智能加湿器的设计本科毕业设计论文Word格式.docx
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本设计将采用智能控制，以AT80S51单片机为核心，外接辅助电路，通过实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能基本实现加湿器的智能化。
2设计方案
2.1系统的整体功能结构图
整个室内智能加湿器以单片机为核心，实现对内部功能的控制，实现对温度、湿度、液位的检测，液晶屏的显示，液位保护，声光报警，图2-1中各功能模块的作用阐述如下：
图2-1自动加湿器功能原理图
温度检测：
利用DS18B20数字温度传感器检测环境实时温度
湿度检测：
两个温度传感器分别采集室内空气的干湿球温度，并将采集的温度传送至单片机。
单片机对这两个数据加以处理并结合室内湿度要求参数控制加湿器的开启和闭合
液位检测：
利用BZ0504液位开关检测水槽实时液位。
判断有水时输出0V，无水时5V。
单片机控制：
我们标配的是AT80S51，作为核心部件，实现对内部功能的控制。
液晶显示：
利用1602液晶显示模块。
显示实时的温湿度。
声光报警：
当检测的液位低于安全值时，蜂鸣器响且LED灯闪亮，提醒用户给水槽加水。
2.2系统的整体功能流程图
系统单片机代码采用汇编语言编译，以伟福仿真器V8/L为开发环境。
系统软件实现的功能：
1）通过LCD显示温湿度值及水位；
2）比较监测到的水位，发现低水位时自动掉电并声光报警；
3）根据相对湿度值控制加湿器的开关。
根据监控系统功能要求，系统软件流程图设计如图2-2所示。
初始化开始，然后载入程序，根据显示数据读出干球温度T，湿球温度TS，根据干湿球温度求出相对湿度D，然后读出显示的水位H，判断水位H是否大于最小水位Ho：
若H<
=Ho，则声光报警并关闭加湿器，然后显示温湿度，再读出一个干球温度T，湿球温度TS,计算出相对湿度D，读出水位H循环，直至H>
Ho成立后，判断相对湿度D与最小湿度Do的大小比较，若D<
=Do则开启加湿器，显示温湿度，循环直至相对湿度D<
=Do，关闭加湿器，然后显示温湿度过程循环。
图2-2室内智能加湿器的整体功能流程图
2.3实现方式
要达到自动加湿器功能要做好硬件和软件设计和调试三个方面的工作。
首先硬件方面，通过合理的设计单片机管脚及其他外围电路的链接，使之既有I/O口的功能，又有控制型号的功能。
在本次开发过程中利用三个按钮开关代替水位传感器分别代表高、中、低水位，而加湿器开关则由一发光二级管代替，在开发过程中更容易观察系统开发效果。
这方面的内容详见硬件设计部分内容。
其次软件方面，通过合理设计软件的结构和安排子程序，使程序以最简洁有效的方式实现目的。
最后，调试方面，程序编辑用VW8系列方针器环境，编辑过程可使用软件仿真观察，并对其进行调试[1]。
在程序编辑完成之后使用硬件仿真，最终用烧录器将程序写入单片机进行实测。
本系统分信号的主要有温度传感器的输入信号和单片机输出的控制信号构成。
首先由单片机向温度传感器发出读信号，随后温度传感器做出响应，单片机待DS18B20完成收集到得温度信息进行AD处理并存储为数字信号后，开始读取温度值，并对其信号做位处理使之达到用户需求的精度以及计算得到相对湿度，最后通过1602LCD显示温湿度值[2]。
另外，系统在运行过程中还有专门的控制声光报警系统、光电耦合开关的控制信号
3硬件设计
3.1电路图
单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。
硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。
这种设计方法可以降低系统设计的复杂性[3]。
系统电路原理图如图3-1所示。
本系统主要硬件设计包括电源电路、蜂鸣器电路、晶振电路、复位电路、LCD显示电路以及温度传感器电路。
图3-1系统电路原理图
控制电路的核心器件是由美国Atmel公司生产的AT89S51单片机，属于MCS-51系列。
AT80S51是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有2K在系统可编程Flash存储器，采用的工艺是Atmel公司的高密度非易失存储器技术；
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AT80S51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；
价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强。
因此广泛应用于工业控制和嵌入式系统中。
3.2功能描述
参考舒适性空调的相对湿度采用40%—65%的要求，在功能设计过程中以40%为最适相对湿度参考值。
单片机一方面通过监测加湿器内部的水位，达到加湿器防干烧的功能，即只有在水位在水位下限以上时加湿器才能通电工作。
另一方面通过处理两个温度传感器测得的干湿球温度得到室内相对湿度，并和人体最适相对湿度做比较。
在水位符合要求的前提下，若室内相对湿度高于人体最适值则控制加湿器不动作，反之则对加湿器通电开始加湿，直到室内空气达到最适湿度时断电。
另外，单片机通过和声光报警器以及1602LCD显示屏相连，还具有了温湿度及水位的显示功能。
总之，在现有的加湿器内加入此单片机将实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能基本实现加湿器的智能化。
3.3单片机
T80C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机[4]。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[5]。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT80S51是一种高效微控制器，AT80C2051是它的一种精简版本。
