基于GSM的無線智能加濕器控制系統(tǒng)設(shè)計*

王銘杰，呂春曉

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801)

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基于GSM的無線智能加濕器控制系統(tǒng)設(shè)計*

王銘杰，呂春曉

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801)

摘要：針對家用加濕器只能近距離手動控制以及不能自動控制濕度的問題，設(shè)計了一種基于GSM的無線智能加濕器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，通過GSM模塊獲取機(jī)主是否開啟智能控制的指令，在智能控制下可根據(jù)溫濕度傳感器獲得的濕度來決定打開或關(guān)閉加濕器。經(jīng)試驗，該系統(tǒng)可以立即執(zhí)行機(jī)主發(fā)出的短信指令，并最終將室內(nèi)濕度保持在設(shè)定的濕度范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；GSM；溫濕度傳感器；智能控制

室內(nèi)空氣質(zhì)量正受到人們越來越多的關(guān)注，而濕度是影響空氣質(zhì)量的一個重要因素。研究表明，當(dāng)相對濕度處于45%RH～65%RH之間的時候，人們會感覺很舒適[1]，并且細(xì)菌、病毒在空氣中的存活率相對較低[2]。如果相對濕度很低，人體上呼吸道的水分就極易散失，使人的喉嚨及鼻腔感到不適，甚至引起呼吸道疾病。而如果相對濕度很高，則會使人感到胸悶、抑郁，并且不利于關(guān)節(jié)炎患者的康復(fù)。目前市場上已有各式各樣的加濕器，但都需要人工進(jìn)行直接控制，不能根據(jù)空氣相對濕度的高低來自行決定是否開啟加濕。本文所設(shè)計的系統(tǒng)可以自動檢測空氣濕度并判斷是否啟動加濕，另外，它還可以接收遠(yuǎn)程控制，使人們能夠在到家之前遠(yuǎn)程開啟智能加濕，這樣當(dāng)人們回到家時室內(nèi)濕度便可達(dá)到最佳，同時節(jié)約了能源。

1系統(tǒng)設(shè)計方案

智能加濕器控制系統(tǒng)主要由STC89C516RD+單片機(jī)、SHT10溫濕度傳感器模塊、鍵盤模塊、LCD顯示模塊、SIM900A模塊及繼電器組成，系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計方案

在該系統(tǒng)中，由SHT10測量室內(nèi)的相對濕度，并將濕度值送單片機(jī)進(jìn)行分析處理。單片機(jī)在收到濕度值后，首先將濕度值送入LCD顯示模塊，使其顯示當(dāng)前室內(nèi)的濕度，然后接收SIM900A模塊的信息以決定是否開啟智能控制。如果收到的短信中要求開啟智能控制，單片機(jī)就會判斷當(dāng)前濕度值是否處于設(shè)定的濕度范圍內(nèi)，低于或等于允許的最小值，如小于或等于45%RH，則使繼電器導(dǎo)通，處于設(shè)定范圍之內(nèi)，如在45%RH～65%RH之間，則不改變繼電器狀態(tài)，高于或等于允許的最大值，如大于或等于65%RH，則使繼電器斷開。由于只有繼電器導(dǎo)通時，加濕裝置才可工作，否則，不工作，所以可自動使室內(nèi)濕度處于最佳范圍內(nèi)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1單片機(jī)STC89C516RD+

STC89C516RD+是整個控制系統(tǒng)的核心。它有32個I/O口，可實現(xiàn)對各個模塊的管理及數(shù)據(jù)傳輸，其中P3.0和P3.1是兩個UART口，該口在系統(tǒng)中與SIM900A模塊相連，以便獲取短信控制指令，進(jìn)而通過對短信指令的分析做出相應(yīng)的操作。圖2為系統(tǒng)控制主電路。

2.2溫濕度傳感器模塊SHT10

SHT10由Sensirion公司設(shè)計[3]。SHT10的溫度測量精度為±0.5 ℃，重復(fù)性為±0.1 ℃，工作范圍為-40 ℃～123.8 ℃，漂移小于0.04 ℃/yr。SHT10的相對濕度測量精度為±4.5%RH，重復(fù)性為±0.1%RH，測量范圍為0～100%RH，漂移小于0.5%RH/yr。其中相對濕度測量精度是在溫度等于25 ℃，相對濕度處于20%～80%RH之間時測得的，而室溫一般不會剛好等于25 ℃，因此為防止精度降低需在軟件中進(jìn)行濕度補(bǔ)償。

圖2中SHT10的DATA引腳與P2.3連接，SCK引腳與P2.2連接，其中DATA與P2.3之間傳輸測量命令或數(shù)據(jù)信號，SCK與P2.2之間傳輸同步時鐘信號。

2.3SIM900A模塊

SIM900A模塊由SIMCOM公司生產(chǎn)[4]。它可工作在兩個頻段[5]，睡眠模式下功耗僅4 mW，是一種使用方便、性價比高的模塊。

SIM900A模塊上電后，按下與PWRKEY相連的開關(guān)KEY5并保持1秒以上便可使其開機(jī)，關(guān)機(jī)時按下KEY5并保持1秒以上即可。TXD和RXD通過電平轉(zhuǎn)換電路分別與單片機(jī)的P3.0和P3.1相連。P30～P34與SIM卡接口相連，以實現(xiàn)二者的通信。NETLIGHT指示燈受P52輸出電平的控制，可根據(jù)其閃爍情況獲知當(dāng)前SIM900A模塊是否關(guān)機(jī)或是否成功注冊到網(wǎng)絡(luò)。

