【《基于单片机的智能加湿器的设计与实现》8300字（论文）】

基于单片机的智能加湿器的设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u16403摘要 127614ABSTRACT 2253691绪论 120521.1课题研究背景和意义 1189751.2行业分析市场现状及发展前景 1161741.3规划任务内容 110412系统总体设计 317023系统硬件设计 448283.1单片机选型 4233693.2传感装置成分 623.2.1DHT11数字温度与湿度传感装置介绍 621163.2.2传感器电路 8314683.31602字符类型的液晶显示屏介绍 9298533.4继电器介绍 11303943.5系统电路工作原理 11138964系统程序软件设计 13111644.1程序设计 13242134.1.1主程序设计 13163834.1.2湿度测控单元设计 13212924.1.3液晶显示模块 15245814.2部分程序代码设计 16323634.2.1按键与对应引脚 16209824.2.2自动与手动间切换 1737924.2.3延迟毫秒函数 1899285实物制作与遇到的问题 19216275.1实物制作 1917905.2硬件遇到的问题及解决办法 20100675.3焊接展示 2078485.4实物调试 23286425.5设计总结 2622553参考文献 281绪论如今加湿器的使用随处可见，随着现在民生的变化与科技飞速发展，湿度和温度方面的检测也变得越来越有科技含量。现在温湿度测量器的发展就如同计算机的发展历程是一样，也朝着智能化、小型化、集成化的方向发展。本设计之所以使用单片机为基础设计智能加湿器，是因为单片机有着集成化程度高、稳定强、可塑性高而且容易操作上手的特点，多方面都具有强大优越性。1.1课题研究背景和意义随着时代发展人们开始对生活品质有了更高的需求。例如我国淮河以北的大片区域内进入了极其寒冷的冬天，由于大部分地区是温带季风气候以及温带大陆性气候所以异常的干燥，并且很多地方使用水暖空调地热，就使得室内更加的干燥，就特别易诱发一些疾病比如喉关痈、里喉痈、颌下痈、上颚痈等；而在炎热的夏天，相对的湿度又很高，也有可能会诱发多样化的疾病。所以就要适度的调节室内的湿度到最优数值，使室内的空气在合适湿度范围之内，提升人体健康舒适性。在影响人体舒适度的诸多因素里，其基本的四个方面便是温度、压力、风速和湿度，直接影响了生活的舒适程度。不一样的相对湿度都会使人体舒适度有着很大的影响，通常每个人的身体都能够直接感觉得到的最优温湿度区间范围应该是38%rh（RelativeHumidity相对湿度）-62%rh。由于空气中的水蒸气、水雾均可和飘浮烟气、粉尘互相结合吸附，能够让它们逐渐地沉积下来，也能够将发霉的气味、油漆挥发的味道吸附进来，逐渐改善周围的这些空气。这一研究成果还表明了湿度不仅能够对人们的生活水平有着比较直观的影响，还能够对一些企业加工进程中的质量起到了相当重要的作用。譬如实验室、车间、仓库、温室大棚等等，这些场所必须要随时对空气湿度实施调整，智能化的加湿装置是必不可少的，让环境湿度的管控符合最佳的效果。本设计课题的设想是由智能加湿器来增加区域内空气的湿度从而改善区域内的空气质量提高人体舒适度，也就逐步的改善和提高生活的舒适性。1.2行业分析市场现状及发展前景前文分析可以看出传统加湿器已经在多个领域得到广泛的应用，但是因其自身组成决定了其在使用中存在隐患与危险，所以制作出一款适合客户使用的湿度可以智能调节的装置就显得尤其重要。本设计目的就是可以根据用户要求设计出一种湿度调节装置，实现较低的成本、较高的实用价值又较为安全可靠的性能。1.3规划任务内容本设计此次主要是要解决以前普通的加湿装置上的保湿、防潮、防干烧以及自动智能控制不足的主要缺陷。以STC89C52单片机作为核心，开发出一款比较新颖的智能湿度检测管控装置。可以采集周围环境湿度并设置所需湿度，并自动加湿调节来湿度，使其在设定的湿度区间内让区域内相对湿度水平基本保持不变。经过温湿度传感装置来感受并分析出来的当前温湿度，并将所得到的所设定的湿度区间与实时湿度显示在LCD1602。