AT80S51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图3-2所示
图3-2AT89S51芯片引脚图
AT80S51共有40个引脚，大致可分为4类：
电源引脚、时钟电路引脚、I/O引脚、控制线引脚。
根据开发的需要和单片机的结构，我们就可以实现单片机的自动工作，即实现自动化
3.4DS18B20传感器
传感器是一种按一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理的测量器件或装置，用于满足系统信息传输、存储、显示、记录及控制等要求。
在本系统的开发过程中主要用到了DS18B20数字温度传感器，这种传感器提供9-12位摄氏温度测量ifub‘有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失}fu改变的报警功能[6]。
DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。
它的测温范围为一55-}-+1250C，并目‘在一10-}-+850C精度为士50C。
除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。
每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，从}fu允许多只DS18B20同时连在一根单线总线上;
因此，很简单就可以用一个微控制器去控制很多覆盖在一大片区域的DS18B20。
这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。
在测温操作方面，DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。
温度传感器的精度为用户可编程的9,10,11或12位，分别以0.50C,0.250C,0.1250C和0.06250C增量递增。
在上电状态下默认的精度为12位。
DS18B20启动后保持低功耗等待状态;
当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出「44h〕命令。
在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。
当DS18B20由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”，DS18B20正在温度转换中返回0，转换结束返回1。
如果DS18B20由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会由返回值[7]。
DS18B20数字温度传感器内部结构如图3-3所示
图3-3DS18B20数字温度传感器内部结构
此款温度传感器输出串行通信信号，电路图见图3-4.
图3-4DS18B20温度传感器接线图
3.51602显示屏
利用滑动变阻器调节背光灯与显示字符的对比度，利用三极管的及P2.7控制背光的暗与灭[8]。
接线原理见图3-5。
图3-51602接线原理图
3.6复位电路
复位电路的基本功能是：
系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。
为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
图3-6所示的RC复位电路可以实现上述基本功能。
但解决不了电源毛刺（A点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。
左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰[9]。
上电及手动复位电路图如图3-6所示
图3-6上电及手动复位电路图
3.7液位定位及光电开关
由于开发过程时间紧迫，暂时未购买到合适的液位监测传感器，因此在实际开发过程中采用三个开关进行代替，按下按钮表示水位到达相应的水位。
另外为了直观的看出控制输出信号的转台，开发过程中将光电开关改为一发光二级管并与电阻串联接地[10]。
见图3-7。
图3-7水位计光电开关替代元件
4软件设计
4.1DS18B20流程设计
每个DS18B20温度传感器的流程图设计如图4-1：
图4-1DS18B20模块程序流程图
传感器DS18B20复位，跳过ROM匹配后启动温度转换，DS18B20复位然后跳过ROM匹配，再读取温度后进行温度处理，保留一位小数。
读取数据及传送程序如下[11]：
READ_TEMP:
;
读1820内部温度子程序.
CALLRESET
JB70h,EXT1
CALLSKIP_ROM
CALLTEMP_CONV;
温度AD变换
CALLDELAY_600MS
CALLTEMP_GET;
发取温度的命令
CALLREAD;
接收...
EXT1:
RET
SKIP_ROM:
;
跳过ROM检测
MOVA,#0CCH;
#0CCH为跳过rom命令
CALLWRITE
RECALL_EPROM:
重调Eprom
MOVA,#0B8H
TEMP_CONV:
MOVA,#44H;
AD变换
TEMP_GET:
MOVA,#0BEH;
读18b20命令
*********18B20基本时序子程序
RESET:
初始化子程序
SETBP1.2
NOP
CLRP1.2;
拉低
MOVR3,#150;
*4=600US
CALLDELAY_BY_R3
SETBP1.2;
拉高
MOVR3,#15;
60US
MOVR3,#60;
4个周期*60=240US内检测
A1:
JNBP1.2,A2;
检测到低平信号
DJNZR3,A1;
如果没有应答的低电平信号,返回A1重新检测,超时后下一行,
SETB70h;
DS1820不存在.
