智能除湿器控制系统的设计.docx
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智能除湿器控制系统的设计
题目：
智能除湿器控制系统的设计
姓名：
学号：
系别：
物理与电子工程系
专业：
自动化
年级班级：
2009级
（1）班
指导教师：
2013年5月18日
毕业论文（设计）作者声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本毕业论文内容不涉及国家机密。
论文题目：
智能除湿器控制系统的设计
作者单位：
物理与电子工程系
作者签名：
（学号：
）
年月日
目录
摘要1
引言1
1.总体设计方案2
1.1方案设计2
1.2除湿器工作原理3
2.硬件的选择4
2.1单片机主芯片选择4
2.2传感器选择方案4
2.3显示器选择6
3.硬件电路设计6
3.1时钟电路6
3.2复位电路7
3.3湿度采样电路7
3.4报警电路8
3.5显示电路9
3.6按键输入电路9
3.7系统硬件电路图9
4.软件系统设计10
4.1主程序流程图10
4.2湿度控制流程11
5.调试与仿真12
5.1软件仿真12
5.2硬件仿真13
6.结束语15
参考文献15
附录16
致谢21
智能除湿器控制系统的设计
摘要：
设计一个除湿器控制系统，要求具备监控实时湿度的功能。
以AT89S52单片机作为控制核心，利用SHT11湿度传感器采集空气中的实时湿度值。
传感器将湿度和温度信号传送给单片机，经单片机处理后，根据不同的情况采取相应的控制方案，并在LCD1602上显示湿度上限值、实时湿度和温度。
当环境湿度高于限定值时启动除湿模块采取相应的措施降低环境湿度，并同步声光报警，能够通过溢出开关控制蓄水池水位，达到控制除湿器工作的目的。
软件部分采用C语言完成程序的编写，仿真调试结果正确，实现了智能除湿功能，精度高，响应快。
关键词：
AT89S52单片机；SHT11；智能除湿
DesignofIntelligentControlSystemofDehumidifier
Abstract:
Thedesignofadehumidifiercontrolsystemwithreal-timemonitoringhumidityfunction.BasedonAT89S52singlechipmicrocomputerascontrolcore,andusestheSHT11humiditysensortocollectthereal-timeairhumidity.ThesensortransmitsthehumidityandtemperaturetotheSCM.AfterbeingprocessedbytheSCMthesensorwilltakecorrespondingcontrol,andtheupperlimitofhumidity,thereal-timetemperatureandhumiditywillbedisplayedonLCD1602.Whenthehumidityoftheenvironmentishigherthanthelimit,themodulewillbestartedtotakecorrespondingmeasurestoreducethehumidityoftheenvironment,andtoactivatethesoundandlightalarmssynchronously.Andthemodulecancontrolthewaterlevelthroughtheoverflowswitch,andthentheaimofcontrollingtheworkofdehumidifierwillbeachieved.ThesoftwareusesClanguagetowritetheprogram,andthesimulationdebuggingresultsarecorrect,basicallytheintelligentdehumidifyingfunctionisachievedwithhighprecisionandfastresponse.
