單片機開發(fā)
智能加濕器系統(tǒng)設計
基于51單片機的智能加濕器系統(tǒng)設計
智能家居是當今社會的一個熱點，智能加濕器可以自動調(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)造一個健康的生活環(huán)境。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)加濕器仍然需要人工來操作，通過手動控制開關來實現(xiàn)室內(nèi)加濕器的工作和停止，不但無法實時檢測室內(nèi)環(huán)境的濕度值，而且價格較高，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大的安全隱患，例如發(fā)生過度加濕或者干燒等情況。因此開發(fā)設計出一款能根據(jù)用戶實際情況和需求進行靈活設置加濕器濕度值上下限、實用性及安全性于一體、價格低、品質(zhì)佳的加濕器，顯得尤為重要。
一、智能加濕器系統(tǒng)總體設計
該系統(tǒng)主要由以下幾個模塊構(gòu)成:濕度信號采集電路、按鍵控制及復位電路、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。通過溫濕度傳感器測量出空氣濕度信號是模擬信號，需經(jīng)過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能發(fā)送給單片機進行處理。單片機對接收到的信號進行分析和處理后，輸出控制信號給P3管腳，控制繼電器的閉合狀態(tài)，霧化模塊開始工作，從而實現(xiàn)了按需加濕的系統(tǒng)功能。
如圖1所示，當空氣濕度值低于系統(tǒng)預設濕度值(40%ＲH)時，傳感器會檢測到濕度信號，并發(fā)送給單片機，此時數(shù)碼管顯示電路會顯示當前室內(nèi)濕度值，LED指示電路的指示燈會發(fā)光，同時霧化控制電路會啟動，處于工作狀態(tài)，給室內(nèi)加濕。當室內(nèi)空氣濕度值達到系統(tǒng)設置上限濕度值(60%ＲH)時，霧化控制電路就會停止工作，LED指示電路的指示燈滅掉。
二、智能加濕器系統(tǒng)硬件電路設計
本系統(tǒng)設計簡單，處理器采用51單片機即可完成功能，故選用STC89C52型號的單片機來滿足軟硬件設計要求。
2.1單片機的晶振電路設計
在STC89C52單片機芯片內(nèi)部，有一個以XTAL2與XTAL1為輸出輸入端的振蕩器，同時在XTAL1與XTAL2引腳上連接定時器件，其內(nèi)部振蕩電路是能夠?qū)崿F(xiàn)自激振蕩的。定時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單片機的復位電路設計
本設計采用的按鍵復位電路，系統(tǒng)不僅可以上電復位，而且在運行過程中需要復位時，只需按下S1按鍵，此時電源Vcc在ＲST端產(chǎn)生一個復位的高電平。同樣，只要保證ＲST端保持高電壓的時間大于兩個機器周期時，系統(tǒng)能自動實現(xiàn)正常復位。
2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設計
智能加濕器系統(tǒng)需要將溫濕度傳感器的濕度信號傳給CPU，必須先通過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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，性價比高而應用廣泛。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5 V之間。
ADC0832與單片機接口的4條數(shù)據(jù)線分別為CS、CLK、DO、DI。電路設計時將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，因為DO端與DI端在通信時并未同時有效，而且ADC0832與單片機的接口是雙向的。
2.4數(shù)碼管顯示電路
本設計的顯示電路采用了數(shù)碼管而不是LED，因為數(shù)碼管顯示在白天等強光條件下會更加清晰。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)碼管的價格與液晶顯示器相比較為低廉，故本次設計采用LED數(shù)碼管。
該設計選取了數(shù)碼管顯示模塊，其具有內(nèi)置的字節(jié)庫，不具存儲功能，采用并行連接的模式，使用起來相對便捷，用于顯示土壤濕度信息及系統(tǒng)預設濕度門限。共選取了四個獨立式的按鍵，其中有復位按鍵、設置按鍵、“加”按鍵、“減”按鍵。上電之后，數(shù)碼管顯示空氣當前濕度值，按一下設置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預設濕度上限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預設濕度上限值;按第二下設置按鍵，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)預設濕度下限，然后再按“加”或“減”按鍵可以改變加濕器預設濕度下限值;按第三下設置按鍵，數(shù)碼管顯示室內(nèi)當前濕度值，到此為止設置完成。
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，單片機引腳P3.5經(jīng)過Ｒ6連接到三極管Q5的基極上;電阻Ｒ7同發(fā)光二極管構(gòu)成一個加濕器工作狀態(tài)指示電路，如果繼電器通電吸合，LED將會變亮，由此就可以檢測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)軟件設計
本設計采用C語言編寫程序，整個系統(tǒng)程序采用模塊化設計，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵控制模塊、復位模塊、數(shù)碼管顯示模塊、霧化控制模塊。
通過對電路原理及功能的分析，已對智能加濕器系統(tǒng)的整體設計有了充分認識，用C語言編寫好程序后，利用Keil軟件對單片機進行編譯調(diào)試。直到程序滿足設計要求并沒有出現(xiàn)運行編譯錯誤時，燒錄到51單片機中進行軟硬件調(diào)試，從而實現(xiàn)系統(tǒng)功能。
總結(jié)
本系統(tǒng)利用51單片機完成了一個簡單的智能加濕器控制系統(tǒng)的設計，成本低，性價比高，相比于市面上的較多類似產(chǎn)品有一定的優(yōu)勢，但本文還有一些不足之處，如系統(tǒng)設計集成度有待提高等。
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