智能加濕器的系統設計與實現

馬銘鴻 劉瑩

【摘要】隨著科技的發展，智能化的應用設備越來越廣泛，為人們創造了許多的便利。許多人開始對加濕器注意，無論是工廠、車間、倉庫、還是臥室，加濕器隨處可見，并且展現著非常重要的作用。但是生活中常見的加濕器只能實現簡易的持續加濕，對濕度的調節能力差，造成過度加濕。在日常的生活中我們要求準確有效的控制濕度。因此，本文設計了一種準確度高、操作簡單的智能加濕器。在智能加濕器中，最關鍵的是濕度控制方法。傳統的濕度控制方法完全是人工的，不僅費時費力，而且效率低。本文旨在論述一種智能濕度控制系統的設計，該系統主要由單片機STM32、溫濕度傳感器DHT11、液晶顯示屏 LCD1602等部分組成。采用溫濕度傳感器DHT11來測量濕度。它的精確度高，而且DHT11直接是輸出數字信號，可直接與單片機相連。顯示部分使用的是LCD1602來顯示濕度。

【關鍵字】溫濕度傳感器;LCD1602;上位機;下位機

1. 硬件部分設計

空氣加濕系統是能夠檢測空氣中的濕度濃度，還具有報警功能的儀器。該報警系統的最基本組成部分應包括：信號采集及前置放大電路、聲光報警電路、單片機控制電路、字符顯示電路、模數轉換電路與安全保護電路等部分組成。

1.1 單片機最小系統電路設計

目前，許多的智能設備應用于各種生產領域，促進了現代社會科技發展的提升。在此過程中，由于對智能儀器的大量需求，單片機的應用也在不斷增加。這其中的原因主要是因為單片機不僅尺寸小，操控靈活簡單，還具有更強的可靠性，這歸功于芯片的高集成度。對于智能儀器，不僅需要在保持高靈敏度功能更需要保證測量數據的精準性，減少儀器的大小，從而降低整個設備的體積。

1.2 溫濕度采集模塊設計

1.2.1 溫濕度傳感器的選型及特點

溫濕度傳感器主要特性：

溫濕度傳感器，單線數字輸出，低耗能，體積小，穩定性高。

測濕范圍：20%～90%RH，濕度測量精度為±5.0%RH。本次設計測量的相對濕度值為60%～80%RH。

工作電壓：3.0～5.5 V，響應時間小于5S。

DHT11溫濕度傳感器工作原理是在超出規定的工作范圍時會造成高達3%RH的臨時性漂移信號。返回正常的工作情況后，傳感器會逐漸地向正恢復正常狀態。

1.2.2 溫濕度采集模塊設計

溫濕度傳感器的引角中有兩條是電源引腳，另外兩條是輸出數據的引腳，只需要給它供上額定電壓，然后在它的輸出引腳采集信號就可以了。DHT11溫濕度傳感器是數字型濕度傳感器，它可通過數字方式傳輸所采集的當前環境濕度，DHT11溫濕度傳感器運用的是單總線通信，只需將單片機的一個I/O端口與DHT11溫濕度傳感器的通信接口連接就可以實現數據的采集和傳送，與其他電路相比較簡單。濕度采集電路原理圖，如圖2.1所示。

1.3 顯示模塊設計

1.3.1 顯示器件選擇

LCD液晶顯示屏。通常的模塊是一種專門用于顯示符號、數字、字母的顯示模塊，選用基于HD44780液晶芯片的字符型顯示模塊，有16引腳與14引腳兩種，LCD1602液晶屏的14引腳與16引腳區別就是后者具有屏幕背光功能，更加易于觀察顯示內容。

1.3.2 顯示接口電路設計

LCD1602液晶是字符型液晶模塊。每個點陣字符位都可以顯示一個字符，字符之間有間隔，它們之間的作用是間隔字符間距和行間距，由于這樣它不能顯示圖形。LCD液晶顯示屏可直接與單片機相連，其接口電路一般在控制系統中，如果是正電壓控制則選用共陰極液晶顯示，是負電壓控制的則選用共陽極液晶顯示。