KeyWords:
AT89S52;SHT11;Intelligentdehumidifying
引言
湿度和生产生活都有着密切的关系，随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求越来越高。
空气中湿度的变化对人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对湿度的检测以及控制就非常有必要。
湿度测量是90年代兴起的行业，湿度传感器主要分为电容式和电阻式两类[1,2]。
近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。
湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。
1.总体设计方案
1.1方案设计
本设计是基于单片机对于数字信号的高敏感性、可控性，湿度传感器采集实湿度信息的准确性、即时性，设计以单片机为核心的一套智能除湿器控制系统。
整个系统包括核心单片机控制模块、实时湿度信号采集模块、显示模块、按键输入模块、除湿越限报警模块和除湿模块。
系统总体框图如图1所示。
图1系统总体框图
启动系统后，存在一个初始湿度上限值，通过按键调节湿度上限值，系统处于检测诊断状态，根据采集到的当前环境实际湿度情况采取相应的工作方案。
如果当前时刻环境的实际湿度值低于设定的湿度上限值时，系统仍处于检测诊断状态，除湿模块不工作。
如果检测到的实时湿度值高于上限值，则立即启动湿度越限报警装置，同时系统控制除湿模块工作，通过单片机控制压缩机、蒸发器、冷凝器、送风机等设备工作，对湿度超标的空气进行冷却除湿处理，当实际湿度降低到输入的湿度上限值以下时停止除湿。
除湿过程产生的废水储存在蓄水池中，通过溢出安全开关控制蓄水池中水位，当达到警戒水位时及时停止压缩机工作，避免池水外溢。
通过传感器采集到的湿度信号在LCD1602上显示出来。
系统各部分功能作用如下：
（1）湿度监控：
对环境当前湿度进行测量，并通过冷凝除湿使环境湿度达到适合工作和生活的最佳湿度。
（2）温度检测：
SHT11是温湿度传感器，能够在LCD1602上显示实时温度但不控制温度。
（3）除湿处理：
湿度高于设定上限时报警，报警的同时采取相应的措施进行湿度的控制。
（4）输入显示：
按键主要负责设定湿度上限值，LCD1602显示器用于显示设定值、实时湿度和温度。
（5）越限报警：
在环境湿度越限时灯光闪烁报警，当蓄水池水位到达上限值时蜂鸣器报警，LED灯光同步闪烁。
1.2除湿器工作原理
冷凝除湿器工作原理如图2所示。
图2除湿器工作原理
制冷剂循环系统：
蒸发器中的液态制冷剂吸收空气中的热量开始蒸发，对空气进行降温除湿，液态制冷剂也完全蒸发变为气态；气态制冷剂被压缩机吸入并压缩，在通过冷凝器的过程中释放热量，给空气加热，制冷剂液化。
通过膨胀阀截流后转变成低温低压制冷剂流入蒸发器，完成制冷循环过程。
空气循环过程：
送风扇将室内的潮湿空气吸入，通过蒸发器盘管区冷却除湿
降温，再经过冷凝器升温后送入室内[3]。
2.硬件的选择
2.1单片机主芯片选择
AT89S52是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，片内8KB可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。
使用Atmel公司的高密度非易失性存储器制造技术，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
拥有8位CPU和在系统内可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用[4]。
AT89S52相比于之前的51单片机有很多优点：
（1）增加很多新功能，性能有较大提升，但价格基本不变。
（2）ISP在线编程功能，改写单片机存储器内的程序时不需要把芯片从工作环境中剥离，操作方便。
（3）最高工作频率为33MHz，而之前的89C51的极限工作频率是24MHz。
因此，AT89S52具有更高工作频率，计算速度更快。
（4）具有双工UART串行通道。
（5）内部集成看门狗计时器，不需再像89C51外接看门狗计时器单元电路。
（6）拥有全新的加密算法，程序的保密性得到大大加强，可以有效保护知识产权不被侵犯。
（7）兼容性方面：
能够向下完全兼容51的全部字系列产品。
如8051、89C51等早期MCS-51产品[5]。
