李俊瑋

摘要：隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)得以發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了很大的提升。通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)也開(kāi)始應(yīng)用于更多領(lǐng)域。本文分析了嵌入式單片機(jī)的起源，發(fā)展進(jìn)程，以及嵌入式單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，性能，和超聲波加濕器一起應(yīng)用，通過(guò)基于單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)濕度系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)其控制原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī)；調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)；超聲波加濕器

前言：

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)起源于微型機(jī)時(shí)代，但很快就進(jìn)入到獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。在單片機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)以器件形態(tài)迅速進(jìn)入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域中，以電子技術(shù)應(yīng)用工程師為主體，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化。嵌入式單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)濕系統(tǒng)調(diào)濕精度高、消耗能量低，已經(jīng)成為未 來(lái)溫度控制技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)，得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。為此，筆者對(duì)單片機(jī)自動(dòng)調(diào)濕系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。

1.0 嵌入式單片機(jī)的發(fā)展：

80年代之前，嵌入式單片機(jī)廣泛應(yīng)用于大型機(jī)電，像汽車(chē)，家電產(chǎn)品，很少應(yīng)用于小型電器，但慢慢發(fā)展，嵌入式單片機(jī)和PC結(jié)合，和成千上萬(wàn)的電子產(chǎn)品相結(jié)合，來(lái)獲得更佳的使用性，更方便，速率更快，價(jià)格實(shí)惠。時(shí)過(guò)境遷，現(xiàn)在的嵌入式相比之前更加智能，更加系統(tǒng)。新興的嵌入式 系統(tǒng)隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新模式、新想法，新天地。新型嵌入式系統(tǒng)會(huì)隨著社會(huì)的發(fā)展，不斷前進(jìn)，比如馬上來(lái)臨的5G時(shí)代，無(wú)線(xiàn)覆蓋整個(gè)城市，智能家具，甚至往大的方面還可能涉及到外太空探測(cè)的領(lǐng)域。

2 自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度系統(tǒng)控制原理

2.1.所選器材：超聲波加濕器、STM32單片機(jī)、溫濕度傳感器DHT11、顯示器、供水閥、電動(dòng)機(jī)、藍(lán)牙。

2.2自動(dòng)調(diào)節(jié)濕度系統(tǒng)的原理分析；

①測(cè)量濕度：

利用溫濕度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，選用了溫度傳感器DHT11。溫濕度傳感器附著于嵌入式單片機(jī)上，單片機(jī)和控制器相連接，通過(guò)藍(lán)牙把單片機(jī)接受到的數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)，所需器材很少，器材價(jià)格便宜，只需要連接成功方可運(yùn)行。（DHT11：連接在 GPIO 口的 PA0 上。DHT11 是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度 20-90%RH，溫度 0～50℃。STM32 與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間 4ms 左右，據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。

②濕度控制系統(tǒng)：

濕度傳感器分解：接地端為GND，信號(hào)端 為DO，外接電源輸入端是 VCC。為了確保傳感器能夠 在特定的時(shí)鐘周期內(nèi)有穩(wěn)定的電流供應(yīng)，我們將其總線(xiàn)采 用MOSFET進(jìn)行上拉。采用電源供電法時(shí)，主機(jī)控制溫度 轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。濕度傳感器可以實(shí)現(xiàn)電源供電，也可以實(shí)現(xiàn)寄生電源 供電，本系統(tǒng)使用前者。整個(gè)濕度控制系統(tǒng)，我采用的技術(shù)主要包括 APP程序代碼的編寫(xiě)、Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建、MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境的安裝與破解，USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)的安裝，以 及JLINK驅(qū)動(dòng)的安裝、藍(lán)牙連接、LCD液晶模塊。提高了濕度控制系統(tǒng)的完整 性，也提高了系統(tǒng)的可靠性，從而更精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)濕度控制的目的。一般采用液晶顯示器，這種作為顯示設(shè)備，液晶顯示器分辨率高，清晰可見(jiàn)，具有高壽命，顯示簡(jiǎn)單的濕度數(shù)據(jù)時(shí)也具有亮度高的特點(diǎn)。為了對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，我們還要增 加報(bào)警設(shè)計(jì)，采用三極管與蜂鳴器連接的方式，當(dāng)不能正常工作時(shí)，單片機(jī)將會(huì)發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管放大后推動(dòng) 蜂鳴器工作

