全自动加湿器的硬件设计Word格式.docx
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采用单片机来对湿度进行控制，不仅具有控制方便、灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。
本设计通过单片机AT89S52控制数字温度传感器DS18B20和电容式相对湿度传感器HS1101，实现对室内温度和相对湿度的测量，并且在液晶显示器LCD1602上实时显示室内环境的温度和相对湿度，用LC震荡电路对水位进行监控，当水位较低时进行报警。
使用DAC0832实现DA转换，连接雾化器，用单片机控制雾化器，从而调节室内湿度。
关键词：
湿度控制；
单片机；
电路
Abstract
withthegrowthoflivingstandard,wetakemoreandmorecareofthehealth.Thetemperatureandhumidityhaveinfluenceonthecomfortlevelofthebodyandwillinfluencethemoodindirectly.Ifyoudonotcontrolitbyfingerthecommonhumidifiercanwillhumidifyallthetimeandcannotsatisfyourfastlivingpace.Ifitcontrolthehumiditybasedonthetemperature,itwillimprovethelivingcomfortlevel.ThehumiditycontrolsystembasedonMCSisveryconvenientandcanimprovethecontrolqualitylargely.ThedesignusesaAT89S52,atemperaturesensorDS18B20andahumidityHS1101,itcanmeasureanddisplaythetemperatureandtherelativehumiditywiththeLCD1602.BesidesitusestheLCshakingcircuitmonitoringthewaterlevel,itwillalarmwhenthewaterisnotenough.AndaccordingtoDAC0832,itenforcestheDAtransitionandconnectsatmoizer,thenregulatetherelativehumidity.
Keywords:
Humiditycontrol；
microcontroller；
circuit
1绪论
1.1课题研究背景与意义
随着科技发展的加快，人们生活水平的提高，人们对自身的身体健康关注度也越来越高。
室内的温度，湿度的情况影响着人们身体的舒适度同时也会间接的影响着人们的心情。
采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。
全自动温湿控制器可以明显的改善人们的室内生活的环境，从而提高人们的生活质量。
1.2研究现状分析和发展前景
当下的生活中，普通插电试的加湿器在市场上可以很容易的见到，在家庭，医院，工作单位等地方也得到广泛的应用。
在工业生产中，大型的自动控制的加湿器也已经的到广泛的使用，并且技术发展已经趋于完全。
在生活中人们对全自动洗衣机，全自动微波炉等并不陌生，但是家用的全自动温湿控制器并没有得到广泛的使用和发展。
人们对于全自动加湿器的概念并不是很清晰，对于全自动加湿器的，人们对全自动加湿器的自动和方便等优势也没有明显的体会。
“全自动”在以后快节奏的当代人生活中将会成为不可缺少的名词，而全自动温湿控制器也将成为人们不可或缺的家用电气。
在今后的生活中，全自动温湿控制器的研制，大量的生产，普及已经成为不可阻挡的趋势。
1.3技术指标
（1）实现对室内温度的测量，分辨率为0.5℃；
（2）实现对室内相对湿度的测量，误差不大于±
3%RH；
（3）实现室内温度和相对湿度的本地显示；
（4）水位的检测和报警；
（5）通过单片机对当前的湿度进行控制。
2总体设计
2.1系统整体设计
硬件以微控制器为核心，外接晶振、复位电路、电源、温度测量电路、湿度测量电路、LC震荡电路、LCD显示电路和D/A转换电路组成。
本项目通过单片机AT89S52控制数字温度传感器DS18B20和电容式相对湿度传感器HS1101，实现对室内温度和相对湿度的测量，并且在液晶显示器LCD1602上实时显示室内环境的温度和相对湿度，用LC震荡电路对水位进行监控，当水位较低时进行报警。
2.2系统整体设计框图
图1系统设计图
3硬件的设计
3.1微控制器模块
单片机又称单片微控制器，它是将CPU、存储器、输入/输出接口、定时/计数器等集成在一块芯片上，是目前销量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。
鉴于系统对速度和成本的要求，本系统采用51系列单片机，具体选择美国ATMEL公司生产的AT89S52为控制器。
3.1.1AT89S52的介绍
AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S52单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
主要性能：
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
与MCS-51单片机产品兼容，1000次擦写周期，全静态操作：
0Hz～33Hz，三级加密程序存储器，三个16位定时器/计数器，八个中断源，全双工UART串行通道，低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒，双数据指针，掉电标识符，8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
端口介绍：
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；
