该作品蓝牙与手机相连，第一步需要设置AT指令，将蓝牙与单片机连接，接线时需要注意一下蓝牙模块的TX端接单片机的RX端，RX端接单片机的TX端，电源暂时不接。先按下蓝牙模块上的按键，再连接5V,进入AT模式，打开串口助手发送AT指令，更改模块名字、密码、波特率、工作模式。电路图如下图5所示：图5蓝牙模块3.2.5LCD1602显示模块LCD1602模块用于显示数字、英文、符号等点阵LCD，这里用于显示温度和湿度，LCD1602与单片机的连接方式有两种，一种是直接连接单片机，还有一种是间接连接单片机，采用了第二种连接方式，使得电路更加简洁明了，间接控制方式也称为四线制工作方式，是利用HD44780所具有的4位数据总线的功能，将电路接口简化的一种方式。为了减少接线数量，只采用引脚DB4~DB7与单片机进行通信，先传数据或命令的高4位，再传低4位。采用四线并口通信，可以减少对\t"/item/LCD1602/_blank"微控制器I/O的需求，当设计产品过程中单片机的I/O资源紧张时，可以考虑使用此方法。电路图如下图6所示：图6LCD1602模块3.2.6继电器模块继电器模组是把电气控制柜中的多组继电器集成化、系列化、模块化设计，为设备节省空间，减少了中间接线环节，提高了效率及产品的性能。 驱动模块主要是继电器模块起作用，本电路采用1路5V继电器模块，使用两套完全隔离的电源供电系统，保证了继电器使用时不会对信号电路产生影响，而且还有高电平驱动和低电平驱动两种触发方式。模块DC+端口接5V电源，DC-端口接地，IN端口为信号端口，连接单片机D9端口，DC两个端口为继电器电源系统；COM公共端连接了电源，NO常开端连接加湿器正极。连接方式如下图7所示：图7继电器模块3.3软件设计3.3.1程序设计思路第一步需要确定作品的主程序，再根据每个电路模块的功能来设计子程序，最后将每个模块的子程序与主程序融合，这样的话，使得整个程序结构简洁明了，程序思路不容易混淆，并且模块程序和硬件电路能够对应起来，调试过程也会比较方便。3.3.2程序流程图说明图8程序流程图首先单片机接上电源，温湿度传感器开始工作，将检测到的数据发送给单片机，单片机将接受到的数据发送给显示屏和继电器，显示屏显示接收的数据，继电器通过单片机发送的数据判断是否满足加湿器开始工作的条件；同时人体红外传感器也将检测的数据发送给单片机，单片机判断接收的数据是否满足小灯泡工作的条件。单片机将温湿度数据通过蓝牙模块发送给手机端APP，手机可以查看接收的数据，也可以通过蓝牙模块发送数据给单片机进行控制加湿器和小灯泡。程序流程如上图8所示。3.4作品的制作与调试过程图9作品实物图10手机端界面3.4.1检查元件好坏首先确定需要购买的元器件，然后清点零件购买齐全，再对元器件好坏进行检查（可以用万用表测），了解各个元器件的连接方式和工作原理。3.4.2放置、焊接各元件根据原理图摆放和焊接元器件，先焊接难度较低、比较矮的元件，再焊接高的元件，容易烧坏的元器件放在最后焊接，焊接时要注意是否存在虚焊、焊接不牢等问题。实物如上图9所示：3.4.3调试电路焊接好之后，烧写各个模块的程序，检验电路是否有问题，元器件是否正常工作。最后将已经编好的程序烧入单片机，等待几秒，显示屏正常工作后，打开手机APP查看蓝牙模块发送的数据，检查APP能否控制作品，需要注意上传程序时蓝牙模块TX和RX端需要拔下来。手机APP端如上图10所示：四、作品(产品)特点本作品适合摆放在家里、办公室、床头。优点如下显示屏可以显示当前环境温度和湿度，当湿度低于设定值时便自动加湿，提高空气湿度。如果放在床头的话，夜里起来喝水的时候，小灯泡就会照亮；白天小灯泡起美化作用。其次手机端APP也可以操作加湿器。特点：手机APP有两种模式可选择，一种是自动模式，通过传感器传输