◎劉豐年

技術(shù)與應(yīng)用

基于AT89C 51的簡易智能化加濕器設(shè)計(jì)

◎劉豐年

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處，河南三門峽472000)

為解決現(xiàn)有空氣加濕器在智能化、安全性和舒適性方面的不足，筆者設(shè)計(jì)了一種以AT89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器為核心的簡易智能化空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)對(duì)溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內(nèi)空氣干濕溫度信息和加濕器內(nèi)的水位信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關(guān)、空氣加濕、防干燒、聲光報(bào)警等控制功能。該系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試實(shí)驗(yàn)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，控制加濕器智能化工作，性價(jià)比高，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

智能加濕器；AT89C51單片機(jī)；DS18B20溫度傳感器

伴隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)家庭空氣環(huán)境的要求也越來越高，空氣加濕器也成了日用家居必備品。常見的加濕器主要有風(fēng)機(jī)加濕型和熱加濕型，主要通過風(fēng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)空氣帶走水分或蒸發(fā)水分來緩解空氣干燥度的目的。但這類加濕器人工操作太多，缺乏智能化、安全性和舒適度，在使用過程中往往存在過度加濕和干燒的問題，不僅加濕效果不好，而且還存在著嚴(yán)重的安全隱患。因此急需一種簡易智能化的空氣加濕器，對(duì)空氣濕度進(jìn)行智能化、人性化控制，目前，智能、安全、舒適已成為加濕器的核心問題，備受關(guān)注。

筆者以AT89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器為核心設(shè)計(jì)了一種簡易智能化的空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用AT89C51單片機(jī)對(duì)溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內(nèi)空氣干濕溫度信息和加濕器內(nèi)的水位信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關(guān)、空氣加濕、防干燒、聲光報(bào)警等控制功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，控制加濕器智能化工作，性價(jià)比高，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的需求分析，得到該智能空氣加濕器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：①溫濕度報(bào)警值可以手動(dòng)設(shè)置；②檢測(cè)到的溫濕度值可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示；③當(dāng)空氣濕度小于40%時(shí)系統(tǒng)自己加濕；④由5V穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，提供系統(tǒng)需要的溫濕度調(diào)節(jié)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，繪制了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括四個(gè)模塊：以AT89C51單片機(jī)為核心的控制模塊，兩個(gè)DS18B20溫度傳感器、一個(gè)水位傳感器為核心組成的加濕模塊，以聲光報(bào)警器為核心的報(bào)警模塊，以1602LCD液晶屏為核心的顯示模塊。

該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，通過對(duì)兩個(gè)溫度傳感器采集到的干濕球溫度進(jìn)行計(jì)算，得到室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度，若空氣濕度小于40%時(shí)，則控制加濕器開始工作，直到室內(nèi)空氣濕度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉。加濕器工作時(shí)，將實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地顯示室內(nèi)空氣的溫濕度值，水位傳感器將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加濕器內(nèi)的水位，當(dāng)水位低于預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)將斷開控制輸出電路的供電，并啟動(dòng)蜂鳴器電路進(jìn)行報(bào)警，來保證安全。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在硬件電路設(shè)計(jì)中，采用的是模塊化的電路，即每一個(gè)電路都可以獨(dú)立的工作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，當(dāng)需要同時(shí)工作的環(huán)境下能夠更快更好的完成系統(tǒng)硬件的要求。主要有數(shù)據(jù)的采集電路、輸出的控制電路、液晶的顯示電路、報(bào)警電路、最小系統(tǒng)。

2.1 信號(hào)分析

在硬件電路中主要有輸入信號(hào)采集電路與執(zhí)行相應(yīng)輸出的控制電路組成。DS18B20得到單片機(jī)控制器AT89C51發(fā)出的信號(hào)時(shí)，DS18B20執(zhí)行相應(yīng)的內(nèi)部指令完成對(duì)溫度的采集、轉(zhuǎn)換、存取、并發(fā)送出數(shù)據(jù)給控制器AT89C51，當(dāng)AT89C51接收到DS18B20的信號(hào)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并發(fā)送給顯示電路。為了電路能夠更好的運(yùn)行，加入了光電耦合電路和報(bào)警電路，來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 核心部件選取

控制器：通過對(duì)FPGA、模擬運(yùn)算放大器組成PID控制系統(tǒng)及AT89C51單片機(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)具有體積小、功耗低、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠，算術(shù)運(yùn)算能力強(qiáng)，易于編程，控制能力強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)采用了AT89C51單片機(jī)作為核心控制芯片，對(duì)溫度采集和實(shí)時(shí)顯示以及加濕裝置進(jìn)行控制。AT89C51單片機(jī)擁有一個(gè)4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

