馬銘鴻 劉瑩

【摘要】隨著科技的發(fā)展，智能化的應(yīng)用設(shè)備越來越廣泛，為人們創(chuàng)造了許多的便利。許多人開始對(duì)加濕器注意，無論是工廠、車間、倉(cāng)庫(kù)、還是臥室，加濕器隨處可見，并且展現(xiàn)著非常重要的作用。但是生活中常見的加濕器只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的持續(xù)加濕，對(duì)濕度的調(diào)節(jié)能力差，造成過度加濕。在日常的生活中我們要求準(zhǔn)確有效的控制濕度。因此，本文設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)單的智能加濕器。在智能加濕器中，最關(guān)鍵的是濕度控制方法。傳統(tǒng)的濕度控制方法完全是人工的，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率低。本文旨在論述一種智能濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要由單片機(jī)STM32、溫濕度傳感器DHT11、液晶顯示屏 LCD1602等部分組成。采用溫濕度傳感器DHT11來測(cè)量濕度。它的精確度高，而且DHT11直接是輸出數(shù)字信號(hào)，可直接與單片機(jī)相連。顯示部分使用的是LCD1602來顯示濕度。

【關(guān)鍵字】溫濕度傳感器;LCD1602;上位機(jī);下位機(jī)

1. 硬件部分設(shè)計(jì)

空氣加濕系統(tǒng)是能夠檢測(cè)空氣中的濕度濃度，還具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集及前置放大電路、聲光報(bào)警電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與安全保護(hù)電路等部分組成。

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

目前，許多的智能設(shè)備應(yīng)用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域，促進(jìn)了現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展的提升。在此過程中，由于對(duì)智能儀器的大量需求，單片機(jī)的應(yīng)用也在不斷增加。這其中的原因主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)不僅尺寸小，操控靈活簡(jiǎn)單，還具有更強(qiáng)的可靠性，這歸功于芯片的高集成度。對(duì)于智能儀器，不僅需要在保持高靈敏度功能更需要保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，減少儀器的大小，從而降低整個(gè)設(shè)備的體積。

1.2 溫濕度采集模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 溫濕度傳感器的選型及特點(diǎn)

溫濕度傳感器主要特性：

溫濕度傳感器，單線數(shù)字輸出，低耗能，體積小，穩(wěn)定性高。

測(cè)濕范圍：20%～90%RH，濕度測(cè)量精度為±5.0%RH。本次設(shè)計(jì)測(cè)量的相對(duì)濕度值為60%～80%RH。

工作電壓：3.0～5.5 V，響應(yīng)時(shí)間小于5S。

DHT11溫濕度傳感器工作原理是在超出規(guī)定的工作范圍時(shí)會(huì)造成高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。返回正常的工作情況后，傳感器會(huì)逐漸地向正恢復(fù)正常狀態(tài)。

1.2.2 溫濕度采集模塊設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器的引角中有兩條是電源引腳，另外兩條是輸出數(shù)據(jù)的引腳，只需要給它供上額定電壓，然后在它的輸出引腳采集信號(hào)就可以了。DHT11溫濕度傳感器是數(shù)字型濕度傳感器，它可通過數(shù)字方式傳輸所采集的當(dāng)前環(huán)境濕度，DHT11溫濕度傳感器運(yùn)用的是單總線通信，只需將單片機(jī)的一個(gè)I/O端口與DHT11溫濕度傳感器的通信接口連接就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳送，與其他電路相比較簡(jiǎn)單。濕度采集電路原理圖，如圖2.1所示。

1.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

1.3.1 顯示器件選擇

LCD液晶顯示屏。通常的模塊是一種專門用于顯示符號(hào)、數(shù)字、字母的顯示模塊，選用基于HD44780液晶芯片的字符型顯示模塊，有16引腳與14引腳兩種，LCD1602液晶屏的14引腳與16引腳區(qū)別就是后者具有屏幕背光功能，更加易于觀察顯示內(nèi)容。

1.3.2 顯示接口電路設(shè)計(jì)

LCD1602液晶是字符型液晶模塊。每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，字符之間有間隔，它們之間的作用是間隔字符間距和行間距，由于這樣它不能顯示圖形。LCD液晶顯示屏可直接與單片機(jī)相連，其接口電路一般在控制系統(tǒng)中，如果是正電壓控制則選用共陰極液晶顯示，是負(fù)電壓控制的則選用共陽極液晶顯示。

1.4 串口接口電路設(shè)計(jì)

模塊與單片機(jī)需要通信，通信方式采用串行通訊，從單片機(jī)發(fā)送指令，指令以字節(jié)為單位從串行口發(fā)送出去，模塊接收指令，在運(yùn)行指令，實(shí)現(xiàn)功能。單片機(jī)的指令、模塊的應(yīng)答和串口數(shù)據(jù)的傳輸都要滿足模塊的規(guī)定的格式。模塊與單片機(jī)需要通信，通信方式采用串行通訊，從單片機(jī)發(fā)送指令，指令以字節(jié)為單位從串行口發(fā)送出去，模塊接收指令，在運(yùn)行指令，實(shí)現(xiàn)功能。串口連接圖，如圖2.2所示。

