智能溫濕度控制器

劉曉樂++蔡劉根++李光宇

摘 要：本設計主要研究的是以STM32單片機為控制核心，它通過對空間狀態中的溫度，濕度及時的檢測通過DS18B20以及DHT11傳感器采集數據反饋到單片機系統中，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境的狀態，使其維持在一個相對穩定的環境當中。

關鍵詞：STM32單片機；DS18B20；DHT11；繼電器

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

1 引言

隨著社會的發展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領域的應用，溫濕度控制幾乎被應用于工業、農業、軍事、科研和日常生活的一切領域，智能化已是現代溫度控制系統發展的主流方向。特別是近年來溫濕度控制系統已應用到人們生活的各個方面，設計一個高精度，高品質的智能溫濕度控制器與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個溫濕度控制系統，具有廣泛的應用前景與實際意義。

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

2 基于智能溫濕度控制器的總體設計方案

本設計以STM32單片機為主控芯片，利用DS18B20、DHT11等傳感器采集周圍環境的溫濕度數據，同時充分利用了單片機的內部資源，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，并設計采用了PID算法為核心算法，根據PID算法的良好的穩定性，能夠在一定的時間內將周圍環境的溫濕度控制在較為理想的狀態，從而達到設計的根本目的。

3 硬件設計模塊

本設計以STM32為主控制器，外部硬件分為電源模塊、數據采集模塊、繼電器模塊以及外部硬件模塊作為設計的核心控件。

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，所以采用了開關電源NES-100-24，對經過繼電器到達的電壓電流給予適當的放大，以滿足外部硬件的需求。

3.2 數據采集模塊

（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。以下是設計的硬件圖。

（2）DHT11傳感器，用DHT11作為濕度數據采集，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、穩定性、高精度、低漂移。

3.3 繼電器模塊

本設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打開還是閉合，將電流直接傳導到加濕器，小風扇，加熱棒等外部硬件，從而在不需人為從操作下實現對周圍環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，并在小屋內放置加濕器，加熱棒，小風扇等硬件，并在亞克力板的一側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境。

4 軟件代碼調試

系統開始工作，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據經過處理后發送到LCD上，同時通過程序設計我們可以根據實際需要修改溫濕度值的上下限。

5 結論

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

參考文獻：

[1]彭立，張建洲，王少華.自適應溫度控制系統的研制[J].東北師大學報（自然科學版），1994（01）.

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

項目經費：省級創新創業項目：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，學生，研究方向：單片機控制。