同时加上了键盘管控的线路以及全自动的蜂鸣警报管控的线路。另外还加上了可使用键盘来改变的手动/自动模式切换装置，对于相对的湿度适时调节之外，还可以通过使用键盘，演示其他设计的功能。湿度调节装置自动/手动切换的按键是复位管控的开关按钮，就好比是程序将一个全自动的复位按键按了下去，程序把自动调节的湿度恢复至程序默认的相对湿度，DHT11启动之后，程序开始自动测量与数值计算一定区域内温湿度，最后由键盘输入所需要的区域内相对湿度，若实时的数据比设置好的最优相对湿度要低一些，加湿元器件就会开始工作喷出水雾来加湿，相反那么加湿元器件就会不工作或停止工作。软件设计部分是设定好区域内所需要的最优湿度值，当区域内的测量出的湿度值超过所需要的最优湿度时就停止工作，反之则开始工作；水位感应器在加湿前就会测量出加湿器内是否有水，一旦水位感应器测量出水位过低或者无水状态，就会立即停止工作并由蜂鸣警报器发出警报提醒使用者加水防止干烧保证安全。具体的系统实现操作方法介绍如下：本设计能够根据使用者的需求，选择自动或者手动的工作方式，确定设置相对湿度的最佳数值；采集空气中的数据分析湿度值，将其送至主控单元里，主控单元能够将周围的空气湿度和设置最优相对湿度进行比较，从而判断环境是否要进行加湿；并且在水位较低或者没有水时向主控单元发出信号，同时停止工作发出警报声音；使用者还能通过观察屏幕的方式使其了解所需要输入的相对湿度及当前周围空气湿度;利用LED灯演示加湿与水位高低。

2系统总体设计随时测量着湿度并且有着两种模式：自动与手动，能依据所需来设置最优湿度。本设计们选用DHT11湿度传感器来测量相对温湿度，传感器感应到的实时数据由单片机读取分析后由LCD1062呈现出来并与所获取的数据与所需/默认的数据相比较，从而达到智能化。达到所需湿度后停止工作。工作中水量不足则蜂鸣报警停止工作防干烧。此系统控制的关键是单片机所以需要性能强悍烧写方便、不容易损坏、焊接方便的单片机：DHT11。以LCD1602作为显示器。蜂鸣警报器为报警元器件。加湿器上的LED发出绿光表示开始工作。系统总体方案的的整体框图如图2-1:图2-1程序全部结构图示

3系统硬件设计3.1单片机选型STC89C52实物如图3-1展示的这样:图3-1STC89C52实物图STC89C52关键的功能如图3-2:图3-2STC89C52关键功效这一设想运用的关键引脚是STC89C52:(1)基本电源的引脚(2根)VCC:电源输入，和+5V电源连结GND:接地线路(2)晶振引脚的外接(2根)XTAL1:片内振荡电路输入口XTAL2:片内振荡电路输出口(3)管控引脚(4根)RST/VPP:假设引脚为一类新复位的引脚，在这上边这一复位驱动装置在一个时间里和2个复位机器连结了，且在这一周期一个高电平电路就会让全部的单片机运行终止。ALE/PROG:地址锁存允诺讯号PSEN:外部的存储装置读取信号EA/VPP:应用程序文件的储存装置内部与外部命令抉择连接的低电平在外部应用程序文件储存装置里持续的阅览一条内部的命令，假设不连接高电平就会在内部的应用软件文件储存装置里持续的查阅一条外部的命令。(4)能编辑输入/输出的引脚(32根)p0的端口：p0端口一般能够运用，当成是一列8位的供电极管启动式模块开路模式的双向数据i/o端口，一般使用来当作模块的位置/即时数据输送线路一个复用类型的接口。里边不会拥有上压下拉的安稳电阻，运转正常的时候可能要自行增加外边的上压下拉安稳电阻。p1端口:p1端口被外部下拉成低稳压电平时，它就可能会从整个p1口中持续的输送出去数值比较大的电流。运用flash针对其中的一个p1端口信号实施硬件编辑和音频检验的时候，p1端口也能够把这个当成是第八位的音频位置讯号来接受音频。p2端口：p2端口一般是里边的接口自己就带有下拉模式的电阻，功效便是能够再次使用的连接端口，能够在同一时间对于4个LS类型及TTL类型载荷进行驱动。p3口:p3口与p2口的功能大致相同。p3端口当成通常的i/o端口以外，p3端口也能够口看成是关键特别的功能接口，他们就能够在编辑的时候将某些叫做“转换”的管控讯号进行接收，此类的控制讯号被转换为验证和迅速存储装置来实施编辑。