串口模塊的VCC端接到5V電源，GND端接地，RXD串行數(shù)據(jù)輸入接到單片機(jī)的PA9口（TXD），TXD串行數(shù)據(jù)輸出端接到單片機(jī)的PA10口（RXD）。

VCC：接正極，電壓的范圍為3.3v到5.0v，發(fā)射級(jí)直接接電源，集電極通過一個(gè)電阻接地。GND：接地。TXD：模塊串口發(fā)送引腳（TTL電平，不能直接接RS232電平），可直接接單片機(jī)的RXD引腳。RXD：模塊串口接收引腳（TTL電平，不能直接接RS232電平），可直接接單片機(jī)的TXD引腳。

2. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程，其中有系統(tǒng)的總程序、傳感器檢測(cè)程序部分、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、延時(shí)子程序模塊和中斷子程序模塊等。本系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，就需要由硬件的電路和軟件一起共同作用。因此，在進(jìn)行硬件的電路設(shè)計(jì)完成之后，就要對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行編程的處理。

2.1 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

軟件使用Keil版本，單片機(jī)對(duì)溫濕度傳感模塊發(fā)送命令，得到識(shí)別結(jié)果，在根據(jù)這個(gè)結(jié)果來控制顯示模塊。Keil這個(gè)程序編寫軟件有著簡(jiǎn)便的菜單欄和操作模式。并且還能夠進(jìn)行多人聯(lián)合的開發(fā)，形成一個(gè)工作組，是在進(jìn)行單片機(jī)的程序編寫的時(shí)候，最為合適且方便的軟件。該軟件的內(nèi)部擁有多種型號(hào)選擇，本系統(tǒng)的單片機(jī)型號(hào)就在該系統(tǒng)當(dāng)中。在進(jìn)行編寫之前，對(duì)型號(hào)先進(jìn)行選擇。之后在該軟件當(dāng)中編寫的程序就可以燒入到單片機(jī)當(dāng)中，順利完成對(duì)本系統(tǒng)軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì)。同時(shí)該軟件還能夠在后續(xù)的調(diào)試過程中產(chǎn)生幫助。單片機(jī)主程序流程圖，如圖2.1所示

3. 系統(tǒng)分析與調(diào)試

3.1 硬件測(cè)試

使用STM32單片機(jī)作為控制器，STM32單片機(jī)是一個(gè)低電壓，高性能的通用8位單片機(jī)，其包含了8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash，還有只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），它采用了ATMEL公司的高精度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，而且采用了兼容的標(biāo)準(zhǔn)指令的系統(tǒng)，內(nèi)置通用的中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，作用相對(duì)強(qiáng)大的STM32單片機(jī)能夠成為許多較復(fù)雜的系統(tǒng)控制的首選。

3.2 軟件測(cè)試

系統(tǒng)上電后，空氣的濕度就會(huì)在LCD1602液晶顯示屏上呈現(xiàn)，使用者可以清楚的觀察到各項(xiàng)值。系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)空氣的濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后將監(jiān)測(cè)的各個(gè)數(shù)值顯示在LCD1602顯示屏上。如果濕度在預(yù)先設(shè)置的范圍，系統(tǒng)將會(huì)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境因素。如果不在預(yù)先設(shè)置的范圍，預(yù)先設(shè)定對(duì)應(yīng)的LED小燈就會(huì)打開，并且還會(huì)自動(dòng)對(duì)各項(xiàng)因素調(diào)節(jié)，使用者也可以隨時(shí)觀察到空氣的濕度并做出調(diào)節(jié)，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)的濕度的值可以直觀的呈現(xiàn)在顯示屏上。

4. 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)STM32作為核心部件，本系統(tǒng)的核心處理部分單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和顯示等功能。STM32單片機(jī)適用性強(qiáng)，只要將閾值的設(shè)定改動(dòng)并且軟件實(shí)現(xiàn)中斷的操作，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，就能夠完成對(duì)不同時(shí)刻下的數(shù)據(jù)的掌控?？蓪?duì)日長(zhǎng)生活的環(huán)境進(jìn)行適時(shí)、適當(dāng)?shù)目刂?，而且解決了資源的浪費(fèi)，達(dá)到了監(jiān)控空氣相對(duì)濕度的作用。操作簡(jiǎn)單，可廣泛的應(yīng)用于對(duì)濕度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且還能夠密切的觀察空氣的動(dòng)態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳沛一.家具環(huán)境質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].智能家具設(shè)計(jì)，2018（18）：127-140.

[2] 周向紅.單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2015.

[3] 艾運(yùn)階，黎建華.單片機(jī)項(xiàng)目教程[M].北京理工大學(xué)出版社，2016.

[4] 杜深慧.溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定：華北電力大學(xué)，2014.

[5] 馬全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2017.

[6] 王華.傳感器應(yīng)用與單片機(jī)技術(shù)的分析[J].電子設(shè)計(jì)，2018，6（09）：85.

[7] 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2017.

作者簡(jiǎn)介：馬銘鴻，1997年，女，遼寧省朝陽市，專業(yè);通信工程。通訊作者：劉瑩，1981年，女，遼寧省鞍山市，職稱：講師，研究方向：DSP技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。