宋艷麗

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

基于單片機(jī)濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

宋艷麗

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

通過(guò)利用單片機(jī)STC89C52RC控制濕度傳感器SHT75，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)空氣濕度，并通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整用戶(hù)生活環(huán)境的濕度，使用戶(hù)時(shí)刻感覺(jué)舒適。為了實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，還設(shè)計(jì)了供用戶(hù)自行預(yù)設(shè)濕度報(bào)警閥值按鍵電路和實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)的液晶顯示器。

濕度檢測(cè)；濕度調(diào)節(jié)；STC單片機(jī)

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的智能控制主要體現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用上，以單片機(jī)為核心，搭建人性化的外圍電路。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框架如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框架中各個(gè)部分的功能：

(1)主控系統(tǒng)電路。采用智能控制芯片STC89C52RC單片機(jī)作為主控制器構(gòu)建的主控系統(tǒng)，主要用于處理采集的信號(hào)及外圍設(shè)備的控制。

(2)電源系統(tǒng)電路。用于對(duì)輸入的220V交流電壓進(jìn)行變壓、整流，轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的電壓條件。本設(shè)計(jì)中的各個(gè)模塊部分所需要的電壓：STC89C52RC單片機(jī)的工作電壓5.5V～3.3V，濕度傳感器SHT75所需供電電壓為2.4～5.5V，其它集成元件供電電壓約為5V左右，調(diào)濕電器使用220V交流電供電。因此電源系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)5V的供電電壓電路。

(3)濕度檢測(cè)電路。采用SHT75集成濕度傳感器檢測(cè)空氣的相對(duì)濕度及溫度，將采集信號(hào)輸入給主控系統(tǒng)處理并調(diào)控濕度。選用SHT75作為檢測(cè)器件，既能夠檢測(cè)濕度，也能檢測(cè)溫度，所以不再需要額外設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路。

(4)LED顯示電路。用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的相對(duì)濕度和溫度。選擇LED數(shù)碼管顯示測(cè)量的溫度和濕度，是因?yàn)閿?shù)碼管的顯示亮度高、顯示清晰，而且數(shù)碼管功耗較低，不宜損壞，對(duì)于數(shù)字的顯示，數(shù)碼管是非常合適的。

(5)LCD顯示電路。用于顯示人機(jī)交互的相關(guān)提示信息——溫濕度的預(yù)設(shè)值。用戶(hù)設(shè)定的預(yù)設(shè)范圍值的顯示，既顯示數(shù)值，而且還顯示字符信息，選用字符型液晶顯示器就可以解決。

(6)鍵盤(pán)輸入電路。用于人機(jī)交互輸入信息等。鍵盤(pán)可以使用獨(dú)立按鍵方式，也可以選擇矩陣鍵盤(pán)方式，本系統(tǒng)使用的按鍵比較少，預(yù)設(shè)值的設(shè)定只涉及4個(gè)按鍵，所以選擇獨(dú)立按鍵比較合適，電路的連接非常簡(jiǎn)單。

(7)聲光報(bào)警系統(tǒng)。預(yù)設(shè)濕度的范圍，提示檢測(cè)的濕度是否超標(biāo)，當(dāng)超出預(yù)設(shè)范圍，發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警，可提示用戶(hù)做人工調(diào)控處理。本系統(tǒng)采用普通的發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器，硬件電路的搭建和控制程序的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單便捷，功耗比較低。

(8)調(diào)濕電路。用于自動(dòng)調(diào)控濕度，濕度過(guò)高，則根據(jù)溫度的高低選擇開(kāi)啟抽濕器或取暖器排濕；濕度過(guò)低，則開(kāi)啟加濕器增濕。這個(gè)部分的電路主要是通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)控制電器的電源開(kāi)關(guān)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與說(shuō)明

2.1 電源系統(tǒng)

主控系統(tǒng)電路需要+5V電壓供電，采用集成三端穩(wěn)壓器7805設(shè)計(jì)了5V穩(wěn)壓電源電路。電路圖如圖2所示。集成穩(wěn)壓芯片7805構(gòu)成了穩(wěn)壓電路，當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓保持不變。

圖2 直流穩(wěn)壓電源電路

2.2 主控系統(tǒng)

選用宏晶公司出產(chǎn)的52系列單片機(jī)——STC89C52RC，內(nèi)部選用高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的COMOS8微處理器[6]，與8051系列單片機(jī)的指令碼、硬件結(jié)構(gòu)完全兼容，而且相比更具有自身的突出特點(diǎn)，其存儲(chǔ)設(shè)備采用ATMEL公司的高密度非易失技術(shù)，保密性能更好。

2.3 相對(duì)濕度檢測(cè)電路

選用了數(shù)字溫濕度傳感器SHT7x，采用插針型封裝，將敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路集成在一塊微型電路板上，輸出為數(shù)字信號(hào)。本系統(tǒng)的濕度、溫度檢測(cè)電路則采用SHT75濕度傳感器元件，此元件是采用SCK、DATA進(jìn)行通信，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)SHT75濕度傳感器進(jìn)行讀寫(xiě)控制，測(cè)量濕度及溫度值。單片機(jī)將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)MAX7219這樣的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的溫濕度值。

2.4 預(yù)設(shè)范圍值顯示及調(diào)整電路

采用液晶顯示器LCD1602顯示預(yù)設(shè)溫度、濕度的上、下限值，并能通過(guò)按鍵人為調(diào)整預(yù)設(shè)范圍值，以適合于使用者本人不同的需求。