某些比较特别的功效端口展示在图3-3里边:图3-3P3端口特别的引脚表格图3-4展示的就是单片机的STC89C52管脚详情:图3-4STC89C52管脚图示3.2传感装置成分3.2.1DHT11数字温度与湿度传感装置介绍本设计使用的湿度检测模块为DHT11元器件，这是个可以在同时间测算出温度与湿度的传感元器件。具有稳定系数高、反应快速、不怕外界环境干扰强还很便宜等优点。用简单的单总线就可以使得STC89C52单片机和DHT11之间联通，仅需一个I/O口，传感器所得到的数据就可以直接传输给单片机。DHT11功耗很低，工作状态下电源电压为5V时电流最大值大约为0.5mA。DHT11外观与引脚分布如图3-5所示：图3-5DHT11外貌以及引脚排序其中VCC是电源引脚，接3.5-5.5V正电源;DOUT是数据输入/输出脚，输入模拟信号输出数字信号，单总线;NC为一个空脚;GND就是一个它的电源脚和接地器引脚。可以在一个时间里直接完成相对空气湿温度的自动检验;系统输出数字信号，可以大大减少工作负担;整体的数据实施编码检验，采用8位元二进制编码。湿度测量装置自动检测管控湿度的区间是20%rh-90%rh;温度检测装置的自动测量控制区间温度范围0~50℃。DHT11恢复原位的起始次序一般的状况就是图3-6所展示的:图3-6DHT11复位时序DHT11开始发送数据过程如图3-7所示:图3-7数据传送数字‘0’讯号表明方式展示在了图3-8里边:图3-8数字0讯号传达模式数字‘0’表示方法为，DHT11先将总线降低12-14us，随后升高，高电平维持26-28数字‘1’讯号表达模式展示在了图2us的时长区间，那就是‘0’电平。3-9里边：图3-9数据‘1’讯号表达模式3.2.2传感器电路整块电路信号采集与基础的处理都是由传感器来完成，三伏特至五点五伏特的电压下DHT11都可以完美运作。在DHT11通电后，有一点五秒的不稳定期，在这一点五秒内不发出指令。同步通信微处理器和DHT11的工作是由DATA来完成的。因为温度对湿度的影响非常大在同环境下成反比，所以为了避免这个问题焊接时应该将其远离其他的元器件防止受到到干扰，并且与洞洞板间保留空隙防止干扰保证准确性。传感装置的线路展示在了图3-10所示:图3-10DHT11传感装置电子线路3.31602字符类型的液晶显示屏介绍显示屏幕使用的是1602液晶屏，字符类型的液晶屏的显示点阵单元专门用于数字、字母、符号等点阵，为一类直接专业使用的LCD1062。展示的便是这一产品的实物物理构造如图3-11所示图3-111602字符类型液晶显示装置的实物图例LCD1602关键科技指标:显示容量:16×2字符芯片运转的电压是:4.5—5.5V运转时侯的电流:2.0mA(5.0V)单元最佳运转电压是:5.0V字符的大小:2.95×4.35(W×H)mmLCD1602引脚功效展示在了图3-12里边:图3-121602字符类型液晶显示装置引脚功效LCD1602引脚含义的表示如下表3-1:表3-1LCD1602引脚含义表格

3.4继电器介绍继电器元件就是一种可以直接进行电动机控制的电子元件。它可以同时具有两个输入控制回路系统(又叫进出输入控制回路)和被一个控制回路系统(又叫进入输出控制回路)也可以在两者之间的相互并联驱动。主要是被应用在一种自动化电流控制电路中，它实际上就是一种利用小的输出电流信号来自动控制一个大的输出电流的“自动开关”。因此在各个应用电路上分别起到了自动动态调整、安全自动防护、变频器和转换器等电路的重要作用。当一个系统输入端的量(包括例如输出电压、电流、温度等)已经能够达到一个系统规定的限制值时，继电器就会被所有需要控制的输出整流电路切断，引起电流导通或者是电路断开。输入输出量一般来说可以依次划分，分别为额定电气电流量(主要例如额定电流、电压、频率、功能参数等)和非额定电气电流量(主要例如电气温度、压力、转矩等)。继电器在结构设计具备了动作迅速、工况稳定、使用寿命长、体积小等多大特性。广泛地用于应用在工业电力安全防护、自动化、移植、运行、遥控、检测与无线通讯等电力设备中。电磁继电器工作原理与特性如图3-13示：图3-13继电器原理图3.5系统电路工作原理本次设计的电路实现了模块化、层次式的设计，总体上所设计的集成电路基本结构框图如图3-14所示:图3-14系统电路原理图