JMPA3
A2:
CLR70h
MOVR3,120;
240US;
等恢复时间2*120=240us
DJNZR3,$
A3:
WRITE:
MOVR2,#8;
一个字节为8位
CLRC;
C位清0C位用来放A的一位数据,用移位的方法放入C
B1:
SETBP1.2
CLRP1.2
MOVR3,#4;
16US
RRCA;
把A中的数送入C
MOVP1.2,C;
把C送入总线
MOVR3,#12;
48US（一位数据的发送:
60us<
tx<
120us）
SETBP1.2;
拉高1us结束一位
DJNZR2,B1
READ:
MOVR1,#4;
接收4个字节数据依次是1.低位2.高位.3.高限4.低限
MOVR0,#28H;
低位放28H;
高位放29h（1.28H,2.29H3.2AH4.2BH）
C0:
MOVR2,#8;
一字节数据8位
C1:
CLRC;
清除C
拉低.
NOP;
1us秒后拉高?
16us后采数据
MOVC,P1.2;
读出18b20的数据
RRCA;
移入A
48US恢复时间
DJNZR2,C1;
一个字节收完
MOV@R0,A;
移入存储位
INCR0;
下一位;
29h
DJNZR1,C0;
全部取完吗?
没有重复
4.21602字符型LCD流程设计
1602字符型LCD流程设计如下：
显示器1602初始化后延时15ms，显示模式设置，再延时5ms，显示关闭，延时5ms显示清屏，再延时5ms显示光标移动设置延时5ms显示开及光标设置，然后显示位置设置，延时，显示温度各位数值[12]。
图4-21602液晶驱动程序流程图
LCD控制及显示子程序如下：
DISPLAY:
MOVA,R1
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
CALLWRITE_DATA_TO_LCD
INCR1
DJNZR0,DISPLAY
WRITE_NOT_CHECK_BUSY:
SETBE
CLRRS;
写入控制命令的子程序
CLRRW
CLRE
ENABLE:
ACALLTEST_BUSY
TEST_BUSY:
MOVP0,#0FFH;
判断液晶显示器是否忙的子程序
CLRRS
SETBRW
JBP0.7,TEST_BUSY;
如果P0.7为高电平表示忙就循环等待
WRITE_DATA_TO_LCD:
SETBRS;
RS=1
CLRRW;
RW=0;
准备写入数据
CLRE;
E=0;
执行显示命令
ACALLTEST_BUSY;
判断液晶模块是否忙?
SETBE;
E=1;
显示完成,程序停车
**********数据转换*******
DATA_CONV:
数据转换
MOVA,28H;
低字节
ANLA,#0FH;
去除高位
MOVB,#6;
乘6得到实际数值的100倍.
MULAB
MOVB,#10
DIVAB
MOV33H,A;
小数位高
MOV32H,B;
小数位低
MOVA,28H
MOVC,29H.0;
29h高位的低4字节
RRCA
MOVC,29H.1
MOVC,29H.2
MOVC,29H.3
MOV28H,A;
重新合成.结果存在28H.
MOV26H,A;
整数位高
MOV25H,B;
整数位低
-------------------------
MOVA,2AH
MOV40H,B;
高温限值个位
MOV41H,B;
十位
MOV42H,A;
百位
----------------------------
MOVA,2BH
MOV43H,B;
低温限值位个位
MOV44H,B;
MOV45H,A;
CLRC
MOVA,28H;
现温度值与高温限值比较
SUBBA,2AH
JCBIG;
如果高.则关机器
MOVA,2BH;
现温度与低温限值比较
SUBBA,28H
JCX_BIG;
低温限值比现温高,则开机器
AJMPCONVERT_END
BIG:
X_BIG:
CONVERT_END:
*********显示温度**************
DISPLAY_18B20_TEMP:
LCD_显示子程序
MOVP0,#10000000B;
显示位置
ACALLENABLE;
执行指令
MOVDPTR,#TAB3;
显示'
WENDU:
'
MOVR1,#0;
码表初值
MOVR0,#7;
字数
CALLDISPLAY
---------------显示温度值高位
MOVDPTR,#LED_DATA
MOVR1,26H;
MOVR0,#1;
---------------显示温度值低位
MOVR1,25H;
---------------显示小数点
MOVDPTR,#DOT
MOVR
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