(1)單片機(jī)與LCD1602的接口技術(shù)

LCD1602是一款字符型液晶顯示模塊，如圖3所示為16引腳的液晶引腳圖。

圖3 LCD1602引腳圖

圖4 LCD1602與STC單片機(jī)的接口電路

LDC1602與單片機(jī)的連接電路如圖4所示，圖中P10-P17分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P1.0-P1.7端口，P25-P27分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P2.5-P2.7端口。

(2)單片機(jī)與按鍵的接口技術(shù)

鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的紐帶。如圖5所示，本系統(tǒng)用了4個(gè)按鍵，分別控制溫度上、下限及濕度上、下限的預(yù)設(shè)值調(diào)整，對(duì)應(yīng)鍵按下1次，則相應(yīng)的預(yù)設(shè)值加1，并在設(shè)置值的范圍內(nèi)循環(huán)。圖中P0_4-P0_7分別對(duì)應(yīng)STC89C52單片機(jī)的P0.4-P0.7端口。

圖5 單片機(jī)與獨(dú)立按鍵接口電路

2.5 濕度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管和電動(dòng)揚(yáng)聲器來(lái)模擬報(bào)警，當(dāng)實(shí)測(cè)濕度值超出了預(yù)設(shè)范圍，單片機(jī)則控制發(fā)光二極管閃爍、電動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟-嘟-嘟”的連續(xù)報(bào)警聲，直到通過(guò)調(diào)控使得當(dāng)前環(huán)境的濕度進(jìn)入正常預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，則解除聲光報(bào)警。聲光報(bào)警系統(tǒng)電路如圖6所示，圖中SPEAK對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P2.3端口。

圖6 聲光報(bào)警系統(tǒng)電路

2.6 濕度調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)環(huán)境的濕度超出了用戶(hù)設(shè)定的范圍，則需要濕度調(diào)節(jié)[3]。本系統(tǒng)采取的調(diào)節(jié)方法：當(dāng)前的環(huán)境濕度大于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，判別當(dāng)前溫度，當(dāng)前溫度較高，則啟動(dòng)抽濕器(或風(fēng)扇)抽濕；當(dāng)前溫度較低，則啟動(dòng)取暖器烘烤去濕；當(dāng)前的環(huán)境濕度小于預(yù)先設(shè)定的濕度值時(shí)，利用單片機(jī)控制繼電器開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)啟加濕器電源開(kāi)關(guān)使其工作，從而增加當(dāng)前環(huán)境的濕度。濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 濕度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)濕度控制框架，設(shè)計(jì)了濕度調(diào)節(jié)電路，圖中采用了兩只光電耦合器件、兩個(gè)繼電器和兩只發(fā)光二極管[36]。采用光電耦合器件的目的，是為了將單片機(jī)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制繼電器開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)P3.5、P3.6、P3.7端口發(fā)出高、低電平信號(hào)控制繼電器斷、開(kāi)，從而控制抽濕器、取暖器和加濕器與電源的斷、通。其具體控制電路如圖8所示，圖中三個(gè)Port控制端口從上到下分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P3.5、P3.6、P3.7端口。

圖8 濕度調(diào)節(jié)控制電路

3 軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)由硬件電路和軟件系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)控制

功能，二者相輔相成，缺一不可，而程序的實(shí)現(xiàn)需要依靠流程圖來(lái)理清邏輯思路，根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件體系，如圖9所示。主控系統(tǒng)模塊主要是主控芯片STC89C52單片機(jī)對(duì)濕度檢測(cè)、閥值顯示、濕度閥值預(yù)設(shè)及報(bào)警調(diào)濕各個(gè)模塊的整體協(xié)調(diào)及數(shù)據(jù)的輸入輸出樞紐[4]。

本系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為主控系統(tǒng)、傳感器SHT75為主要檢測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了濕度和溫度的檢測(cè)、調(diào)控及報(bào)警功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)Proteus系統(tǒng)仿真，不斷修改軟件和硬件電路，進(jìn)一步減少了實(shí)時(shí)測(cè)量誤差。

圖9 系統(tǒng)軟件體系框圖

1 李玉忠．中國(guó)濕度與水分測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀[J]．分析儀器，2003，01：22-23．

2 夏方林．一種基于單片機(jī) AT89C51的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì)[J]．工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1999，06：5-7．

3 Prof. Dr. A. Lahrmann, Dr. G.R. Tschulena The Increasing Importance of Sensors in Household Appliances[J].Sensors in Household Appliances,2005,04:20-24.

4 廖惜春．基于 AT89C52 的溫濕度智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，10：10-14．

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Designing and Application of Humidity Control System based on Single Chip Microcomputer

SONG Yan-li

(Huanggang Polytechnic College, Huanggang 438002,China)

STC89C52RC MCU was used to control humidity sensor SHT75 so that the real-time detection of indoor air humidity was realized, and the use of software control achieved automatic adjustment of users’ living environment humidity, making users feel comfortable. In order to achieve a friendly human-computer interaction, a humidity alarm threshold key circuit and a liquid crystal display were also designed.

humidity measurement; humidity control; STC single chip microcomputer

2016-08-22

宋艷麗，女，碩士，講師，主要研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制技術(shù)。

TP31

A

1671-8100(2017)01-0028-04