智能除濕器設(shè)計(jì)

王玲玲 林妹

摘 ?要：隨著人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，智能除濕器有了更廣闊的市場前景。該智能除濕器的設(shè)計(jì)以STM32F 103C8T6作為主控芯片，使用溫濕度傳感模塊DHT11采集當(dāng)前空氣的濕度。通過軟件設(shè)定濕度的測量范圍，LCD1602模塊顯示當(dāng)前實(shí)測濕度值，當(dāng)采集到的當(dāng)前濕度值超過設(shè)定值，系統(tǒng)響應(yīng)的同時(shí)，主控芯片發(fā)出指令，LED燈閃爍，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)開啟風(fēng)扇執(zhí)行除濕功能。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對空氣中濕度的智能監(jiān)測及其除濕。

關(guān)鍵詞：自動報(bào)警;STM32;智能除濕

中圖分類號：TP368.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）15-0058-03

Abstract：With the increasing demand for the quality of life，intelligent dehumidifier has a broader market prospect. Design of intelligent dehumidifier，using STM32F103C8T6 as the main control chip，the temperature and humidity sensor DHT11 has been used to collect the current air humidity. Through the software to set the temperature and humidity measurement range，LCD1602 module displays the current measured humidity value，when the collected current humidity value exceeds the set value，the system responds，the main control chip sends a command，the LED light flashes，the buzzer alarms，at the same time，the fan is turned on to perform the dehumidification function，so as to realize the intelligent monitoring and dehumidification of air humidity.

Keywords：automatic alarm;STM32;intelligent dehumidification

0 ?引 ?言

隨著科技水平的不斷提高，空氣除濕等相關(guān)技術(shù)的研究也越來越被重視。在良好的生產(chǎn)和生活環(huán)境里，空氣中存在的相對濕度具有至關(guān)重要的作用。對濕度的調(diào)節(jié)以及把控不僅關(guān)乎工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和工藝制作的流程，還關(guān)乎物資的儲備、管理、人類的生活等其他相關(guān)問題。所以，濕度測量在二十世紀(jì)九十年代興起，除濕器的種類也越來越多樣化，但是由于技術(shù)不成熟，市場有限，除濕器在技術(shù)的改進(jìn)和升級方面還有著很大的空間。本文設(shè)計(jì)的智能除濕器在生活中使用時(shí)，不僅可以提高環(huán)境對人體的舒適感，而且還可以防止家中的書籍、家具、藥品、照片、電器、衣物等受潮或霉變;防止線路設(shè)備受潮破壞，保證線路正常、安全地運(yùn)行。若應(yīng)用到高精尖儀器的儲存或生產(chǎn)中，可以保護(hù)儀器的壽命，確保儀器經(jīng)過長時(shí)間儲存后也可以正常使用。

1 ?系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

1.1 ?功能需求

關(guān)于智能除濕器設(shè)計(jì)具體要求如下：

（1）設(shè)計(jì)采用STM32F103C8T6作為單片機(jī)，并包含溫濕度采集模塊、聲光報(bào)警模塊、LCD1602顯示屏模塊、風(fēng)扇除濕模塊、繼電器模塊、時(shí)鐘模塊。

（2）系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：濕度檢測、蜂鳴器報(bào)警、風(fēng)扇開關(guān)。

1.2 ?設(shè)計(jì)思路

采集當(dāng)前狀態(tài)下的濕度信息，并把采集到的信息傳遞給控制模塊進(jìn)行統(tǒng)一處理。在該部分對這些通過傳感器搜集到的信息內(nèi)容按類別進(jìn)行規(guī)整，經(jīng)過系統(tǒng)的單片機(jī)主控模塊，然后對這些數(shù)據(jù)經(jīng)過識別處理，將最終得到的結(jié)果在LCD1602液晶顯示屏上顯示出來。

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要以STM32F103C8T6為控制芯片，以LCD1602液晶顯示屏為顯示子模塊、溫濕度采集模塊、時(shí)鐘模塊、繼電器模塊、風(fēng)扇除濕模塊、外接的按鍵控制模塊、聲光報(bào)警模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。

2 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本次硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)整體分為處理器控制模塊、溫濕度采集模塊、LCD1602顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、風(fēng)扇除濕模塊、時(shí)鐘模塊、按鍵控制模塊、繼電器模塊等。

（1）對于本次設(shè)計(jì)，選用STM32系列單片機(jī)中的ST M32F103C8T6作為主控模塊。該單片機(jī)和51系列相比多了很多功能，不但運(yùn)行速度比51單片機(jī)要快很多，自帶2個(gè)AD轉(zhuǎn)換，不需要加外部ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，非常方便;而且STM32F103C8T6單片機(jī)模塊化的設(shè)計(jì)、強(qiáng)大的功能以及簡單的接口相對于51單片機(jī)來說也更加方便且實(shí)用。

（2）DHT11溫濕度傳感器。主要是通過電容性濕度敏感器元器件測量濕度。通過自身功能，把監(jiān)測到的信息經(jīng)過信號放大器進(jìn)行放大、再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換把數(shù)據(jù)整合到一起。這個(gè)微型控制器還具有高性能的特點(diǎn)，滿足本次設(shè)計(jì)的要求。DATA1與STM32F103C8T6單片機(jī)的B4引腳相連，并接一個(gè)10 kΩ的上拉電阻，檢測的結(jié)果以數(shù)字量方式串行傳送。