4系统程序软件设计4.1程序设计4.1.1主程序设计主控程序按照应用程序中的设计要求可以详细划分为如下几个功能单元，其中主要涵盖了湿度校验管控单元、湿度监控管控单元、温度测量单元、按键讯号输出单元、显示管控单元、水位自动检查装置等的单元。系统安装完成后将上述供电系统初始化后，读取里边的对应水位警报讯号，按照对应的水位警报讯号值来对里边是不是产生蜂鸣或者漏水警报进行判断，选取自动/手动操控的方式之后，传感装置自动读取的对应湿度将有关的数据输送至单片机，单片机将其与所需最优湿度值的数据比对，判断是否加湿。加湿过程中如果水位过低或者已经空水，蜂鸣器就会开始报警，并且加湿系统停止工作。主程序流程图如图4-1所示:图4-1主流程图4.1.2湿度测控单元设计按照射感器的通讯协议，首先由单片机运用i/o端口主动发出激活讯号，随后传感装置自动管控射频数据线，单片机运用while语句不停的自动检验i/o端口的高低电平，获取准确的讯号实施数据传送。DHT11传感器控制模块的软件设计和应用软件工作设计流程框图如图4-2所示：图4-2DHT11传感器应用单元详细的使用程序运转过程图示湿度采集检测的流程是：p1.2输出低电平，等候时长18ms以后，p1.2输出高电平，等候时长40ms以后，检查p1.2引脚是不是完全变换为了低电平，若没有变换成低电平就继续读取。若已经完成了转变，则开始判断从机80us的低电平是否结束，如果未转变成一个低电平则继续进行判断；若接受终止就对单片机实施数据的接受。4.1.3液晶显示模块LCD1602显示数据的过程：首先进行液晶初始化，初始化完成后执行延时程序，此时等待数据采集，采集完成后单片机向LCD发送数据，数据发送完成后，LCD读取输入的地址并显示出来，最后返回初始化的状态。流程图如图4-3所示:图4-3液晶显示模块程序流程图4.2部分程序代码设计4.2.1按键与对应引脚本模块定义了按键与对应的引脚，同时完成定义湿度下限、设置标志、设置模式（手动/自动）三个变量。三个按键(key1，key2，key3)，分别为切换键、加键、减键，这三个按键分别连接在单片机的p1.0、p1.1、p1.2的三个I/O口上。按键与对应引脚代码如图4-4所示:图4-4三个按键与对应引脚代码截图第二个按键Key2=0，代表按键按下，状态为低电平。延迟为10ms，是因为按键按下的时候可能会产生抖动，把抖动信号消除掉后若仍为低电平，说明按键的确被按下，不是抖动干扰信号。如果MODE为0，在自动模式下，按下第二个按键，调节湿度下限，每按一下，湿度下限的值增加1，最大加到99，然后显示出湿度的个位与十位;若MODE为1,则是手动模式的开启键，开启继电器(继电器低电平)，会驱动开启加湿器加湿。第二按键低电平和消抖代码如图4-5所示:图4-5第二按键低电平和消抖代码截图第三个按键在自动模式下为减键，调节湿度下限，每按下一次按键，湿度下限减1;在手动模式下按下第三个按键，为手动关闭加湿器。如图4-6所示:图4-6第三按键低电平和消抖代码截图4.2.2自动与手动间切换若Key1==0，代表按键按下，是低电平。延迟为10ms，是因为按键按下的时候可能会产生抖动，把抖动信号消除掉后若仍为低电平，说明按键的确被按下，不是抖动干扰信号。确认按键被按下后，beep=0，蜂鸣器回响。蜂鸣器是8550驱动，即三极管在低电平条件下蜂鸣器会响，然后延迟100ms，令beep=1，蜂鸣器关闭，即按下后蜂鸣器响一次为10ms。按键松开，变为高电平，跳至while函数，即while函数等待按键松开。mode切换自动、手动模式。mode初始值设为0，取反后变为1，显示"Sd"，即手动;若再次按下按键，mode变为1，显示“Zd”，即“自动”。如图4-7所示:图4-7自动与手动间切换代码截图4.2.3延迟毫秒函数common.c:主要包含延迟函数。延迟毫秒函数，只用到MAINFosc==11059200L的那部分函数(在stc-isp软件中的软件延时计算器页面，定时长度设置为1ms，8051指令集选择STC-Y1，试用于使用的STC89C52单片机，软件自动计算出延时1ms，与程序函数一样)。其中dowhile函数把参数传输到delay_ms。如图4-8所示:图4-8延迟毫秒函数代码截图

