基于單片機(jī)濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

宋艷麗

摘 要： 濕度的有效控制與調(diào)節(jié)對(duì)人的生產(chǎn)生活有著重要的意義，通過(guò)利用單片機(jī)STC89C52RC控制濕度傳感器SHT75，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)空氣濕度，并對(duì)獲取濕度信息進(jìn)行分析處理，再通過(guò)軟件分析控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整生活環(huán)境的濕度，使用戶(hù)時(shí)刻感覺(jué)舒適。為了實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，還設(shè)計(jì)了供用戶(hù)自行預(yù)設(shè)濕度報(bào)警閥值按鍵電路和實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)的液晶顯示器。該項(xiàng)研究成果將對(duì)用戶(hù)的生活、工作環(huán)境改善發(fā)揮積極的作用。

關(guān)鍵詞： 濕度檢測(cè)； 濕度調(diào)節(jié)； STC單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP 368 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1671-2153（2016）05-0087-04

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，追求高品質(zhì)生活的需求日益增強(qiáng)。生活中，人們看不見(jiàn)摸不著的隱形因素時(shí)刻干擾著人們理想的生活，那就是環(huán)境的濕度[1]。長(zhǎng)期居住在此環(huán)境中易出現(xiàn)口干、唇裂、流鼻血和患呼吸道疾病等現(xiàn)象。相對(duì)濕底低，人體表皮水分大量散失，加速皮膚衰老，降低了皮膚抵抗病菌的能力。雖然家居環(huán)境的空氣濕度檢測(cè)儀器已經(jīng)誕生，但價(jià)格太貴、維護(hù)要求高，人們迫切地需要一款便捷、便宜、節(jié)能的家用電器，基于此本文提出了一種基于STC89C52RC單片機(jī)控制的比較簡(jiǎn)單而實(shí)用的濕度檢測(cè)及調(diào)控方法[2]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的智能控制主要體現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用上，以單片機(jī)為核心，搭建人性化的外圍電路。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框架如下圖1所示。

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框架中各個(gè)部分的功能：

★主控系統(tǒng)電路：采用智能控制芯片STC89C52RC單片機(jī)作為主控制器構(gòu)建的主控系統(tǒng)，主要用于處理采集的信號(hào)及外圍設(shè)備的控制。

★電源系統(tǒng)電路：用于對(duì)輸入的220 V交流電壓進(jìn)行變壓、整流，轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的電壓條件。本設(shè)計(jì)中的各個(gè)模塊部分所需要的電壓：STC89C52RC單片機(jī)的工作電壓5.5～3.3 V；濕度傳感器SHT75所需供電電壓為2.4～5.5 V；其它集成元件供電電壓約為5 V左右；調(diào)濕電器使用220 V交流電供電。因此電源系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)5 V的供電電壓電路。

★濕度檢測(cè)電路：采用SHT75集成濕度傳感器檢測(cè)空氣的相對(duì)濕度及溫度，將采集信號(hào)輸入給主控系統(tǒng)處理并調(diào)控濕度。選用SHT75作為檢測(cè)器件，既能夠檢測(cè)濕度，也能檢測(cè)溫度，所以不再需要額外設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路。

★L(fēng)ED顯示電路：用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的相對(duì)濕度和溫度。選擇LED數(shù)碼管顯示測(cè)量的溫度和濕度，是因?yàn)閿?shù)碼管的顯示亮度高、顯示清晰，而且數(shù)碼管功耗較低，不宜損壞，對(duì)于數(shù)字的顯示，數(shù)碼管是非常合適的。

★L(fēng)CD顯示電路：用于顯示人機(jī)交互的相關(guān)提示信息——溫濕度的預(yù)設(shè)值。用戶(hù)設(shè)定的預(yù)設(shè)范圍值的顯示，既顯示數(shù)值，而且還顯示字符信息，選用字符型液晶顯示器就可以解決。

★鍵盤(pán)輸入電路：用于人機(jī)交互輸入信息等。鍵盤(pán)是可以使用獨(dú)立按鍵方式，也可以選擇矩陣鍵盤(pán)方式的，本系統(tǒng)使用的按鍵比較少，預(yù)設(shè)值的設(shè)定只涉及4個(gè)按鍵，所以選擇獨(dú)立按鍵的使用比較合適，電路的連接非常簡(jiǎn)單。

★聲光報(bào)警系統(tǒng)：預(yù)設(shè)濕度的范圍，提示檢測(cè)的濕度是否超標(biāo)，當(dāng)超出預(yù)設(shè)范圍，發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警，可提示用戶(hù)做人工調(diào)控處理。本系統(tǒng)采用普通的發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器，硬件電路的搭建和控制程序的設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單便捷，功耗比較低。

★調(diào)濕電路：用于自動(dòng)調(diào)控濕度——濕度過(guò)高，則根據(jù)溫度的高低選擇開(kāi)啟抽濕器或取暖器排濕；濕度過(guò)低，則開(kāi)啟加濕器增濕。這個(gè)部分的電路主要是通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)控制電器的電源開(kāi)關(guān)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源系統(tǒng)

主控系統(tǒng)電路需要+5 V電壓供電，采用集成三端穩(wěn)壓器7805設(shè)計(jì)了5 V穩(wěn)壓電源電路。電路圖如圖2所示。集成穩(wěn)壓芯片7805構(gòu)成了穩(wěn)壓電路，當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓V0保持不變。

2.2 主控系統(tǒng)

選用宏晶公司出產(chǎn)的52系列單片機(jī)——STC89C52RC，內(nèi)部選用高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的COMOS8微處理器[6]，與8051系列單片機(jī)的指令碼、硬件結(jié)構(gòu)完全兼容，而且相比更具有自身的突出特點(diǎn)，其存儲(chǔ)設(shè)備采用ATMEL公司的高密度非易失技術(shù)，保密性能更好。

