基于單片機的智能自調節加濕器設計

許凌峰 逯力紅 謝忠興 陳雷 王欽

摘 要：在秋冬季，氣候干燥，干燥的空氣對人的健康有很大影響，因此空氣加濕器就顯得尤為重要。該文提出一種基于單片機的智能加濕器設計。基于51單片機，利用語音識別模塊、藍牙模塊、GSM報警模塊、電機等多個模塊組合實現一款能能被語音及手機控制的智能自調節加濕器。加濕器可通過語音識別或手機控制自動運行，并具有監測環境和防盜的功能。該設計能更加方便人們生活，提高人們生活質量。

關鍵詞：加濕器；語音識別；藍牙通信；51單片機；循跡

1.引言

隨著科技發展，人們生活質量極大提高，各種智能家居層出不窮，加濕器已成為較為常見的家居設備。但是通過調查，市場上的加濕器功能較為單一，如今家居設備的發展理念之一是多元化，因此需要一種新的設計思想，改進傳統設計中的單一化。此外，市面上的大型加濕器，在家庭中使用中移動不方便，且只有加濕功能，因此市場反響冷淡。

當今半導體產業的快速發展，市面上出現大量的高性能，低成本的芯片，如stm32系列，intel系列，51系列等，此外，還有各種成本不高的傳感器，可用于各個方向實現人對自然量的監測。將傳統家居設備與這些結合，設計出具有實用性，功能更豐富的產品，能極大提高人們生活。

在此背景下，基于傳統加濕器，將單片機與各種傳感器及移動端設備結合，采樣無線通信技術，語音識別技術，設計出一款新型智能加濕器，它具有監測環境，家庭防盜，語音及手機控制，自動行進的功能。

2.原理分析

本設計的研究內容包括語音控制、手機控制、防盜系統設計、小車循跡、傳感器

工作方式以及單片機系統的軟件和硬件設計。

（1）防盜：該產品加入紅外防盜模塊，當人出門時，可設置為防盜模式，當有人侵入，可通過防盜系統向主人發送短信，提醒主人家中可能有盜賊。

（2）循跡：通過三個光電對管，實現準確行進到指定位置。

（3）環境監測：加濕器上的多個傳感器檢測環境狀態，并顯示在液晶屏上。

（4）語音及手機藍牙控制：通過語音識別芯片讓加濕器自動行進；通過手機控制加濕器行走。整體流程圖如下：

3.硬件電路設計

3.1.主控芯片

STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但是做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

3.2.無線通訊系統設計

通過藍牙模塊實現移動端和單片機的無線通訊，藍牙模塊是指集成藍牙功能的芯片基本電路集合，用于無線網絡通訊，可進行數據傳輸模塊遠程控制模塊等。通過手機APP與系統中藍牙進行配對，運用到串口通信，然后在APP中輸入相應指令，發送給藍牙，藍牙接收到數據后，通過單片機對數據進行處理，來控制整個系統的行進。

3.3.語音識別系統設計

LD3320模塊支持SPI接口和并行接口的非特定語音識別模塊，板載咪頭和有源晶振，方便在電子產品中實現語音識別、聲控和人機對話功能。用戶把識別的關鍵詞：以字符串的形式傳送進芯片，即可以在下次識別中立即生效。比如，用戶在51等MCU的編程中，簡單地通過設置芯片的寄存器，把諸如"你好"這樣的識別關鍵詞：的內容動態地傳入芯片中，芯片就可以識別這樣設定的關鍵詞：語了。通過設定關鍵詞：，當用戶說出該詞，芯片開始執行程序中設定的操作，讓加濕器自動行進。

3.4.循跡部分設計

運用反射式光電對管，通過集聚光線來控制光敏三極管的導通與截止。對反射式光電開關，由振蕩回路產生的調制脈沖經反射電路后，由發光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調為電脈沖信號，再經放大器放大和同步選通整形，然后用數字積分光電開關或RC積分方式排除干擾，最后經延時（或不延時）觸發驅動器輸出光電開關控制信號

3.5.報警系統設計

通過GSM模塊和熱釋電紅外傳感器組合，當主人離開家時，可打開報警開關，系統檢測到有人進入，則向屋主手機發送提醒短信。熱釋電紅外傳感器能夠檢測到到人體發出的紅外電信號。GSM 系統主要由四部分組成，即移動臺（MS）、移動網子系統（NSS）、基站子系統（BSS）、操作維護子系統（OSS）四部分，系統結構圖如下圖 2.6 所示。其中，PSTN 為共用電話網，PLMN 為公共陸地移動網絡，ISDN 為綜合業務數字網，PSPDN為分組交換共用數據網。

3.6.傳感器系統設計

給單片機系統加上煙霧傳感器，溫濕度傳感器等，實現對環境的檢測警報，并顯示在液晶屏上，當范圍超過設定的閾值時，可語音提醒室內人員。

4.軟件設計

根據系統的總體設計要求，將軟件程序的編寫總體分為兩部分，語音識別及無線通訊控制加濕器循跡行進；傳感器檢測室內環境及GSM報警系統。

4.1.控制加濕器行進程序設計

LD3320模塊與單片機通訊，通過程序控制特定詞條的語音識別，若識別到的詞條與程序設定的詞條一致，單片機發出相應信號控制加濕器的動作；單片機收到手機發送的數據后，發出相應信號控制加濕器行進。

4.2.傳感器及報警系統程序設計

該部分用到溫濕度傳感器，煙霧傳感器，人體熱釋電紅外模塊及GSM模塊。單片機程序設計的流程圖如圖：

5.設計成果及結語

本文討論了基于單片機的智能加濕器設計過程，經過實驗證明方案可行并且成本比較低廉，整個智能控制系統能夠穩定運行，達到了預期效果。該設計使人們生活更加方便，不需要再搬運加濕器，人們可根據實際情況選擇合適的方式控制加濕器行進，本設計還能夠有效提醒人們室內環境狀況，并能監控警報，一定程度上保障了家居安全。此外，以本設計為基礎還能進行更多擴展，可以運用到更多的場合。

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（作者單位：天津工業大學）