5实物制作与遇到的问题5.1实物制作实物制作一般是涵盖了硬件焊接以及软件的调整测试。硬件焊接依据单元的次序实施，每个单元焊接完成以后，都必须要有对应的软件编程装置使用烧写过的软件实施烧写，将其加入到单片机将其运行状态实施调节测试，只有当其准确无误之后，这才可以实施焊接后续模块。烧写的软件首先需要选择stc-isp，在投入使用之前需要将寄存器mcutype设置为STC89C52，之后把.hex文件选择到寄存器所对应的com端口，然后再次点击下载就已经能够很好地实现了硬件与软件的连接。在每次进行整体焊接前最好根据不同元器件的具体大小和焊接尺寸，合理地进行设计放置每一个焊接模块的位置，然后再逐个进行焊接。每焊接一个模块都需要使用万用表来测量焊好的元器件与所接电源之间到底有无短路，如果短路，就需要马上进行检测并找到短路是由哪个模块焊接时引起。因为烙铁若长时间碰触焊盘与者元器件，焊盘与元器件就会因为高温导致损坏，所以烙铁不能长时间的和焊接板碰触；如果烙铁温度过低，则容易形成冷焊点，这样焊接的时候焊锡少了引脚就会不牢固容易掉；焊锡如果用的太多，就容易和其他焊锡黏在一起从而导致短路。为了保证焊接质量，焊接元器件的时侯都需要将一个引脚先固定在焊盘上，然后进行调整，直至元器件导电位置和引脚位置合适后，再焊接其余引脚，以免被焊歪，因为一旦焊锡已经固定好两个以上的焊锡，元件位置就不能移动，在进行焊接时一定要注意防止发生虚焊、缺电或者短路等现象，而且还需要尽量减少跳线。每一次进行焊接工作时，都应该特别注意检查每个元器件的引脚位置，比如要确定电源的正负极，哪个引脚与哪个引脚相连。例如:一根发光灯二极管的正极和负极所以要充分考虑其极性，长针导线指的应该是正极，短针导线指的应该是负极。在本设计中电源开关、三极管以及电容都是没有正负极的，焊接的时候就就可以不考虑引脚的极性。5.2硬件遇到的问题及解决办法由于刚焊的时候还没有在万用表上准确检测和找出三极管的具体型号，导致在本设计焊好之后才开始发现焊接好的蜂鸣器没有响声，由于本次设计中使用的是洞洞板，每个焊点间都离得非常近是使用的又是熔点相对较低的焊锡，导致在焊接的时候刚焊好但未凝固的焊锡碰触融化了相邻焊锡，导致了短路元器件烧毁。后来重新买了元器件，用万能表测试将短路损坏的元器件的焊点融化取下元器件，重新设计元器件摆放位置防止再次出现问题。5.3焊接展示下列为洞洞板焊接流程:（1）起先仔细观察焊板的正反面确定无损坏，确保无损坏后准备元器件的处理。此设计本设计使用的的是洞洞板正面如图5-1所示：图5-1洞洞板正面洞洞板反面如图5-2所示：图5-2洞洞板反面（2）将引脚比较长的元器件放在海绵泡沫板上防止损坏。元器件保护处理如图5-3所示：图5-3元器件的摆放（3）看原理图然后将元器件插入洞洞板合理的位置如图5-4所示：图5-4元器件插入焊板（4）对应好位置后翻转到洞洞板背面进行焊接，焊接时应确保焊点牢固且与其他焊点无接触。焊接接线如图5-5所示：图5-5正确的焊接方式（5）对背部焊接好后反回正面，对其他元器件进行摆放准备第二次焊接。元器件选件摆位如图5-6所示：图5-6其他元器件的摆放（6）查看原理图分清对应引脚进行连接，然后反复如（4）同样步骤进行焊接。焊接完成图如图5-7所示：、图5-7焊接完成图（7）对无需焊接的元器件接入，如单片机、屏幕、蜂鸣器、水位感应器等。外接元器件如图5-8： 图5-8对无需焊接的元器件的安装5.4实物调试（1）将单片机通电尝试是否可以正常开机启动如图5-9所示：图5-9测试单片机接电启动正常（2）测试无水状态下水位传感器与蜂鸣警报器是否正常工作如图5-10所示：图5-10测试元器件是否正常使用（3）测试有水状态下水位传感器与蜂鸣警报器是否取消报警正常工作如图5-11所示：图5-11测试有水情况下元器件是否可以正常使用（4）测试调节自动时范围值功能是否可以实现如下图5-12所示：图5-12调节自动范围值（5）测试单片机自动状态下工作是否可以正常工作进行加湿