2.3 相對(duì)濕度檢測(cè)電路

選用了數(shù)字溫濕度傳感器SHT7x，采用插針型封裝，將敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路集成在一塊微型電路板上，輸出為數(shù)字信號(hào)。本系統(tǒng)的濕度、溫度檢測(cè)電路則采用SHT75濕度傳感器元件，此元件是采用SCK，DATA進(jìn)行通信，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)SHT75濕度傳感器進(jìn)行讀寫(xiě)控制，測(cè)量濕度及溫度值。單片機(jī)將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)MAX7219這樣的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的溫濕度值。

2.4 預(yù)設(shè)范圍值顯示及調(diào)整電路

采用液晶顯示器LCD1602顯示預(yù)設(shè)溫度、濕度的上、下限值，并能通過(guò)按鍵人為調(diào)整預(yù)設(shè)范圍值，以適合于使用者本人不同的需求。

（1）單片機(jī)與LCD1602的接口技術(shù)。LCD1602是一款字符型液晶顯示模塊，如圖3為16引腳的液晶引腳圖。

LDC1602與單片機(jī)的連接電路如圖4所示。圖4中，P10～P17分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P1.0～P1.7端口，P25～P27分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P2.5～P2.7端口。

（2）單片機(jī)與按鍵的接口技術(shù)。鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的紐帶。如圖5所示，本系統(tǒng)用了4個(gè)按鍵，分別控制溫度上、下限及濕度上、下限的預(yù)設(shè)值調(diào)整，對(duì)應(yīng)鍵按下1次，則相應(yīng)的預(yù)設(shè)值加1，并在設(shè)置的值的范圍內(nèi)循環(huán)。圖5中，P0_4～P0_7分別對(duì)應(yīng)STC89C52單片機(jī)的P0.4～P0.7端口。

2.5 濕度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管和電動(dòng)揚(yáng)聲器來(lái)模擬報(bào)警，當(dāng)實(shí)測(cè)濕度值超出了預(yù)設(shè)范圍，單片機(jī)則控制發(fā)光二極管閃爍、電動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟-嘟-嘟”的連續(xù)報(bào)警聲，直到通過(guò)調(diào)控使得當(dāng)前環(huán)境的濕度進(jìn)入正常預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，則解除聲光報(bào)警。聲光報(bào)警系統(tǒng)電路如圖6所示。圖6中，SPEAK對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P2.3端口。

2.6 濕度調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)環(huán)境的濕度超出了用戶(hù)設(shè)定的范圍，則需要濕度調(diào)節(jié)[3]。本系統(tǒng)采取的調(diào)節(jié)方法：當(dāng)前的環(huán)境濕度大于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，判別當(dāng)前溫度，當(dāng)前溫度較高，則啟動(dòng)抽濕器（或風(fēng)扇）抽濕；當(dāng)前溫度較低，則啟動(dòng)取暖器烘烤去濕；當(dāng)前的環(huán)境濕度小于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，利用單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)啟加濕器電源開(kāi)關(guān)使其工作，從而增加當(dāng)前環(huán)境的濕度。濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)如圖7所示。

根據(jù)濕度控制框架，設(shè)計(jì)了濕度調(diào)節(jié)電路，圖中采用了兩只光電耦合器件、兩個(gè)繼電器和兩只發(fā)光二極管[36]。采用光電耦合器件的作用，是為了將單片機(jī)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制繼電器開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)，這樣通過(guò)單片機(jī)P3.5，P3.6，P3.7端口發(fā)出高、低電平信號(hào)控制繼電器斷、開(kāi)，從而控制抽濕器、取暖器和加濕器與電源的斷、通。其具體控制電路如圖8所示。圖8中，三個(gè)Port控制端口從上到下分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P3.5，P3.6，P3.7端口。

3 軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)由硬件電路和軟件系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)控制功能，二者相輔相成，缺一不可，而程序的實(shí)現(xiàn)需要依靠流程圖來(lái)理清邏輯思路，根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件體系，如圖9所示。主控系統(tǒng)模塊主要是主控芯片STC89C52單片機(jī)對(duì)濕度檢測(cè)、閥值顯示、濕度閥值預(yù)設(shè)及報(bào)警調(diào)濕各個(gè)模塊的整體協(xié)調(diào)及數(shù)據(jù)的輸入輸出樞紐[4]。

本系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為主控系統(tǒng)、傳感器SHT75為主要檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了濕度和溫度的檢測(cè)、調(diào)控及報(bào)警功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)Proteus系統(tǒng)仿真，不斷修改軟件和硬件電路，進(jìn)一步減少了實(shí)時(shí)測(cè)量誤差。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用濕度傳感器對(duì)環(huán)境濕度的采集，利用通過(guò)單片機(jī)控制作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境濕度信息的靈活監(jiān)測(cè)，對(duì)濕度控制單元的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的調(diào)節(jié)。整個(gè)設(shè)計(jì)電路力求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、降低成本，減小功率損耗，使得其在濕度領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract： Humidity of effective control and regulation of people's production and life has a important significance， through the use of stc89c52rc MCU control humidity sensor SHT75， the realization of the real-time detection of indoor air humidity， and to obtain the humidity information analysis and processing， through the software analysis control system realizes the automatic adjustment of the humidity of the living environment， users always feel comfortable. In order to achieve a friendly human-computer interaction is also designed for users to its own preset humidity alarm threshold key circuit and real-time display of the current state of the liquid crystal display. The results of this research will play an active role in the improvement of the life and work environment of the users.

Keywords： humidity measurement； humidity control； STC single chip

（責(zé)任編輯：徐興華）