③控制原理：由溫濕度傳感器對(duì)室內(nèi)的濕度 進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，通過(guò)線(xiàn)路把收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂?器的單片機(jī)中，在控制器完成數(shù)據(jù)分析后，如果濕度輸入值低于設(shè)定的濕度值，中心控制器就會(huì)對(duì)超聲波加濕器發(fā)出信號(hào)，以超聲波的形式把水分子打散，通過(guò)排放口排到空氣中，保持室內(nèi)的濕度，接通藍(lán)牙的控制下，發(fā)送數(shù)據(jù)到手機(jī)終端，同時(shí)控制了STM32單片機(jī)的接收模塊，從而，手機(jī)終端獲得單片機(jī)的數(shù)據(jù)后，處理器的處理數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)液晶顯示器進(jìn)行顯示，通過(guò)判斷，打開(kāi)或關(guān)閉超聲波加濕器即可。系統(tǒng)的濕度控制過(guò) 程，省去了傳統(tǒng)的數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程，提高了系統(tǒng)的可靠 性，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。

④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其分析：

我們選用了STM32單片機(jī)為核心，使用16位、32 位處理器，引導(dǎo)程序位BOOT，有著串口、按鍵、看門(mén)狗、LED燈、蜂鳴器、調(diào)試口、FLASH、等功能，而溫濕度傳感器就是利用接口的功能。在基于嵌入式單片機(jī)濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以 對(duì)濕度的監(jiān)測(cè)與控制來(lái)對(duì)整個(gè)電能供暖系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控 制，其中的單片機(jī)、傳感器與控制電路形成 一個(gè)回路，在一個(gè)完整的自動(dòng)化超聲波加濕器的設(shè)計(jì)下，首先，以STM32為載體，應(yīng)用到溫濕度傳感器DHT11、搭載HC-05主從一體的 藍(lán)牙模塊，液晶顯示器，采用手機(jī)終端上位機(jī)，藍(lán) 牙傳輸數(shù)據(jù)，單片機(jī)在系統(tǒng)中處于核心部分，對(duì)回路控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理與顯示的功能具有重大意義，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需要單片機(jī)為控制轉(zhuǎn)發(fā)層，從而實(shí) 現(xiàn)手機(jī)app對(duì)加濕器自動(dòng)化控制。控制原理主要由溫濕度傳感器在外界接受空氣中的濕度，感受溫度，然后接受數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸給了超聲波加濕器，超聲波加濕器收集到數(shù)據(jù)后，做出了判斷，比如冬天室內(nèi)干燥，空氣濕度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)濕度（40%RH-60%RH），這時(shí)，超聲波高頻震蕩1.7MHZ頻率將會(huì)被超聲波加濕器采用，將水霧縮小為只有1-5微米的超微粒子，人們就可以在舒適適宜的環(huán)境工作學(xué)習(xí)。最后，如果你想關(guān)閉或者調(diào)大濕度，你直接可以通過(guò)手機(jī)APP顯示屏上改變你要的環(huán)境，并且可以清晰的看到溫濕度的變化。

3結(jié)束語(yǔ)：

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，描述了嵌入式單片機(jī)的發(fā)展，特點(diǎn)以及前景，并且把嵌入式單片機(jī)和超聲波加濕器結(jié)合在一起應(yīng)用，其過(guò)程中，應(yīng)用到了藍(lán)牙，嵌入式技術(shù)、液晶顯示屏、串口、接口以及Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建與APP程序代碼的編寫(xiě)等，本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了智能化的家具系統(tǒng)所要求的基本功能，雖然通過(guò)努力，并且不斷地運(yùn)行操作實(shí)現(xiàn)了這一功能，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，沒(méi)能做到十全十美，像輕微的噪聲無(wú)法去除。

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（作者單位：浙江萬(wàn)里學(xué)院）