（3）LCD1602液晶顯示屏。它的物理特性主要是通過電壓進(jìn)行控制，滑動變阻器用來調(diào)節(jié)它的背光。當(dāng)系統(tǒng)接通電源時(shí)，液晶內(nèi)部就會排列整齊，光線就會很容易地通過，這樣就會顯示出圖樣，人們將會看到顯示屏的效果。LCD1602的V0端接線時(shí)需要接一個(gè)10 kΩ的上拉電阻，與STM32F103C8T6單片機(jī)的A0～A7對應(yīng)相連接。在LCD 1602上顯示兩排字符，上排用來顯示時(shí)間和名稱，下排用來顯示實(shí)時(shí)溫度和濕度。LCD1602液晶顯示模塊電路圖如圖2所示。

STM32F103C8T6的X1和X2兩個(gè)引腳，分別連接的是電容和晶振，作為單片機(jī)在電路中的時(shí)鐘電路，電容在電路對中振蕩頻率起到微調(diào)的作用。

3 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件主程序開發(fā)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，必須要分步驟進(jìn)行，一步接著一步實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能，當(dāng)系統(tǒng)的某個(gè)模塊出現(xiàn)問題時(shí)，只需對照著改動即可。互不影響又可以相輔相成，直到完成軟件的整個(gè)設(shè)計(jì)。

3.1 ?系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)經(jīng)過上電初始化后，由程序設(shè)定濕度的上下限，通過液晶屏進(jìn)行顯示，濕度傳感模塊開始工作，當(dāng)采集到的實(shí)際數(shù)值超過設(shè)定的上下限后，系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)開啟風(fēng)扇。系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

3.2 ?鍵盤設(shè)置

鍵盤設(shè)置程序由中斷傳送執(zhí)行。當(dāng)選擇不同的模式時(shí)，按鍵的功能也不完全相同，所以按鍵的具體設(shè)置還要根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置不同模式。在編寫程序過程中，應(yīng)注意解決以下問題。

（1）必須要理解，怎樣以最好的方式去解決相同的問題。

（2）要給鍵盤按鍵選擇適當(dāng)?shù)姆绞饺ザ秳印?/p>

（3）要注意保護(hù)按鍵的安全。

以上羅列的問題中，每個(gè)都非常重要。通過程序掃描的方法，對按鍵進(jìn)行辨別，這種方式快速而又簡單。

鍵盤溫度和濕度按鍵的功能實(shí)現(xiàn)部分代碼如下：

sbit key1 = P1^2; //按鍵輸入

sbit key2 = P1^3;

sbit key3 = P1^4;

unsigned char key_mode=0;

unsigned char Set_mode=0; //設(shè)置模式

uint TEMP; //溫度數(shù)值

uint HUM; //濕度數(shù)值

首先，給系統(tǒng)供電，中斷、抖動都要保證按鍵的安全。系統(tǒng)檢測并判斷按鍵是否按下的時(shí)候，進(jìn)入中斷狀態(tài)，快速掃描鍵盤，根據(jù)模式和按鍵的位置判斷功能，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)立即處在準(zhǔn)備狀態(tài)，方便按鍵設(shè)置不同的功能。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入中斷狀態(tài)的時(shí)候，選擇模式切換完成后，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)操作了。本次設(shè)計(jì)采用不同模式、不同功能的單獨(dú)設(shè)置方式，方便設(shè)置的單獨(dú)操作。系統(tǒng)有3個(gè)輸入按鍵，K1接入STM32F103C8T6上的B12鍵，在系統(tǒng)中充當(dāng)功能選擇鍵，比如選擇溫度的設(shè)置;K2接入STM32F103C8T6上的B13鍵，在系統(tǒng)中充當(dāng)“增加”按鍵，主要是用來設(shè)置時(shí)間以及溫度、濕度的上限值或者下限值;K3接入STM 32F103C8T6上的B14鍵，在系統(tǒng)中充當(dāng)“減小”按鍵，也是用來設(shè)置時(shí)間以及溫度、濕度的上限值或者下限值。每次循環(huán)時(shí)，調(diào)用顯示程序以顯示設(shè)定值。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，系統(tǒng)所有的設(shè)置重新回到原始的參數(shù)。

4 ?仿真調(diào)試

Keil uVision 5是德國開發(fā)的一款調(diào)試軟件，軟件功能非常強(qiáng)大，相對于其他軟件來說，它在軟件設(shè)計(jì)中最為常用，還支持多種語言的在線開發(fā)。程序運(yùn)行圖如圖4所示。

系統(tǒng)整體調(diào)試。首先為硬件電路板連接上電源，按下開關(guān)按鈕，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)信息，判斷采集到的數(shù)據(jù)是否符合設(shè)定的值，來做出相應(yīng)的反應(yīng)。供電之后，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)濕度信息采樣，此時(shí)LCD1602液晶顯示屏開始正常工作，顯示所測得數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)檢測到的實(shí)時(shí)濕度在設(shè)定的范圍值內(nèi)，報(bào)警電路不工作，系統(tǒng)繼續(xù)工作;當(dāng)DHT11所測量的濕度超出系統(tǒng)設(shè)定的范圍值時(shí)，LED燈亮起報(bào)警，蜂鳴器發(fā)聲，風(fēng)扇開啟除濕工作。

5 ?結(jié) ?論

本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對于空氣中濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測以及自動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣中濕度的實(shí)際值，當(dāng)空氣中的濕度的相關(guān)參數(shù)超過一定范圍時(shí)，相應(yīng)的功能器件獲得指令，發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)響應(yīng)的同時(shí)采取對應(yīng)的措施以實(shí)現(xiàn)對空氣中濕度的智能監(jiān)測以及除濕。本次設(shè)計(jì)智能除濕器功能相對簡單，后續(xù)研究可以增加除濕模式的設(shè)定、定時(shí)等功能，為人們提供更加便利的生活方式。

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作者簡介：王玲玲（1985.05—），女，漢族，海南海口人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：控制理論與控制工程。