智能溫濕度控制器

劉曉樂++蔡劉根++李光宇

摘 要：本設(shè)計主要研究的是以STM32單片機為控制核心，它通過對空間狀態(tài)中的溫度，濕度及時的檢測通過DS18B20以及DHT11傳感器采集數(shù)據(jù)反饋到單片機系統(tǒng)中，采用PID算法處理，由程序指令通繼電器直接操控外部硬件及時有效的控制周圍環(huán)境的狀態(tài)，使其維持在一個相對穩(wěn)定的環(huán)境當中。

關(guān)鍵詞：STM32單片機；DS18B20；DHT11；繼電器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.134

1 引言

隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，溫濕度控制幾乎被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科研和日常生活的一切領(lǐng)域，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來溫濕度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，設(shè)計一個高精度，高品質(zhì)的智能溫濕度控制器與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個溫濕度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。

本設(shè)計基于電力系統(tǒng)對供配電設(shè)備環(huán)境的溫度、濕度是影響設(shè)備運行的重要因素。溫度過高會加速儀器設(shè)備元件老化，縮短其使用壽命，甚至直接導(dǎo)致設(shè)備損壞，低溫，潮濕可能會導(dǎo)致爬電、閃絡(luò)等事故。由此為了減少甚至避免該類事件的發(fā)生，我們設(shè)計了一個具有更高效，更精準的智能溫濕度控制系統(tǒng)。

2 基于智能溫濕度控制器的總體設(shè)計方案

本設(shè)計以STM32單片機為主控芯片，利用DS18B20、DHT11等傳感器采集周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，同時充分利用了單片機的內(nèi)部資源，如LCD、PWM、AD、定時器、外部中斷、串口等功能，通過繼電器模塊有效的將外部硬件連接，并設(shè)計采用了PID算法為核心算法，根據(jù)PID算法的良好的穩(wěn)定性，能夠在一定的時間內(nèi)將周圍環(huán)境的溫濕度控制在較為理想的狀態(tài)，從而達到設(shè)計的根本目的。

3 硬件設(shè)計模塊

本設(shè)計以STM32為主控制器，外部硬件分為電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器模塊以及外部硬件模塊作為設(shè)計的核心控件。

3.1 電源模塊

在單片機供電方面，我們采用12V外接電源供電，以保證單片機正常工作，在外部硬件供電方面由于所需電壓即電流值較高，難以滿足要求，所以采用了開關(guān)電源NES-100-24，對經(jīng)過繼電器到達的電壓電流給予適當?shù)姆糯?，以滿足外部硬件的需求。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

（1）DS18B20是常用的溫度傳感器，作具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。以下是設(shè)計的硬件圖。

（2）DHT11傳感器，用DHT11作為濕度數(shù)據(jù)采集，將其連接在單片機合適IO口，在程序的控制下進行周圍環(huán)境濕度的讀取，并在LCD上顯示，同時其具有良好的靈敏特性、防水性、穩(wěn)定性、高精度、低漂移。

3.3 繼電器模塊

本設(shè)計中繼電器作為連接單片機與外部硬件，通過單片機給高低電平選擇開關(guān)打開還是閉合，將電流直接傳導(dǎo)到加濕器，小風扇，加熱棒等外部硬件，從而在不需人為從操作下實現(xiàn)對周圍環(huán)境溫濕度的精準控制。

3.4 外部硬件模塊

在外部硬件方面，為了能夠較好地模擬真實環(huán)境，我們采用了亞克力板制作形成一個簡單的溫室小屋，并在小屋內(nèi)放置加濕器，加熱棒，小風扇等硬件，并在亞克力板的一側(cè)留有缺口放置風扇并制作成能夠垂直開啟的窗戶，在這樣一個封閉的體系中就能夠較好地模擬實際環(huán)境。

4 軟件代碼調(diào)試

系統(tǒng)開始工作，首先初始化IIC、UART串口、外部中斷，進入主程序，我們先對DS18B20，DHT11進行初始化，并將傳感器讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送到LCD上，同時通過程序設(shè)計我們可以根據(jù)實際需要修改溫濕度值的上下限。

5 結(jié)論

本設(shè)計采用PID算法對溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)進行精準控制，可以讓用戶及時有效的了解周圍環(huán)境的狀況，并根據(jù)實際需求對環(huán)境進行操控，可以運用在許多領(lǐng)域，比如溫濕度大棚，讓農(nóng)主及時了解大棚的實際情況，讓農(nóng)作物處在一個良好的生長環(huán)境當中。

參考文獻：

[1]彭立，張建洲，王少華.自適應(yīng)溫度控制系統(tǒng)的研制[J].東北師大學(xué)報（自然科學(xué)版），1994（01）.

[2]俞勝揚.環(huán)境濕熱實驗箱加濕系統(tǒng)的改進[J].電測與儀表， 2004（02） .

項目經(jīng)費：省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目：智能溫濕度控制器（編號：2016103791

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作者簡介：劉曉樂（1995-），男，安徽泗縣人，學(xué)生，研究方向：單片機控制。