根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用AT89S52单片机为主机，可以满足设计要求而且设计方便。
2.2传感器选择方案
检测空气相对湿度的方法很多，其原理是感湿材料吸收空气中的水分，引起物理或化学性质的变化，间接地获得感湿材料的吸水量及周围空气的湿度。
电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的[6]。
方案一：
选择HS1101湿度传感器采集空气湿度信号。
HS1101是电容式湿度传感器，能够采集实时湿度并输出模拟信号，适用于线性电压输出和频率输出两种电路。
HS1101可测量的相对湿度范围在0%~100%RH之间，其测量误差小于±2.0%RH。
方案二：
选用SHT11作为湿度检测元件。
SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温度传感器芯片，具有高度集成、测量精确度高、封装尺寸小、可靠性高等优点。
全量程标定，两线数字输出；湿度测量范围：
0%~100%RH，湿度测量精度为±3.0%RH，功耗80μW。
经上述分析，方案一虽然精度较高，但是需要进行模数转换，较为复杂。
方案二精度较方案一稍差，但是完全能够满足设计需求，且性能更好。
故选择方案二，使用SHT11湿度传感器采集空气湿度信号。
SHT11将湿度感测、温度感测、信号放大、A/D转换等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图3所示。
图3传感器SHT11内部结构
该芯片包含一个电容性湿度敏感元件和一个温度敏感元件，分别将湿度和温度转换成电信号，产生的微弱电信号首先进入信号放大器进行放大处理，然后进入一个14位的A/D转换器进行模数转换，最后经过二线串行数字接口输出数字信号。
传感器芯片SHT11采用二线串行数字接口与微处理器进行通信，所以硬件接口设计简单。
DATA接线时需要外接上拉电阻，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间的通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK最低频率没有要求[7]。
2.3显示器选择
LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。
其中字段显示与LED相似，将对应的信号送到相应的管脚就能实现显示。
字符显示是根据需要显示基本字符。
与传统的LED数码管显示器相比，LCD液晶显示器具有体积小、功耗低、等优点，且不需外加驱动电路[8]。
现在LCD液晶显示已经成为单片机应用设计中最常用的显示器件。
LCD1602显示器的引脚如图4所示。
图4显示器LCD1602引脚图
RS：
数据和指令选择控制端，RS=0命令状态；RS=1数据；
R/W：
读写控制线，R/W=0写操作；R/W=1读操作；
A：
背光控制正电源；
K：
背光控制地；
E：
数据读写操作控制位，E线向LCD模块发送一个脉冲，LCD模块与单片机间将进行一次数据交换；
DB0~DB7：
数据线，用8位连接，也可以只用高4位连接，节约单片机资源；
VDD：
电源端；
VEE：
亮度控制端（1-5V）；
VSS：
接地端。
3.硬件电路设计
3.1时钟电路
单片机运行的时间基准由时钟电路提供，在AT89S52的XTAL1和XYAL2两引脚间接一只晶振和两个电容，即可作为单片机时钟电路，电路中的两个电容对振荡频率有微调作用，电容大小为22pF，晶振频率为12MHz。
系统时钟电路如图5所示。
图5系统时钟电路
3.2复位电路
AT89S52的RST管脚是一个外部复位信号输入口。
复位信号是高电平有效，在RST端输入高电平时实现复位和初始化。
本设计采用手动按键复位电路，当按键REST被按下时，系统复位。
复位电路如图6所示。
图6系统复位电路
3.3湿度采样电路
采用SHT11湿度传感器采集湿度信号，采用二线串行数字接口与单片机进行通信。
SCK与单片机P1.0引脚相连，DATA与单片机P1.1引脚相连，并接两个上拉电阻。
湿度信号采集电路的接线方法如图7所示。
图7湿度信号采集电路
3.4报警电路
湿度越限报警电路：
输入湿度的上限值后，系统进行实时湿度信息采样，并判断出当前湿度与输入湿度上限值之间的差异。
如果当前湿度低于湿度上限值，报警电路不报警；如果检测到的实时湿度值高于设定上限值，则立即启动LED灯D2闪烁报警同时蜂鸣器BUZ1报警。
湿度越限报警电路如图8所示。
图8湿度越限报警电路
