宋艷麗

摘 要： 濕度的有效控制與調(diào)節(jié)對人的生產(chǎn)生活有著重要的意義，通過利用單片機STC89C52RC控制濕度傳感器SHT75，實現(xiàn)了實時檢測室內(nèi)空氣濕度，并對獲取濕度信息進行分析處理，再通過軟件分析控制實現(xiàn)自動調(diào)整生活環(huán)境的濕度，使用戶時刻感覺舒適。為了實現(xiàn)友好的人機交互，還設計了供用戶自行預設濕度報警閥值按鍵電路和實時顯示當前工作狀態(tài)的液晶顯示器。該項研究成果將對用戶的生活、工作環(huán)境改善發(fā)揮積極的作用。

關(guān)鍵詞： 濕度檢測； 濕度調(diào)節(jié)； STC單片機

中圖分類號： TP 368 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2016）05-0087-04

0 引 言

隨著科學技術(shù)的進步和發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，追求高品質(zhì)生活的需求日益增強。生活中，人們看不見摸不著的隱形因素時刻干擾著人們理想的生活，那就是環(huán)境的濕度[1]。長期居住在此環(huán)境中易出現(xiàn)口干、唇裂、流鼻血和患呼吸道疾病等現(xiàn)象。相對濕底低，人體表皮水分大量散失，加速皮膚衰老，降低了皮膚抵抗病菌的能力。雖然家居環(huán)境的空氣濕度檢測儀器已經(jīng)誕生，但價格太貴、維護要求高，人們迫切地需要一款便捷、便宜、節(jié)能的家用電器，基于此本文提出了一種基于STC89C52RC單片機控制的比較簡單而實用的濕度檢測及調(diào)控方法[2]。

1 系統(tǒng)整體設計

本系統(tǒng)的智能控制主要體現(xiàn)在單片機的應用上，以單片機為核心，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。

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框架中各個部分的功能：

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

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

★濕度檢測電路：采用SHT75集成濕度傳感器檢測空氣的相對濕度及溫度，將采集信號輸入給主控系統(tǒng)處理并調(diào)控濕度。選用SHT75作為檢測器件，既能夠檢測濕度，也能檢測溫度，所以不再需要額外設計溫度檢測電路。

★LED顯示電路：用于實時顯示測量的相對濕度和溫度。選擇LED數(shù)碼管顯示測量的溫度和濕度，是因為數(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，對于數(shù)字的顯示，數(shù)碼管是非常合適的。

★LCD顯示電路：用于顯示人機交互的相關(guān)提示信息——溫濕度的預設值。用戶設定的預設范圍值的顯示，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。

★鍵盤輸入電路：用于人機交互輸入信息等。鍵盤是可以使用獨立按鍵方式，也可以選擇矩陣鍵盤方式的，本系統(tǒng)使用的按鍵比較少，預設值的設定只涉及4個按鍵，所以選擇獨立按鍵的使用比較合適，電路的連接非常簡單。

★聲光報警系統(tǒng)：預設濕度的范圍，提示檢測的濕度是否超標，當超出預設范圍，發(fā)出聲光信號報警，可提示用戶做人工調(diào)控處理。本系統(tǒng)采用普通的發(fā)光二極管和揚聲器，硬件電路的搭建和控制程序的設計都比較簡單便捷，功耗比較低。

★調(diào)濕電路：用于自動調(diào)控濕度——濕度過高，則根據(jù)溫度的高低選擇開啟抽濕器或取暖器排濕；濕度過低，則開啟加濕器增濕。這個部分的電路主要是通過繼電器開關(guān)來控制電器的電源開關(guān)。

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 電源系統(tǒng)

主控系統(tǒng)電路需要+5 V電壓供電，采用集成三端穩(wěn)壓器7805設計了5 V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，當穩(wěn)壓器的輸出負載變化時，輸出電壓V0保持不變。

2.2 主控系統(tǒng)

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

2.3 相對濕度檢測電路

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。本系統(tǒng)的濕度、溫度檢測電路則采用SHT75濕度傳感器元件，此元件是采用SCK，DATA進行通信，單片機系統(tǒng)對SHT75濕度傳感器進行讀寫控制，測量濕度及溫度值。單片機將采集的信號數(shù)據(jù)通過MAX7219這樣的專用驅(qū)動芯片，驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應的溫濕度值。