圖2 1602LCD液晶顯示屏接線原理圖

溫度傳感器：通過DS18B20溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20溫度傳感器不僅可以直接讀取溫度值，而且還可以實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，擁有獨(dú)特的單線接口，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，在使用中不需要任何外圍元件，測(cè)溫范圍在-55℃～+125℃，同時(shí)單片機(jī)與DS18B20溫度傳感器之間連接非常簡潔方便，只需要一根連接線，通過一個(gè)單線接口就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫功能。因此，本系統(tǒng)采用了DS18B20溫度傳感器來實(shí)時(shí)采集空氣的溫度值。

液晶顯示屏：通過對(duì)各種液晶顯示屏進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)1602LCD液晶顯示屏具有體積小、重量輕、功耗低、顯示質(zhì)量高、驅(qū)動(dòng)方便和易于操作等特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用了1602LCD液晶顯示屏作為顯示裝置。1602LCD液晶顯示屏顯示容量為16×2個(gè)字符，芯片工作電壓：4.5V~5.5V，工作電流：2.0mA (5.0V)，模塊最佳工作電壓：5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。

2.3 電路設(shè)計(jì)

①1602LCD液晶顯示屏電路設(shè)計(jì)

為了使1602LCD液晶顯示屏能夠清晰的顯示出來，可以用滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)對(duì)比度，利用三極管來控制暗與滅。1602LCD液晶顯示屏接線原理如圖2所示。

②液位定位及光電開關(guān)電路設(shè)計(jì)

液位定位的實(shí)現(xiàn)主要依據(jù)是水位傳感器給出的數(shù)據(jù)信號(hào)，但是在實(shí)際的開發(fā)中，考慮到水位傳感器的特殊性，所以在開發(fā)中用3個(gè)簡易的按鍵來大致的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，用簡單的高低電平信號(hào)更能直觀的表現(xiàn)出來。水位計(jì)光電開關(guān)替代元件及電路如圖3所示。

③DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計(jì)

由于此款溫度傳感器輸出串行通信信號(hào)，電路圖相對(duì)簡單。DS18B20溫度傳感器接線原理如圖4所示。

④硬件整體電路設(shè)計(jì)

硬件整體電路原理如圖5所示。

圖3 水位計(jì)光電開關(guān)替代元件及電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用C語言編譯，以偉福仿真器V8/L為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能：

①根據(jù)空氣相對(duì)濕度值自動(dòng)控制加濕器的開關(guān)狀態(tài)；

②實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位高低，當(dāng)水位低于預(yù)設(shè)值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)斷電，并發(fā)出警報(bào)；

圖4 DS18B20溫度傳感器接線原理圖

圖5 硬件整體電路原理圖

圖6 系統(tǒng)軟件流程

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計(jì)如圖6所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)在Keil4與Proteus8.5聯(lián)調(diào)的仿真環(huán)境下開發(fā)，程序的編寫主要是利用Keil4來進(jìn)行編譯，在用Proteus8.5來進(jìn)行仿真調(diào)試，對(duì)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行修改。并最終將程序代碼燒錄單片機(jī)進(jìn)行完整的測(cè)試。

為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)效果，分別在大小不同的三個(gè)房間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，均能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地顯示室內(nèi)溫濕度，并根據(jù)預(yù)設(shè)值控制加濕器的開啟和關(guān)閉，根據(jù)水位開關(guān)的不同狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警和處理，避免了干燒現(xiàn)象，加濕效果較好。

5 結(jié)束語

筆者在對(duì)傳統(tǒng)加濕器進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種以AT89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器為核心的簡易智能化空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)對(duì)溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內(nèi)空氣干濕溫度信息和加濕器內(nèi)的水位信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關(guān)、空氣加濕、防干燒、聲光報(bào)警等控制功能。測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，控制加濕器智能化工作，性價(jià)比高，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯 卞建寧）

TheDesignofSimplified IntelligentHum idifierBased on AT89C51

LIU Fengnian
(Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia 472000,China)

In order to solve the defect of air humidifier in intelligence,safety and com fort,this paper devises a simple intelligent humidification system w ith MCU of AT89C51 and temperature sensor of DS18B20 as its core.The system realizes the functions of air humidifier such as temperature and humidity display,intelligent sw itch,air hum idification,anti-dry burning, sound and light alarm by processing the water level information in hum idifier and room hum idity information by temperature sensor and water level sensor w ith MCU of AT89C51.After testing and experiments,the system can measure environment humidity and temperature timely and accurately and according to the system preset value,it w ill control the intelligent work of air humidifier.It has high cost performance and practical value.

Intelligent Humidifier;AT89C51 M icroprocessor;DS18B20 Temperature

TM 925

B

1671-9123（2016）04-0139-04

2016－10－26

劉豐年(1982-)，男，河南三門峽人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處工作。