在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能：
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INTO（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
P3.4TO（定时/计数器0）
P3.5T1（定时/计数器1）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器读选通）
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP：
外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
XTAL1：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
3.1.2控制电路
图2控制电路
控制电路设计中采用的是单片机系统，该系统必须要是工作在一个最小系统（指单片机的可以的最小配置系统）。
AT89S51的最小系统包括了外界时钟电路和复位电路，选定一定数量的IO口作为控制口控制外部的各种器件和数据的输出。
根据功能选择一定的单片机端口添加外围的器件，具体电路如图2所示。
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）是外接时钟引脚。
当采用片内时钟振荡方式时，需要在这两个脚外接石英晶振和振荡电容，石英晶振的频率在0-24MHZ之间，典型值为11.0592MHZ或12MHZ，振荡电容的值一般取10pf-30pf，典型值为30pf。
这里石英晶振频率采用11.0592M，振荡电容采用30pf。
RST（9脚）是复位引脚。
当输入连续两个机器周期以上的高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。
其复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。
其实图3中的复位电路既能上电自动复位又能人工按钮复位。
上电时，电容
两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作；
当按下按钮时，RST端为高电平，由于按键按下释放时间在数毫秒，所以能够使单片机复位。
EA（31脚）是控制单片机读取内部程序储存器和外部程序储存器的。
当EA接高电平时，单片机读取内部程序储存器。
当EA接低电平时，单片机直接读取外部ROM。
由于89S52有内部程序存储器，所以该引脚接高电平。
3.2温度测量模块
3.2.1温度传感器概述
温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早期使用的是模拟温度传感器，如热敏电阻。
随着科技的进步，现代温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域。
美国DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数字码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。
3.2.2DS18B20介绍
DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化为串行数字信号供处理器处理。
DS18B20温度传感器特性如下：
（1）适应电压范围宽，电压范围在3.0-5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。
（2）独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。
（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测量。
（4）在使用中不需要任何外围器元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
（5）测温范围-55℃—+125℃，在-10℃—+85℃时精度为±
0.5℃。
（6）编程分辨率为9-12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
（7）在9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字；
在12位分辨率时，最多在750ms内把温度转换为数字。
（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
（9）负压特性。
电源极性接反时，芯片不会因发热而烧坏，但不能正常工作。
其应用范围很广，有：
冷冻库、粮仓、储罐、电信机房、电力机房、电缆线槽等测温和控制领域。
轴瓦、缸体、纺机、空调等狭小空间工业设备测温和控制。
汽车空调、冰箱、冷柜以及中低温干燥箱等。
供热、制冷管道热量计量、中央空调分户热能计量等。
3.2.3DS18B20与单片机的连接
DS18B20有两种封装：
三脚TO-92直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚SOIC贴片式。
在此，我们选用三脚TO-92直插式封装的DS18B20芯片。
它有三个脚，分别为电源正极VDD、信号输入输出DQ和电源负极GND。
DS18B20是以单总线的方式与单片机相连接的。
单总线技术是采用单条信号线，既可传输时钟，又可传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。
单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。
单总线通常要求外接一个约为5KΩ的上拉电阻。
本系统中采用10KΩ的上拉电阻。
本系统DS18B20的DQ与单片机P2.2相连。
3.3湿度测量模块
3.3.1湿度概述
湿度是指大气中的水蒸气的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。
绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位g/m³
一般用符号AH表示。
相对湿度是指气体（通常为空气）的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度的百分比，一般用符号%RH表示。
相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲，在实际应用中多使用相对湿度这一概念。
3.3.2湿度传感器概述
湿度传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件。
由湿度引起湿度传感器物理或化学变化的种类，可将湿度传感器分为电容式、电阻式和湿涨式。
电容式是其高分子材料吸湿后引起介电常数发生变化；
电阻式是其高分子材料吸湿后引起电阻率发生变化；
湿涨式是其高分子材料吸湿后引起体积发生变化。
通常对湿度传感器有下列要求：
在各种气体环境下稳定性好，响应时间短，寿命长，有互换性，耐污染和受温度影响小等。
3.3.3HS1101湿度传感器介绍
本系统选用HS1101湿度传感器来测量湿度，HS1101是法国Humirel公司推出的一款电容式相对湿度传感器，该传感器广泛应用于办公室、家庭、汽车驾驶室和工业控制系统等，对空气湿度进行监测。
与其它湿度传感器相比，它有着显著的优点：
（1）无须校验的完全互换性
（2）长期饱和状态，瞬间脱湿
（3）适应自动装配过程，包括波峰、焊接、回流焊等
（4）具有高可靠性和长期稳定性
（5）特有的固态聚合物结构
（6）响应时间快
（7）适用于现行电压输出和线形频率输出两种电路
HS1101湿度传感器在电路构成上等效于一个电容器件，采用侧面开放式封装，只有两个引脚，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大，但不允许直流方式供电。
3.3.4湿度检测电路的连接
将HS1101的电容量的变化量准确地转变为单片机易接受的信号的方法，常用有两种：
一种是将HS1101置于运放与电容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大，再由A/D转换为数字信号，供单片机处理；
另一种是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，共单片机直接采集和处理。
本系统采用555振荡电路的形式。
HS1101与TLC555组成的振荡电路如图所示。
此电路为典型的555非稳态电路。
HS1101作为可变电容接在TRIG（2脚）与THRES（6脚）两引脚上。
电源电压工作范围是+3.5V-+12V，本系统采用+5V。
R3是为了防止输出短路的保护电阻。
R4是做内部温度补偿，引入温度效应，使它与HS1101的温度效应相匹配。
R4必须为1%精度,最大温度效应小于100ppm的电阻。
由于不同型号的555的温度效应不同，所以R4必须与相应型号的555芯片相匹配。
为了保证在55%RH的典型湿度值为6660Hz（25℃），R2也必须做修正。
对于TLC555，R4取909k,R2取576k。
为了使输出方波占空比接近50%，应使R2>
>
R1，本系统R1取49.9k。
图3湿度检测电路
该振荡电路输出的方波的频率fout=1/（R1+2R2）C㏑2
根据HS1101使用手册，该振荡电路输出的方波频率范围是6033～7351Hz,所对应的相对湿度为100～0%R。
表1给出了一组相对湿度与电压频率的对应值。
表1相对湿度与电压频率的典型值
%RH
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Hz
7351
7224
7100
6976
6853
6728
6600
6468
6330
6186
6033
输出电压频率与湿度关系为：
其中，fout（55）是指在55%RH的典型湿度值时的电压输出频率值，在25℃下，该值为6660Hz。
本系统要求湿度精度为3%RH，可以用下式计算fout与RH的关系：
输出方波的占空比D为：
D=（R1+R2）/（R1+2R2）
由此可计算出振荡电路输出的方波的占空比为52%。
3.4LCD显示模块
3.4.1液晶概述
液晶（LiquidCrystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。
液晶显示（LiquidCrystalDisplay,LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。
为叙述简便，通常把各种液晶显示器都直接叫做液晶。
各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名的。
比如：
1602的意思是每行显示16个字符，一共可以显示两行；
类似的命名还有0801、0802、1601等，这类液晶通常都是字符型液晶，即只能显示ASC
码字符，如数字、大小写字母、各种符号等。
还有另一类液晶属于图形型液晶，如12232，它的意思是液晶由122列、32行组成，即共有122×
32个点来显示各种图形，我们可以通过程序控制这122×
32个点中的任何一个点显示或不显示。
类似的命名还有12864、19264、192128、320240等，根据客户需要，厂家可以设计出任意数组合的点阵液晶。
液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但是它有个致命的弱点，其使用的温度范围很窄，通用型液晶正常工作温度范围为0℃-+55℃，存储温度范围为-20℃-+60℃，即使是宽温级液晶，其正常工作温度范围也仅为-20℃-+70℃，存储温度范围为-30℃-+80℃。
3.4.21602的介绍
1602引脚说明：
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用
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