基于单片机的智能加湿器设计-论文.docx

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基于单片机的智能加湿器

摘要

随着科技的快速发展和人们生活水平日益提高，加湿器开始走入人们的生活，不论是工厂、仓库、车间、还是卧室，都可以看到加湿器的身影。

现在的人们对自己的生活环境越来越重视，而空气中温湿度的改变对人体的舒适度和情绪都有很大的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就及其重要了。

本次设计是以单片机为基础的智能加湿系统，以STC89C52单片机和DHT11温湿度传感器为设计核心，利用湿度传感器将温湿度信号进行获取并转换为数字信号，然后再利用单片机进行数据分析与处理从而实现智能开启与关闭加湿功能，最后通过1602液晶显示屏实现室内相对湿度的实时显示功能。

系统电路简单明了、读取十分方便、检测精度高，具有较高的可靠性和实用价值。

关键词：

加湿器；STC89C52；DHΓΠ1

Microcontroller-basedTfelligenthumidifier

Electronics11-2WangDingding

Supervisor ShanHong

Abstract

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyandρeoρle,slivingstandardsareimproving,humidifierintopeople'slives,whetheritisfactories,warehouses,workshops,orbedroom,youcanseethefigureofthehumidifier.Nowpeoplearemoreandmoreattentiontotheirlivingenvironment,whiletheairtemperatureandhumiditychangeshaveagreatimpactonhumancomfortandemotional,sothetemperatureandhumiditymeasurementandcontrolonitsimportance.

Thedesignisbasedonthemicrocontroller-basedintelligenthumidificationsystemtoSTC89C52DHΓ11microcontrollerandtemperatureandhumiditysensorsforthedesignofthecore,theuseoftemperatureandhumidityhumiditysensorsignalisacquiredandconvertedintoadigitalsignal,andthenusethemicrocontrollerfordataanalysisandprocessinginordertointelligenthumidificationfunctiononandoff,andfinallythrough1602LCDscreenindoorrelativehumiditytoachieveareal-timedisplay.Systemcircuitissimple,veryeasytoread,highprecision,highreliabilityandpracticalvalue.

Keywords:

HumidiHer;STC89C52;DHTU

目录

第1章：

绪论 1

1.1智能加湿器的选题背景及意义 1

1.2智能加湿器的市场现状及前景 2

1.3设计计划任务 2

第2章：

系统硬件设计 3

2.1系统设计思路 3

2.2单片机最小系统模块 3

2.2.1单片机介绍 3

2. 2.2单片机最小系统 6

2.3传感器部分 7

2.3.1 DHΓ11数字温湿度传感器简介 7

2.3.2传感器电路 11

2.4液晶显示部分 12

2.4.1 1602字符型液晶显示屏简介 12

2.4.2 1602LCD电路 14

2.5超声波雾化加湿器部分 15

2.5.1超声波雾化加湿器介绍 15

2.5.2超声波雾化器常用型号 16

2.5.3雾化加湿器使用说明及注意事项 18

第3章系统软件设计 19

3.1程序流程图 19

3.2程序设计 21

第4章实物制作与展示 22

4.1实物制作 22

4.1.1硬件焊接 22

4.1.2硬件问题及解决方法 23

4.2实物展示 23

第5章设计总结 26

第6章致谢 27

参考文献 28

附录原汇编程序 29

第1章：

绪论

11智能加湿器的选题背景及意义

随着人类科技的发展，人们对自身生活环境的要求也愈来愈高。

据相关研究人员研究发现，人体健康湿度为45—70%,在适宜的湿度范围内：

人体的生理、心理皆处于良好的状态，无论是你工作还是休息都会有较好效果。

适宜的湿度不仅可以抑制病菌的繁殖和传播，还可以提高人体的免疫力。

人们所处环境中的湿度对于人们的头脑、心理、身体都有着举足轻重的关系，不宜过低。

于是，加湿器应运而生，并很快走进了人们的家居之中，得到了人们的认同。

加湿器的作用：

1：

增加空气的湿度

随着人们生活水平改善，空调普遍的使用，致使皮肤紧绷、口干舌燥、感冒咳嗽等空调病的滋生。

本设计在雾化过程当中，产生大量负氧离子，能有效增添室内湿度，滋润干燥空气，并与室内空气中的烟雾、粉尘相结合并使其沉淀，能有效去除油漆味、霉味、烟味及臭味，使空气更加清新，保障您和家人的健康。