警戒水位报警：
冷却除湿产生的废水储存在蓄水池中。
当蓄水池中水位到达警戒水位时，溢出开关工作，压缩机停止工作，防止池水外溢。
蜂鸣器BUZ2和LED灯D3同步报警。
警戒水位电路图如图9所示。
图9警戒水位报警电路
3.5显示电路
LCD1602的VDD端接线时需接上拉电阻，D0~D7需接排阻，并与单片机的P0.0~P0.7对应相连。
在LCD1602上显示两排字符，上排用作显示设定湿度上限值，下排显示实时湿度和温度。
LCD1602接线如图10所示。
图10LCD1602接线图
3.6按键输入电路
系统的输入按键有两个，“增加”按键用于上调设定湿度上限值，“减小”按键用于下调设定湿度上限值。
按键输入电路的接线如图11所示。
图11输入按键接线图
3.7系统硬件电路图
系统的总体硬件电路图如图12所示。
图12总体硬件电路
4.软件系统设计
4.1主程序流程图
系统启动后，LCD显示器上显示两行，第一行为初始设定湿度值，第二行显示为实时湿度和温度。
湿度上限可以通过按键输入改变，检测到的实时湿度与设定的湿度上限相比较，如果实时湿度值大于设定湿度上限值，则启动除湿功能进行除湿，同时LED灯闪烁报警。
直到检测到的湿度低于上限值，除湿模块停止工作，系统保持检测状态，实时监控环境湿度。
系统整体的程序流程图如图13所示。
图13主程序流程图
4.2湿度控制流程图
湿度控制模块的功能是比较设定湿度与检测到的实际湿度，先进行判断，然后再进行控制，湿度控制模块决定系统将要进行什么工作。
湿度判断控制部分的程序流程图如图14所示。
图14湿度控制流程图
5.调试与仿真
5.1软件仿真
Proteus与其他仿真软件不同之处是，不仅能仿真单片机的工作情况，还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。
Keil能够不接硬件电路直接进行用户程序仿真[9,10]。
通过Keil与Protues联调对设计系统进行软件仿真，仿真结果如下：
LCD显示仿真：
仿真时LCD1602上排显示设定湿度上限，可以通过加减按键调节湿度上限值，下排依次显示当前环境相对湿度和实时温度。
LCD1602仿真结果如图15所示。
图15LCD1602显示仿真图
SHT11温湿度传感器仿真：
转换按钮用来转换温湿度调节状态，“增加”和“减小”调节按钮可以调节传感器的输出值。
湿度传感器仿真结果如图16所示。
图16SHT11仿真图
除湿和报警模块仿真：
当传感器输出的湿度信号大于设定的湿度上限时，越限报警模块的LED灯D2亮，蜂鸣器BUZ1鸣响，发出越限报警，代表除湿模块的LED灯D6亮，表示除湿模块开始工作。
常规除湿越限报警模块的仿真结果如图17（a）所示。
图17中的SW1为溢出开关，如果蓄水池中液位过高，触动溢出开关，则除湿模块停止工作，D6熄灭。
溢出报警电路工作，LED灯D3亮，蜂鸣器BUZ2鸣响，但越限报警电路并不停止工作。
溢出报警仿真如图17（b）所示。
（a）（b）
图17除湿报警模块仿真图
5.2硬件仿真
按照硬件电路原理图制作系统硬件实物，进行仿真调试。
系统各硬件组成部分如图18所示。
图18系统硬件图
LCD1602显示器实物仿真：
显示器上排显示设定湿度上限为60%，下排依次显示当前环境相对湿度为81.7%和实时温度24.9℃。
显示器仿真如图19所示。
图19LCD1602实物仿真图
除湿报警模块实物仿真：
当前环境湿度大于设定的湿度上限，越限报警模块的绿色LED灯亮，发出越限报警，代表除湿模块的两个白色LED灯亮，表示除湿模块开始工作。
越限报警仿真结果如图20（a）所示。
按下溢出开关，则除湿模块停止工作，两个白色LED灯熄灭。
溢出报警电路工作，蓝色LED灯亮，蜂鸣器鸣响。
越限报警电路并不停止工作。
溢出报警仿真结果如图20（b）所示。
（a）（b）
图19除湿报警模块实物仿真图
6.结束语
本设计是一个以单片机作为控制核心的除湿器控制系统，利用传感器SHT11采集当前环境中的实时湿度信息。
单片机根据传感器传入的信号采取相应的措施，实现控制除湿模块工作、声光报警、实时显示湿度等功能。
可以通过加减按键设定湿度上限，如果传感器检测到的湿度高于湿度上限，除湿模块工作，同步报警；实时湿度低于上限时，系统处于检测状态，实时监控环境湿度。
进行软件仿真结果正确，制作硬件实物调试结果正确，达到设计要求。
除湿器系统检测精度高，响应速度快，有防溢出功能。
但硬件制作时传感器信号易受其他元件干扰，有待进一步完善。
参考文献
[1]朱冬生,剧霏,李鑫.除湿器研究进展[J].暖通空调,2007,37（4）:
35-40.