2.4 預設范圍值顯示及調(diào)整電路

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

（1）單片機與LCD1602的接口技術(shù)。LCD1602是一款字符型液晶顯示模塊，如圖3為16引腳的液晶引腳圖。

LDC1602與單片機的連接電路如圖4所示。圖4中，P10～P17分別對應單片機的P1.0～P1.7端口，P25～P27分別對應單片機的P2.5～P2.7端口。

（2）單片機與按鍵的接口技術(shù)。鍵盤是計算機最常用的輸入設備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶。如圖5所示，本系統(tǒng)用了4個按鍵，分別控制溫度上、下限及濕度上、下限的預設值調(diào)整，對應鍵按下1次，則相應的預設值加1，并在設置的值的范圍內(nèi)循環(huán)。圖5中，P0_4～P0_7分別對應STC89C52單片機的P0.4～P0.7端口。

2.5 濕度報警電路的設計

本系統(tǒng)采用發(fā)光二極管和電動揚聲器來模擬報警，當實測濕度值超出了預設范圍，單片機則控制發(fā)光二極管閃爍、電動揚聲器發(fā)出“嘟-嘟-嘟-嘟”的連續(xù)報警聲，直到通過調(diào)控使得當前環(huán)境的濕度進入正常預設范圍之內(nèi)，則解除聲光報警。聲光報警系統(tǒng)電路如圖6所示。圖6中，SPEAK對應單片機的P2.3端口。

2.6 濕度調(diào)節(jié)電路的設計

當環(huán)境的濕度超出了用戶設定的范圍，則需要濕度調(diào)節(jié)[3]。本系統(tǒng)采取的調(diào)節(jié)方法：當前的環(huán)境濕度大于預先設定的濕度值時，判別當前溫度，當前溫度較高，則啟動抽濕器（或風扇）抽濕；當前溫度較低，則啟動取暖器烘烤去濕；當前的環(huán)境濕度小于預先設定的濕度值時，利用單片機控制繼電器開關(guān)電路，開啟加濕器電源開關(guān)使其工作，從而增加當前環(huán)境的濕度。濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框架設計如圖7所示。

根據(jù)濕度控制框架，設計了濕度調(diào)節(jié)電路，圖中采用了兩只光電耦合器件、兩個繼電器和兩只發(fā)光二極管[36]。采用光電耦合器件的作用，是為了將單片機輸出的信號轉(zhuǎn)換為控制繼電器開關(guān)的輸入信號，這樣通過單片機P3.5，P3.6，P3.7端口發(fā)出高、低電平信號控制繼電器斷、開，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8中，三個Port控制端口從上到下分別對應單片機的P3.5，P3.6，P3.7端口。

3 軟件的設計及實現(xiàn)

本系統(tǒng)由硬件電路和軟件系統(tǒng)共同實現(xiàn)控制功能，二者相輔相成，缺一不可，而程序的實現(xiàn)需要依靠流程圖來理清邏輯思路，根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計本系統(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單片機對濕度檢測、閥值顯示、濕度閥值預設及報警調(diào)濕各個模塊的整體協(xié)調(diào)及數(shù)據(jù)的輸入輸出樞紐[4]。

本系統(tǒng)以單片機STC89C52為主控系統(tǒng)、傳感器SHT75為主要檢測器件，實現(xiàn)了濕度和溫度的檢測、調(diào)控及報警功能。在設計過程中，通過Proteus系統(tǒng)仿真，不斷修改軟件和硬件電路，進一步減少了實時測量誤差。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用濕度傳感器對環(huán)境濕度的采集，利用通過單片機控制作用，實現(xiàn)了對環(huán)境濕度信息的靈活監(jiān)測，對濕度控制單元的控制實現(xiàn)對濕度的調(diào)節(jié)。整個設計電路力求設計簡單、降低成本，減小功率損耗，使得其在濕度領(lǐng)域具有很好的應用價值。

參考文獻：

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

[2] 夏方林. 一種基于單片機 AT89C51的溫濕度控制儀的設計[J]. 工業(yè)儀表與自動化裝置，1999（6）：5-7.

[3] LAHRMANN A，TSCHULENA G R. The increasing importance of sensors in household appliances[J]. Sensors in Household Appliances，2005（4）：20-24.

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

Abstract： Humidity of effective control and regulation of people's production and life has a important significance， through the use of stc89c52rc MCU control humidity sensor SHT75， the realization of the real-time detection of indoor air humidity， and to obtain the humidity information analysis and processing， through the software analysis control system realizes the automatic adjustment of the humidity of the living environment， users always feel comfortable. In order to achieve a friendly human-computer interaction is also designed for users to its own preset humidity alarm threshold key circuit and real-time display of the current state of the liquid crystal display. The results of this research will play an active role in the improvement of the life and work environment of the users.

Keywords： humidity measurement； humidity control； STC single chip

（責任編輯：徐興華）