2.滋润肌肤，养颜美容

酷热的夏天和非常干燥的冬天，使得人的皮肤水份过度流失，加快生命的衰老，润湿的空气才能保持生机盎然，本设计创造有雾的氧吧，滋养肌肤，增进脸部细胞血液循环和新陈代谢，舒缓神经紧张、驱除疲劳，使你精神抖擞。

3：

添加辅助剂，香薰理疗

水中增添植物精油或药液等，随水雾发散，满室生香，使身体更易吸收，有治病养神，保健理疗的作用，特别对于皮肤过敏、失眠、伤风、咳嗽、哮喘具有极好的辅助效果，是传统香薰产品的最佳换代选择

4.时尚摆设，美观实用

在加湿器外设计可爱时尚卡通造型，产生的云雾如梦如幻，如瑶池一般，足以让人产生不同的创造灵感。

缺水能够自动保护，雾量可随意调节，湿度自动平衡。

特有的无噪音电路，从而使你的机器更加安静、省电、节能环保。

但是另一个不可避免的难题呈现了，加湿器需要人为的掌控，有时自己不清楚室内的湿度如何不知道需不需要开启，即便安装了湿度计，也存在长期工作忘记关上的困扰。

这就出现了智能型家用加湿控制器的概念。

该控制器集收集，处理，显示，控制于一体，实现了对空气湿度的及时监测及时控制的要求，从而满足大众的要求⑴。

1.2智能加湿器的市场现状及前景

加湿器在平时生活中巳得到了普遍的使用，但是当前的加湿器依旧需要人为的控制和操作来开启和关闭,只提供比较简单的雾量调节，功能单一,而且无法对室内温湿度进行检测，在使用过程中容易过分加湿和干烧，不但不能保障室内空气的质量还会造成不良的影响，具有安全隐患。

所以设计开发一种由用户根据实际需求进行灵活的设置，实用性能高、价格低廉、安全性高的加湿器可为家庭以及工业提供方便有效的湿度监测和控制，显得极为重要。

1.3设计计划任务

本设计重点是解决传统加湿器所没有的防干烧和智能控制功能。

以STC89C52单片机为核心，设计一个智能温湿度控制系统。

能够在相应的范围内设置最佳相对湿度值，并且能在环境湿度改变时自动调整，以保持湿度基本不变。

温湿度信号通过温湿度传感器DHΓ11进行信号的采集并转换为数字信号，再利用单片机STC89C52进行数据分析与处理，并在1602LCD上显示出当前湿度。

硬件中有一个按键，按下后可调节湿度的最低值与最高值。

当按下电源开关后，

DHΓ11开始进行对温湿度进行测量和计算，最后通过液晶屏显示出所测相对湿度，如果低于设定最低湿度就加湿，高于设定最高湿度停止加湿。

显示部分单片机的P0口接到LCD的数据输入端口DΓD8,P1.0,P.1口分开接到LCD的RS和E□,RW接地为数据的写入，本次设计只计划对LCD的数据写入，RS∏接入低电平时为选择写指令操作，接入高电平时为写数据操作，E口接高脉冲为读取信息，在下降沿实行指令。

传感器的DATA口接到单片机的P2.7口,串口接口数据为单项双向传输的，采用单总线数据格式，一次性输出完整的40bit高位，单片机只读取前八位湿度整数部分。

具体实现步骤为：

用户打开电源，插上继电器，根据用户需求用户自定设置湿度的下限与上限，确定最佳相对湿度值；DHT11采集周围空气中湿度数据，送到主控模块，主控模块将实时的湿度和设定的湿度进行比较判断是否开始加湿。

当湿度低于设定最低湿度时加湿器工作，当湿度大于设定最高湿度是加湿器停止工作。

液晶显示屏1062LCD用于显示当前湿度与温度。

第2章：

系统硬件设计

21系统设计思路

此设计是基于单片机对数字信号的可控性和高敏性、湿度传感器可产生模拟信号和

A/D数字转换芯片的性能。

此设计包括A/D转换、单片机、复位电路、湿度检测、数据显示、系统软件等部分的设计。

系统总体框图如图2.1：

图2.1系统总体结构框

Fig2.1SystemArchitecturebox

2.2单片机最小系统模块

2.2.1单片机介绍

本系统选用STC89C52作为控制电路的核心器件，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可棵除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件选用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。

