基于STM32的智能除濕系統設計

上海海事大學 王 妍

0.引言

除濕機（Dehumidifier）是近年來興起的家電產品，用于改善室內空氣的濕度，為人們提供舒適的呼吸和生活環境，保障用戶的身體健康。然而，盡管除濕機已經存在了幾十年，其市場依舊不夠廣泛，主要原因在于：消費群體上，對產品需求不復雜，但對價格的敏感度較高；品牌格局上，除濕器行業中還沒有真正形成規模的品牌和企業；技術層面上，大部分除濕機技術門檻不高，供應廠家為數眾多，但市場有限。因此，除濕機在技術上的改進和升級，是改變消費群體消費觀念、促進企業品牌特色形成的重要前提。

為了解決上述問題，本文設計了一種基于STM32的多功能除濕系統。該系統與自動控制和通信控制相結合，當距離較短時，用戶可以采用紅外遙控；當距離較長時如在戶外，可以采用手機短信內容識別的方式去控制系統。由此，使得人們的生活更加便捷和智能化。

1.系統總體設計方案

1.1 系統設計思路

本系統的核心是以STM32F407ZGT6為主控芯片，分別設計主機和從機兩個控制器。主機與從機相比，多了SIM800C短信控制模塊，主機可以隨時顯示從機的數據，也可以通過發短信直接控制主從機外設的開閉。另外，采用紅外調節濕度可以方便用戶近距離控制除濕的效果，采用SIM800C可以讓用戶遠程（一般指不在家時）控制外設的開關。MCU可以根據采集的溫濕度與設定值對比，計算差值，做出對應的控制要求，同時把當前信息實時顯示，方便用戶觀察。

1.2 系統硬件設計

1.2.1 MCU主控模塊

STM32F407ZGT6作為MCU，該芯片的配置非常強大，它擁有的資源包括：集成FPU和DSP指令，并具有12個16位定時器、2個DMA控制器、3個SPI、6個串口以及112個通用IO口等。很多功能較STM32F1有了重大改進，比如FSMC速度，F4刷屏速度可達3300W像素/秒，而F1僅500W左右。

1.2.2 DHT11溫濕度模塊

DHT11是一款濕溫度一體化的數字傳感器。該傳感器包括一個電阻式測濕元件以及一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，實時的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機之間采用簡單的單總線進行通信，僅需要一個I/O口。傳感器內部濕度和溫度數據40Bit的數據一次性傳給單片機，并進行校驗，有效地保證數據傳輸的準確性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流 0.5mA。

1.2.3 NRF24L01無線傳輸設計模塊

NRF24L01無線模塊，采用的芯片是NRF24L01。該芯片通過SPI與外部MCU通信，使用2.4G全球開放的ISM頻段，有125個可選的頻道，最大的SPI速度可以達到10Mhz。模塊VCC腳的電壓范圍為1.9～3.6。除了VCC和GND腳，其他引腳都可以和5V單片機的IO口直連，正是因為有兼容性，其使用上具有很大優勢。

1.2.4 SIM800C短信控制模塊

SIM800C是一款四頻GSM/GPRS模塊，為城堡孔封裝。其工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實現語音、SMS和數據信息的傳輸。尺寸為17.6*15.7*2.3mm，能適用于各種緊湊型產品設計需求。SIM800C性能穩定，外觀小巧，性價比高，能滿足用戶的多種需求。

1.2.5 TFTLCD彩屏顯示模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。本設計采用2.8 寸TFTLCD模塊，該模塊支持65K色顯示，顯示分辨率為320×240，接口為16位的80并口，自帶觸摸屏。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。

1.2.6 電磁繼電器模塊

電磁式繼電器是一種電子控制器件，一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。其原理是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”，故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

1.3 系統軟件設計

1.3.1 驅動程序

在程序中，為每個外設分配不同的IO地址，根據外設的運行時序，合理的編寫出驅動，方便后續應用程序的運行。如TFTLCD顯示驅動、DHT11溫濕度傳感器驅動、紅外遙控驅動、NRF24L01無線通信驅動。

1.3.2 應用程序

主要設計了初始化和三個UI（user interface）。初始化部分是將所有的外設進行初始化工作。系統UI主要是在LCD上顯示不同的提示語，方便信息的讀取，增加美觀性。主機顯示UI主要將溫濕度信號和濕度設定值實時的顯示在屏幕上，使用戶能夠實時讀取當前的溫濕度值，并根據需求更改設定值。從機顯示UI，這部分是方便用戶隨時讀取不同位置（例如，主機安裝在客廳，而從機安裝在臥室）的從機的數據，更有實際應用價值。

1.3.3 UCOSII移植

此部分主要有7個任務。LED任務（每0.5秒閃爍一次）是提示用戶應用程序在運行。RTC任務可以作為時鐘，顯示當前的時間和日期。SIM800C任務功能是每隔10秒讀取一次短信值，通過判斷短信的內容，來執行相應的操作，當執行關閉外設后，不再根據實際濕度和設定濕度判斷，只有在重新發短信開啟后才進行除濕判斷。溫濕度任務是進行DHT11溫濕度傳感器的數據采集，讀取外界溫濕度值。按鍵任務是讀取紅外遙控的按鍵值，傳給主任務。主任務的功能是將得到的按鍵信號進行處理，實現不同的需求。

1.4 功能簡述

1.4.1 獲知信息；

1.4.2 自動檢測；

1.4.3 智能遙控。

2.結束語

本系統是基于STM32的多功能除濕系統，意在幫助氣候潮濕地區的人們，以更加多樣和智能化的方式解決除濕問題。本系統運用了一些專業知識，設計過程略微復雜，而系統結構和相關操作還是比較容易理解。由于是應用型設計，注重實踐，后續可做成實物裝置來驗證設計，從而進一步改進和完善。

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