西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院 羅雪儀 王 龍 孔祥哲 程 龍 楊 超

1 緒論

溫度、濕度已經(jīng)成為人類生活中重要的環(huán)境因素。隨著地球環(huán)境的惡化，人們的生活環(huán)境也面臨更大的危機(jī)。

在辦公環(huán)境中，有變頻空調(diào)；在農(nóng)場(chǎng)中，有水泵；在車間中有換氣扇。不同的地點(diǎn)有不同的環(huán)境要求，在我們的設(shè)想中，能夠根據(jù)不同的要求改變環(huán)境中某種因素，人們的生活質(zhì)量將得到很大的提升。

首先我們要對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，利用DHT11對(duì)環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)52單片機(jī)進(jìn)行編程控制后，安裝按鍵和1602顯示屏，即可以在1602上顯示現(xiàn)在的溫濕度和對(duì)應(yīng)的溫濕度上下限值，而且可以通過按鍵對(duì)限值進(jìn)行調(diào)整。最后放大電路后設(shè)置4個(gè)繼電器，觸發(fā)限值報(bào)警時(shí)，對(duì)應(yīng)的限值對(duì)應(yīng)不同的繼電器，報(bào)警而且模擬不同效果。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計(jì)溫濕度傳感器DHT11，對(duì)環(huán)境中的溫度、濕度因素進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)限值報(bào)警，安裝按鍵可以調(diào)節(jié)上下限值的具體數(shù)值，而且在1602上分行顯示。溫濕度上下限值共有4個(gè)，對(duì)應(yīng)4個(gè)繼電器，不同限值觸發(fā)不同繼電器，繼電器吸合，電路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)模擬不同效果的功能。

2.2 設(shè)計(jì)思路

以單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，加上傳感器與輸出端，形成一個(gè)控制系統(tǒng)。

主要模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、傳感器模塊（dht11）、顯示模塊（1602）、按鍵及報(bào)警模塊（按鍵和蜂鳴器）、模擬效果模塊（放大電路和繼電器）。

根據(jù)原理圖，設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)、傳感器和1602，檢測(cè)溫濕度信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)信號(hào)處理，傳輸?shù)?602，并行顯示實(shí)時(shí)溫濕度和溫濕度限值，超過限值報(bào)警，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2.3 硬件設(shè)計(jì)

主要由4個(gè)大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、傳感器模塊、LCD液晶顯示模塊及報(bào)警模塊。主控模塊為STC89C52芯片及其最小系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中起到控制核心的作用，所有元器件在控制核心的存在下變得靈活起來。傳感器模塊使用DHT11，利用排座直插在PCB上；報(bào)警模塊使用三極管和蜂鳴器，超過限值會(huì)進(jìn)行報(bào)警；LCD使用1602，顯示兩行：實(shí)時(shí)溫濕度和設(shè)置的限值。

2．3．1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。在使用Altium Designer時(shí)，設(shè)計(jì)PCB，以單片機(jī)作為核心，在其附近安插其他器件：復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路和電源電路。在單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，只需要設(shè)計(jì)其他的輸入輸出模塊就能完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2．3．2 傳感器輸入設(shè)計(jì)

DHT11是一種溫濕度傳感器

測(cè)量范圍20% ～90%RH，0℃ ～50℃。測(cè)溫精度為-+2℃，測(cè)濕精度為-+5%RH。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件應(yīng)用電路如圖2所示，電路原理圖如圖3所示。

圖2 DHT11 典型應(yīng)用電路

圖3 DHT11 電路原理圖

2．3．3 顯示器選型

在日常生活中，顯示方式有很多，其中有LED顯示（流水燈）；數(shù)碼管顯示；點(diǎn)陣顯示。

對(duì)比各種顯示方式，LED不能顯示數(shù)字，

數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字母有限，點(diǎn)陣顯示需要驅(qū)動(dòng)，還需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的安裝。相比于這些現(xiàn)實(shí)方式，1602屬于集成模塊，而且能夠顯示：數(shù)字、字母、符號(hào)、文字。有更加全面的功能，總共16個(gè)引腳，直插在PCB上，相對(duì)于來說能達(dá)到效果而且不那么復(fù)雜，因此選用1602顯示屏。

2．3．4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。采用直流電壓供電，可以連接單片機(jī)，單片機(jī)是直流5V供電。設(shè)計(jì)電阻和三極管9012，一端接GND，一端接VCC。原理圖如圖4所示。

圖4 蜂鳴器電路原理圖

2．3．5 繼電器設(shè)計(jì)

繼電器選擇6引腳的RELAY-SPDT，單刀雙擲開關(guān)。4、5腳是繼電器線圈，沒有正負(fù)極之分的，一個(gè)腳接三極管，另外一下腳接地。1—2是常閉，1—3是常開。圖下面有兩個(gè)1腳，是公共端，繼電器內(nèi)部是接在一起的。封裝圖如圖5所示，引腳圖如圖6所示。

圖5 繼電器封裝圖

圖6 繼電器引腳圖

繼電器相當(dāng)與一個(gè)開關(guān)，是否吸合來控制電力路開路或者通路。在經(jīng)過9012三極管對(duì)電流的放大之后，如果超過報(bào)警限值就會(huì)吸合，四個(gè)繼電器分別模擬4個(gè)功能：去濕、加濕、降溫、升溫等功能。每個(gè)繼電器后面加了一個(gè)接口，能夠分別加入其他5V用電器。其中第三個(gè)繼電器有降溫功能，當(dāng)溫度超過溫度上限之后，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。升溫功能，可以連接升溫棒，在停止風(fēng)扇的同時(shí)，開啟升溫棒，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的升溫控制器。

2.4 硬件設(shè)計(jì)

主程序首先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統(tǒng)，然后采集溫濕度信號(hào)，傳送給單片機(jī)，進(jìn)行判斷，根據(jù)控制方法，使不同的情況連通不同的繼電器，接通不同的繼電器，模擬不同的情況。主程序設(shè)計(jì)圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

表1 測(cè)量電壓表

3 調(diào)試與測(cè)試

分別把每個(gè)模塊的電路和總體電路設(shè)計(jì)出來，使用Altium Designer軟件做出PCB板，把每個(gè)元器件焊接好，使用萬用表和測(cè)試電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。按照原理，經(jīng)過三極管的放大之后，繼電器吸合，從而使外接風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)?？偣?個(gè)繼電器，分別模擬去濕、增濕、降溫、升溫等過程。結(jié)論：系統(tǒng)能顧通過按鍵調(diào)節(jié)溫濕度的上限限值，并且能夠檢測(cè)信號(hào)，發(fā)生報(bào)警。繼電器成功運(yùn)作，能夠成功模擬四種不同的風(fēng)扇效果。如表1所示。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人工智能與人們生活之間的距離越來越近，智能風(fēng)扇只是一個(gè)課題，讓我們?cè)谶@段時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)單片機(jī)最小系統(tǒng)加上傳感器與輸出端形成的一個(gè)小型模擬系，讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)的過程中體會(huì)到科技的力量，根據(jù)不同的環(huán)境模擬出不同的效果，相信在未來，風(fēng)扇或者其他用電器能夠更加智能化！

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