[2]王传云,尹燕.基于单片机控制的除湿器的设计[J].华东交通大学学报,2007,24（4）:
88-91.
[3]赵玉辉,朱丽娜.关于除湿设备设计工作原理应用分析[J].科技信息,2011,28（14）:
387-387.
[4]何立民.单片机高级教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2007:
157-240.
[5]方卉.基于单片机的温湿度监控系统[J].科技与企业,2012,21（9）:
96-96.
[6]秦迎春,秦瑞.基于SHT11温湿度远程监控系统设计[J].电子设计工程,2012,18（23）:
75-77.
[7]高勇,李莉.无线温湿度检测仪的研制[J].电子设计工程,2013,19（3）:
57-59.
[8]贺娜.实验室温湿度控制系统设计[J].仪器仪表用户,2012,19（5）:
56-58.
[9]王鹏,贺廉云.单片机教学中Proteus和Keil软件的应用[J].智能计算机与应用,2012,2（6）:
59-61.
[10]侯玉宝.基于PROTEUS的51系列单片机设计与仿真[M].电子工业出版社,2010:
88-135.
附录：
#include
#include
#include//Keillibrary
#include//Keillibrary
/********************LCD1602设置****************************************/
#defineLCD_DBP0
sbitLCD_RS=P2^0;
sbitLCD_RW=P2^1;
sbitLCD_E=P2^2;
/******定义函数****************/
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voidLCD_init（void）;//初始化函数
voidLCD_write_command（ucharcommand）;//写指令函数
voidLCD_write_data（uchardat）;//写数据函数
voidLCD_disp_char（ucharx,uchary,uchardat）;//在某个屏幕位置上显示一个字符,X（0-15）,y（1-2）
voidLCD_disp_str（ucharx,uchary,uchar*str）;//LCD1602显示字符串函数
voiddelay_n10us（uintn）;//延时函数
/**************************************
模块名称:
LCD_init（）;功能:
初始化LCD1602
***************************************/
voidLCD_init（void）
{
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x38）;//设置8位格式，2行，5x7
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x0c）;//整体显示，关光标，不闪烁
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x06）;//设定输入方式，增量不移位
delay_n10us（10）;
LCD_write_command（0x01）;//清除屏幕显示
delay_n10us（100）;//延时清屏，延时函数，延时约n个10us
}
/*****************************************
模块名称:
LCD_write_command（）;
功能:
LCD1602写指令函数
******************************************/
voidLCD_write_command（uchardat）
{
delay_n10us（10）;
LCD_RS=0;//指令
LCD_RW=0;//写入
LCD_E=1;//允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us（10）;//用for循环1次就能完成普通写指令。
LCD_E=0;
delay_n10us（10）;//用for循环1次就能完成普通写指令。
}
/****************************************
模块名称:
LCD_write_data（）;
功能:
LCD1602写数据函数
******************************************/
voidLCD_write_data（uchardat）
{
delay_n10us（10）;
LCD_RS=1;//数据
LCD_RW=0;//写入
LCD_E=1;//允许
LCD_DB=dat;
delay_n10us（10）;
LCD_E=0;
delay_n10us（10）;
}
/**************************
升级会员 