嵌入式單片機和超聲波加濕器的應用

李俊瑋

摘要：隨著后PC時代的到來，網絡、通信技術得以發展，嵌入式系統軟、硬件技術有了很大的提升。通過計算機進行控制的調節濕度系統也開始應用于更多領域。本文分析了嵌入式單片機的起源，發展進程，以及嵌入式單片機的優缺點，性能，和超聲波加濕器一起應用，通過基于單片機的自動調濕度系統設計，對其控制原理與結構進行介紹，并對其優勢進行分析。

關鍵詞：嵌入式單片機；調節濕度系統；超聲波加濕器

前言：

嵌入式計算機系統起源于微型機時代，但很快就進入到獨立發展的單片機時代。在單片機時代，嵌入式系統以器件形態迅速進入到傳統電子技術領域中，以電子技術應用工程師為主體，實現傳統電子系統的智能化。嵌入式單片機的自動調濕系統調濕精度高、消耗能量低，已經成為未 來溫度控制技術的應用趨勢，得到業內的認可。為此，筆者對單片機自動調濕系統的原理與結構進行探討。

1.0 嵌入式單片機的發展：

80年代之前，嵌入式單片機廣泛應用于大型機電，像汽車，家電產品，很少應用于小型電器，但慢慢發展，嵌入式單片機和PC結合，和成千上萬的電子產品相結合，來獲得更佳的使用性，更方便，速率更快，價格實惠。時過境遷，現在的嵌入式相比之前更加智能，更加系統。新興的嵌入式 系統隨著嵌入式系統的發展，出現了很多新模式、新想法，新天地。新型嵌入式系統會隨著社會的發展，不斷前進，比如馬上來臨的5G時代，無線覆蓋整個城市，智能家具，甚至往大的方面還可能涉及到外太空探測的領域。

2 自動調節溫濕度系統控制原理

2.1.所選器材：超聲波加濕器、STM32單片機、溫濕度傳感器DHT11、顯示器、供水閥、電動機、藍牙。

2.2自動調節濕度系統的原理分析；

①測量濕度：

利用溫濕度傳感器來實現，選用了溫度傳感器DHT11。溫濕度傳感器附著于嵌入式單片機上，單片機和控制器相連接，通過藍牙把單片機接受到的數據傳輸給手機，所需器材很少，器材價格便宜，只需要連接成功方可運行。（DHT11：連接在 GPIO 口的 PA0 上。DHT11 是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度 20-90%RH，溫度 0～50℃。STM32 與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次通訊時間 4ms 左右，據分小數部分和整數部分。

②濕度控制系統：

濕度傳感器分解：接地端為GND，信號端 為DO，外接電源輸入端是 VCC。為了確保傳感器能夠 在特定的時鐘周期內有穩定的電流供應，我們將其總線采 用MOSFET進行上拉。采用電源供電法時，主機控制溫度 轉換需要進行初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。濕度傳感器可以實現電源供電，也可以實現寄生電源 供電，本系統使用前者。整個濕度控制系統，我采用的技術主要包括 APP程序代碼的編寫、Android開發環境的搭建、MDK開發環境的安裝與破解，USB轉串口驅動的安裝，以 及JLINK驅動的安裝、藍牙連接、LCD液晶模塊。提高了濕度控制系統的完整 性，也提高了系統的可靠性，從而更精準地實現濕度控制的目的。一般采用液晶顯示器，這種作為顯示設備，液晶顯示器分辨率高，清晰可見，具有高壽命，顯示簡單的濕度數據時也具有亮度高的特點。為了對系統的設備進行保護，在設計時，我們還要增 加報警設計，采用三極管與蜂鳴器連接的方式，當不能正常工作時，單片機將會發出信號經過三極管放大后推動 蜂鳴器工作

③控制原理：由溫濕度傳感器對室內的濕度 進行數據收集，通過線路把收集到的數據傳輸到中心控制 器的單片機中，在控制器完成數據分析后，如果濕度輸入值低于設定的濕度值，中心控制器就會對超聲波加濕器發出信號，以超聲波的形式把水分子打散，通過排放口排到空氣中，保持室內的濕度，接通藍牙的控制下，發送數據到手機終端，同時控制了STM32單片機的接收模塊，從而，手機終端獲得單片機的數據后，處理器的處理數據將會通過液晶顯示器進行顯示，通過判斷，打開或關閉超聲波加濕器即可。系統的濕度控制過 程，省去了傳統的數模信號轉換過程，提高了系統的可靠 性，從而準確地實現溫度控制的目的。

④系統結構設計及其分析：

我們選用了STM32單片機為核心，使用16位、32 位處理器，引導程序位BOOT，有著串口、按鍵、看門狗、LED燈、蜂鳴器、調試口、FLASH、等功能，而溫濕度傳感器就是利用接口的功能。在基于嵌入式單片機濕度的自動調節系統設計中，以 對濕度的監測與控制來對整個電能供暖系統進行自動化控 制，其中的單片機、傳感器與控制電路形成 一個回路，在一個完整的自動化超聲波加濕器的設計下，首先，以STM32為載體，應用到溫濕度傳感器DHT11、搭載HC-05主從一體的 藍牙模塊，液晶顯示器，采用手機終端上位機，藍 牙傳輸數據，單片機在系統中處于核心部分，對回路控制系統、數據采集、處理與顯示的功能具有重大意義，數據轉發需要單片機為控制轉發層，從而實 現手機app對加濕器自動化控制。控制原理主要由溫濕度傳感器在外界接受空氣中的濕度，感受溫度，然后接受數據，把數據傳輸給了超聲波加濕器，超聲波加濕器收集到數據后，做出了判斷，比如冬天室內干燥，空氣濕度達不到標準濕度（40%RH-60%RH），這時，超聲波高頻震蕩1.7MHZ頻率將會被超聲波加濕器采用，將水霧縮小為只有1-5微米的超微粒子，人們就可以在舒適適宜的環境工作學習。最后，如果你想關閉或者調大濕度，你直接可以通過手機APP顯示屏上改變你要的環境，并且可以清晰的看到溫濕度的變化。

3結束語：

本系統的實現中，描述了嵌入式單片機的發展，特點以及前景，并且把嵌入式單片機和超聲波加濕器結合在一起應用，其過程中，應用到了藍牙，嵌入式技術、液晶顯示屏、串口、接口以及Android開發環境的搭建與APP程序代碼的編寫等，本實驗實現了智能化的家具系統所要求的基本功能，雖然通過努力，并且不斷地運行操作實現了這一功能，但由于經驗不足，沒能做到十全十美，像輕微的噪聲無法去除。

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（作者單位：浙江萬里學院）