1.4 串口接口電路設計

模塊與單片機需要通信，通信方式采用串行通訊，從單片機發送指令，指令以字節為單位從串行口發送出去，模塊接收指令，在運行指令，實現功能。單片機的指令、模塊的應答和串口數據的傳輸都要滿足模塊的規定的格式。模塊與單片機需要通信，通信方式采用串行通訊，從單片機發送指令，指令以字節為單位從串行口發送出去，模塊接收指令，在運行指令，實現功能。串口連接圖，如圖2.2所示。

串口模塊的VCC端接到5V電源，GND端接地，RXD串行數據輸入接到單片機的PA9口（TXD），TXD串行數據輸出端接到單片機的PA10口（RXD）。

VCC：接正極，電壓的范圍為3.3v到5.0v，發射級直接接電源，集電極通過一個電阻接地。GND：接地。TXD：模塊串口發送引腳（TTL電平，不能直接接RS232電平），可直接接單片機的RXD引腳。RXD：模塊串口接收引腳（TTL電平，不能直接接RS232電平），可直接接單片機的TXD引腳。

2. 系統的軟件設計

軟件設計上，根據功能分了幾個模塊編程，其中有系統的總程序、傳感器檢測程序部分、顯示模塊、存儲模塊、延時子程序模塊和中斷子程序模塊等。本系統要想實現預期的功能，就需要由硬件的電路和軟件一起共同作用。因此，在進行硬件的電路設計完成之后，就要對系統的軟件進行編程的處理。

2.1 系統軟件程序設計

軟件使用Keil版本，單片機對溫濕度傳感模塊發送命令，得到識別結果，在根據這個結果來控制顯示模塊。Keil這個程序編寫軟件有著簡便的菜單欄和操作模式。并且還能夠進行多人聯合的開發，形成一個工作組，是在進行單片機的程序編寫的時候，最為合適且方便的軟件。該軟件的內部擁有多種型號選擇，本系統的單片機型號就在該系統當中。在進行編寫之前，對型號先進行選擇。之后在該軟件當中編寫的程序就可以燒入到單片機當中，順利完成對本系統軟件的開發和設計。同時該軟件還能夠在后續的調試過程中產生幫助。單片機主程序流程圖，如圖2.1所示

3. 系統分析與調試

3.1 硬件測試

使用STM32單片機作為控制器，STM32單片機是一個低電壓，高性能的通用8位單片機，其包含了8k bytes的可反復擦寫的Flash，還有只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），它采用了ATMEL公司的高精度、非易失性存儲技術，而且采用了兼容的標準指令的系統，內置通用的中央處理器和Flash存儲單元，作用相對強大的STM32單片機能夠成為許多較復雜的系統控制的首選。

3.2 軟件測試

系統上電后，空氣的濕度就會在LCD1602液晶顯示屏上呈現，使用者可以清楚的觀察到各項值。系統實時對空氣的濕度進行監測，最后將監測的各個數值顯示在LCD1602顯示屏上。如果濕度在預先設置的范圍，系統將會監測周圍環境因素。如果不在預先設置的范圍，預先設定對應的LED小燈就會打開，并且還會自動對各項因素調節，使用者也可以隨時觀察到空氣的濕度并做出調節，系統將監測的濕度的值可以直觀的呈現在顯示屏上。

4. 結論

本次設計以單片機STM32作為核心部件，本系統的核心處理部分單片機對數據進行收集、處理和顯示等功能。STM32單片機適用性強，只要將閾值的設定改動并且軟件實現中斷的操作，系統繼續運行，就能夠完成對不同時刻下的數據的掌控。可對日長生活的環境進行適時、適當的控制，而且解決了資源的浪費，達到了監控空氣相對濕度的作用。操作簡單，可廣泛的應用于對濕度實現實時監控，而且還能夠密切的觀察空氣的動態。

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作者簡介：馬銘鴻，1997年，女，遼寧省朝陽市，專業;通信工程。通訊作者：劉瑩，1981年，女，遼寧省鞍山市，職稱：講師，研究方向：DSP技術，自動識別技術。