基于單片機(jī)控制的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王安龍+彭森

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展，我們以8位AVR微處理器Atmega16為核心，此處理器具有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)，利用無(wú)線(xiàn)收發(fā)，建立一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且具有調(diào)節(jié)溫濕度功能的系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)主要包括了溫濕度采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理以及溫濕度調(diào)節(jié)四個(gè)模塊。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、集成度好、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)而且具有穩(wěn)定低功耗等優(yōu)點(diǎn)，便于批量生產(chǎn)和廣泛推廣使用。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；溫濕度傳感器；無(wú)線(xiàn)

1 引言

隨著工業(yè)革命帶來(lái)的科技進(jìn)步，社會(huì)在不斷的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，對(duì)于自己的生活條件的要求也越來(lái)越高，但是重型工業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染也是越來(lái)越嚴(yán)重，尤其是北方冬季的霧霾天氣時(shí)間長(zhǎng)影響嚴(yán)重，因此對(duì)于家庭環(huán)境的要求也很日益提高，因此對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是有必要，對(duì)改善家庭居住環(huán)境會(huì)有重要的意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該嚴(yán)格遵守下面幾個(gè)原則：

第一個(gè)是安裝與操作的要求簡(jiǎn)單，易于使用。在合理的設(shè)計(jì)情況下，盡量貼近消費(fèi)者的知識(shí)水平，使得大部分人可以輕松的了解產(chǎn)品、接受產(chǎn)品、使用產(chǎn)品。

其次是可靠性好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。可靠性是此系統(tǒng)的核心，如果性能不夠可靠必然會(huì)影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，影響系統(tǒng)判斷，錯(cuò)誤的改變環(huán)境溫濕度，影響消費(fèi)者室內(nèi)環(huán)境得舒適度。

然后是各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)要合理。本系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境為室內(nèi)，工作環(huán)境對(duì)極端環(huán)境的要求不高–5℃—50℃求允許正負(fù)±2℃。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

圖1 溫濕度控制系統(tǒng)的總體框圖。本系統(tǒng)總體分為五部分，第一部分是數(shù)據(jù)采集，包含溫濕度采集模塊；第二部分是數(shù)據(jù)傳輸，包含無(wú)線(xiàn)傳輸模塊；第三部分是數(shù)據(jù)分析處理，包換單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)電路模塊和報(bào)警電路模塊；第四部分是溫濕度調(diào)節(jié)，包含溫濕度調(diào)節(jié)模塊；第五部分是個(gè)人PC端的監(jiān)控，包含MCU與PC連接模塊。

本系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1）首先利用溫濕度傳感器對(duì)所監(jiān)控的環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，然后實(shí)際環(huán)境的大小設(shè)置不能的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析和處理，然后進(jìn)行判斷，并且實(shí)時(shí)顯示環(huán)境的溫度與濕度。

2）如果傳感器監(jiān)測(cè)的溫濕度與設(shè)定的范圍不一致，單片機(jī)就會(huì)做出反應(yīng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送命令到溫濕度調(diào)節(jié)模塊，對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)直到設(shè)定的范圍內(nèi)，然后關(guān)閉溫濕度調(diào)節(jié)模塊。

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)完成后我們?cè)谒奚岘h(huán)境下進(jìn)行了幾天的測(cè)試，在白天的情況下通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)與精確溫度計(jì)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，最大誤差與最小誤差分別是0.5與0.1℃，三天累計(jì)三十次的測(cè)試結(jié)果的平均誤差為0.2℃，在合理的范圍內(nèi)。

濕度測(cè)試與溫度測(cè)試同步進(jìn)行，最大誤差與最小誤差分別是0.4%與0.1%，平均誤差在0.3%，也在合理的誤差范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)由于時(shí)間緊迫，雖然基本完成了預(yù)期目標(biāo)，但是設(shè)計(jì)成果并不是很理想，依然存在相當(dāng)一部分問(wèn)題：

沒(méi)有對(duì)溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理、儲(chǔ)存也沒(méi)有對(duì)多次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析求均值，來(lái)提高對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，這是以后對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行完善的部分。

其次是隨著智能家居的普及，利用互聯(lián)網(wǎng)用短信或者微信等方式來(lái)提醒主人，這些是我繼續(xù)研究與完善的部分，還有更多的功能等著去完善，使這個(gè)系統(tǒng)更加智能化。

隨著工業(yè)的進(jìn)步，科學(xué)的發(fā)張，現(xiàn)在出現(xiàn)了越來(lái)越多的智能溫度傳感器，對(duì)傳感器也提出越來(lái)越高的要求，向著高精度、多功能、標(biāo)準(zhǔn)化、可靠安全以及高度集成的方向發(fā)展，成本也會(huì)越來(lái)越低廉。

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作者簡(jiǎn)介

王安龍，邵陽(yáng)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生

彭森，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師