工作电压为3.3V〜5.5V,其实物如图2.2所示⑵：

图2.2STC89C52实物图

Fig2.2STC89C52physicalmap

本次设计使用6V供电，但超过了单片机的工作电压，所以电源电路需要增加一个二极管将电压降到5.5V以下，为了防止二极管因为过流而烧掉，因此串联一个220Q的限流电阻。

由于二极管的单向导通性，所以接了二极管后还能防止在焊接的时候电源接反烧坏单片机。

STC89C52的电源电路如图2.3所示：

Fig2.3STC89C52powercircuit

Table2.1STC89C52mainfunction

STC89C52主要功能如表2.1所示：

表2.1STC89C52主要功能

兼容MCS51指令系统

8K可反复擦写FlashROM

32个双向I/O口

256x8bit内部RAM

3个16位可编程定时/计数器中断

时钟频率0-24MHz

2个串行中断

可编程UART串行通道

2个外部中断源

共6个中断源

2个读写中断口线

3级加密位

低功耗空闲和掉电模式

软件设置睡眠和唤醒功能

主要功能特性

本次设计使用STC89C52的主要引脚:

（1） 主电源引脚（2根）

VCC：

电源输入，接+5V电源

GND：

接地线

（2） 外接晶振引脚（2根）

XTAL1：

片内振荡电路的输入端

7

图2.3STC89C52的电源电路

XTAL2：

片内振荡电路的输出端

（3） 控制引脚（4根）

RSTATP：

复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALEZPROG：

地址锁存允许信号

PSEN：

外部存储器读选通信号

EAATP：

程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

（4） 可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位PO、Pl、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

P0口：

P0口作为一列8位漏极开路型双向I/O口，常用作地址/数据总线复用口。

内部没有上拉电阻，使用时需添加外部上拉电阻。

P1□:

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可以驱动4个TTL逻辑门电路。

P1口管脚写入1后，通过内部上拉电阻将端口拉高为高电平，可作为输入。

在作为输入使用时，由于内部上拉电阻的存在，P1口被外部下拉为低电平时会输出一个电流。

在使用FLASH进行编程和校验时，P1口可作为第八位地址接收。

P2□:

P2口是内部自带上拉电阻，功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。

P3口：

P3口是和P2口功能基本一样。

除了作为一般的I/O口之外，P3口还可以作为重要的特殊功能口，可以接受一些用于变成校验和闪速存储器编程时的控制信号。

一些特殊功能口如表2.2所示：

表2.2P3口特殊功能引脚功能表

Table2.2P3PortSpecialFunctionPinMenu

P3.0RXD

串行输入口

P3.4TO

计时器0外部输入

P3.1TXD

串行输出口

P3.5T1

计时器1外部输入

P3.1/INTO

外部中断0

P3.6/WR

外部数据存储器写选通

P3.1∕INT1

外部中断1

P3.7/RD

外部数据存储器读选项

单片机STC89C52管脚图如图2.4所示:

图2.4STC89C52管脚图

Fig2.4STC89C52pinmap

2.2.2单片机最小系统

1.时钟电路

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。

时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。

内部方式的时钟电路，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。

定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。

晶体振荡频率可以在1.2〜12MHz之间选择，电容值在5〜30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

本次设计采用12M晶振，3OpF电容［2］。

2.复位电路

复位是单片机的初始化操作。

其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。

除PC以外，复位操作还对其他的一些寄存器有影响，它们的复位状态如表2-3所示：

表2-3—些寄存器的复位状态

Table2-3SomeResetState

寄存器 复位状态 寄存器 复位状态

图2.4单片机最小系统

北京林业大学本科毕业论文（设计）

PC

0000H

TCON

OOH

ACC

OOH

TLO

OOH

PSW

OOH

THO

OOH

SP

O7H

TL1

OOH

DPTR

OOOOH

TH1

OOH

P0-P3

FFH

SCON

OOH

IP

XXOOOOOOB

SBUF

不定

IE

0XOOOOOOB

PCON

0XXX00∞B

TMOD

OOH

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。

本次设计使用的为上电复位，通过外部复位电路的电容充电来实现，只须电源Vcc的上升时间不超过lms,就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。

单片机的最小电路如图2.4所示：

Fig2.4smallestsingle-chipsystem

2.3传感器部分

2.3.1DHΠ1数字温湿度传感器简介

DHT11数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个

7

DHΓ11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

产品为4针单排引脚封装。

连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

DHΓ11外形及引脚排列与说明如下图2.5所示⑶：

图2.5DHT11外形及引脚排列

Fig2.5DHT11shapeandpinarrangement

1.传感器性能说明如下表2-4

表2-4传感器性能

参数

条件

Min

Typ

Max

单位

湿度

分辨率

1

1

1

%RH

8

Bit

重复性

±1

%RH

精度

25°C

±4

%RH

0-50oC

±5

%RH

互换性

可完全互换

量程范围

ooc

30

90

%RH

25oC

20

90

%RH

50oC

20

80

%RH

响应时间

l∕e（63%）25oC,

6

10

15

S

Table2-4SensorPerformance

11

lm∕s空气

退滞

±1

%RH

长期稳定性

典型值

±1

%RH∕yr

温度

分辨率

1

1

1

°C

8

8

8

Bit

重复性

±1

°C

精度

±1

±2

°C

量程范围

0

50

°C

响应时间

l∕e（63%）

6

30

S

2. 接口说明

建议连接线长度短于20米时用5K±拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻

3. 电源引脚

DHΓ11的供电电压为3-5.5Vo传感器上电后，要等待Is以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。

电源引脚（VDD,GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。

4. 串行接口（单线双向）

DATA用于微处理器与DHΓ11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零.操作流程如下：

一次完整的数据传输为40bit,高位先出。

数据格式：

8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据

+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据

+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

用户MCU发送一次开始信号后,DHΓ11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHΓ11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据.从模式下,DHΓ11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号,DHΓ11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。

DHΓ11复位时序如图2.6所示：

图2.6DHT11复位时序

Fig2.6DHT11ResetTiming

总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHΓ11响应，主机把总线拉低必须大于18毫秒，本次设计的程序中拉低20ms.保证DHΓ11能检测到起始信号。

DHΓ11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送低电平响应信号.主机发送开始到信号结束，延时等待20-40us,本次设计的程序中延时40us,读取DHΓ11的响应信号，主机开始发送信号后，可以切换到输入模式或者输出高电平都可以。

由于单片机的上拉能力不够，会产生很大的寄生电容从而使得RC充放电，会使数据出错，因此总线由4.7K上拉电阻来拉高。

DHΓ11开始发送数据过程如图2.7所示：

图2.7数据传输

Fig2.7DataTransfer

数字'0'信号表示方法如图2.8所示:

图2.8数字0信号表示方法

Fig2.8digitalsignalrepresentation0

数字，0,表示方法为，DHΓ11先把总线拉低12-14us然后拉高，高电平保持时间在26-

28us范围内，则此时为，0,电平。

数字，1，信号表示方法如图2.9所示：

图2.9数据'1'信号表示方法

Fig2.9data,1'signalrepresentation

数字'1，表示方法为，DHT11先把总线拉低12-14us然后拉高，高电平保持时间在116-118us范围内，则此时为'1'电平。

本次设计的程序是在高电平延时30us以后读取的，如果是低电平，则输出'0',如果是高电平，则输出'1'。

2.3.2传感器电路

传感器模块是对整体电路进行信号采集和初步处理，DHT11在3-5.5V电压下可以正常工作。

在DHΓ11传感器上电之后，为了越过不稳定状态则需要等待一秒，在此期间不再发送任何指令。

DHΓ11同微处理器之间的通讯与同步是通过DATA来实现的,DATA与单片机P2.0n相连，使用4.7K±拉电阻，防止干扰来增加稳定性。

使用单总线数据格式，接口方便，不需要另外校准。

单次的通讯时间大概为4ms。

分辨率是8bit,完全能够满足通常环境温湿度的检测要求。

由于湿度的监测受周围温度变化影响很大，气体的相对湿度，在很大程度上也依赖于温度。

所以应该尽量在相对稳定的环境中检测湿度，在测量湿度时，应尽可能14保证湿度传感器在同一温度下工作。

如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHΓ11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。

为降低热传导，DHΓ11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。

传感器电路如图2.10所示：

图2.10DHTU传感器电路

Fig2.10DHT11sensorcircuit

2.4液晶显示部分

2.4.11602字符型液晶显示屏简介

本系统使用的为1602字符型液晶显示屏，字符型液晶显示模块可专门用于数字、字母、符号等点阵，是一种点阵LCD。

目前常用的有16*1、16*2、20*2和40*2行等模块。

通常有14或16条引脚线，还有一条背光电源线VCC和一条地线，和14脚的LCD的控制原理是一样的。

在单片机系统中经常使用液晶显示器作为显示元件。

1602型LCD有D0-D7一共8位据线总线和R/W/RS/EN