2.4LCD顯示模塊

LCD顯示模塊選用繪晶公司的HJ1602A。HJ1602A內(nèi)含專用控制器和存儲器，能夠顯示200個不同的字符，其中有8個可以自行定義。HJ1602A與STC89C516RD+的連接簡單可靠，連接方式如圖2。

圖2　系統(tǒng)控制主電路

2.5鍵盤模塊

鍵盤模塊包括模式、選擇、減少和增加4個按鍵。按一下模式鍵，系統(tǒng)會由監(jiān)測界面轉(zhuǎn)為調(diào)節(jié)濕度閾值界面，再按一下則返回監(jiān)測界面。選擇鍵用來切換操作對象，即在調(diào)節(jié)濕度閾值界面中選擇是對上限值進(jìn)行操作還是對下限值進(jìn)行操作。增加鍵用來增加濕度的閾值，減少鍵與之相反。模式鍵與單片機(jī)P3.2相連，以產(chǎn)生中斷。

2.6繼電器

由于STC89C516RD+不能直接提供足夠的功率使加濕裝置正常工作，因此必須通過繼電器才能實現(xiàn)對加濕裝置的控制。當(dāng)STC89C516RD+的P1.0輸出低電平時繼電器吸合，加濕指示燈點亮，加濕器被開啟，反之指示燈熄滅，加濕停止。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序包括溫濕度程序、LCD顯示程序、鍵盤程序、SIM900A程序和主程序。圖3為主程序流程。

初始化后，調(diào)用溫濕度程序以獲取當(dāng)前室內(nèi)的溫度和相對濕度，執(zhí)行LCD顯示程序，將當(dāng)前溫濕度數(shù)值予以顯示。初始化時相對濕度的上限值設(shè)為65%RH，下限值設(shè)為45%RH，如果需要修改濕度閾值，可以按鍵盤的模式鍵，通過執(zhí)行鍵盤程序來進(jìn)行操作。是否允許開啟智能加濕決定于加濕標(biāo)志AddHum的狀態(tài)，初始化時AddHum=1。若允許開啟智能加濕即AddHum=1，則開始判斷當(dāng)前的相對濕度是否大于允許的最小相對濕度。不大于則使繼電器吸合以打開加濕裝置進(jìn)行加濕，這樣當(dāng)加濕裝置第二次自動打開時相對濕度才不會小于允許的最小值。大于則需判斷當(dāng)前相對濕度是否小于允許的最大相對濕度，若小于則不對加濕裝置進(jìn)行操作，否則，關(guān)閉加濕裝置。

圖3　主程序流程

3.1溫濕度程序

測濕度時先啟動傳輸，然后向SHT10發(fā)送測量濕度命令并檢查是否被正常接收，之后等待測量完成，最后讀測得的濕度數(shù)據(jù)并在之后送確認(rèn)信號。測溫度與測濕度的區(qū)別僅在于向SHT10所發(fā)送的命令不同，測濕度命令為0x05，測溫度命令0x03，其余程序完全相同。在獲得溫濕度數(shù)據(jù)后需應(yīng)用SHT10技術(shù)手冊提供的相應(yīng)公式算出溫度值并對濕度進(jìn)行非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。

3.2LCD顯示程序

先對HJ1602A進(jìn)行初始化以設(shè)置其顯示方式，然后判斷SetMode的狀態(tài)，若SetMode=0，則輸出固定字符串“Temperature:”和“Humidity:”，之后輸出溫度值和濕度值。若SetMode=1，則輸出固定字符串“l(fā)ower limit:”和“upper limit:”，之后輸出濕度上限數(shù)值及下限數(shù)值。另外，在輸出字符時，需先給定字符的顯示位置再給出字符內(nèi)容。

3.3鍵盤程序

鍵盤程序包括中斷程序和設(shè)置程序兩部分。中斷程序的作用是修改設(shè)置標(biāo)志SetMode的狀態(tài)，每按一下設(shè)置鍵SetMode的值就變動一下，由1變?yōu)?或由0變?yōu)?。當(dāng)SetMode=0時不執(zhí)行設(shè)置程序，而當(dāng)SetMode=1時才會執(zhí)行設(shè)置程序，初始化時SetMode=0。設(shè)置程序的作用是修改相對濕度的閾值，默認(rèn)先對上限值進(jìn)行修改，每按一下增加鍵上限值加1%RH，每按一下減少鍵上限值減1%RH。按一下選擇鍵則開始對下限值的修改。

3.4SIM900A程序

SIM900A程序的作用是修改智能加濕標(biāo)志的狀態(tài)。在SIM900A程序中，先發(fā)送AT+CMGR=1指令讀取最新的短信，然后使用strstr()函數(shù)來確定短信內(nèi)容是否含ON，若含ON則使加濕標(biāo)志AddHum=1，不含則判斷是否含OFF，如果含OFF則使加濕標(biāo)志AddHum=0，否則，AddHum的值不變，最后發(fā)送AT+CMGD=1，4將短信刪除并清除SIM900A直接返回的所有數(shù)據(jù)以利于對之后的短信進(jìn)行判斷。

4結(jié)論

本文所設(shè)計的系統(tǒng)不僅可以對加濕器進(jìn)行智能控制，也可以接收遠(yuǎn)程控制信息從而使人們可以對家用加濕器實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制，與此同時也讓加濕器的使用變得更加人性化。本系統(tǒng)并不局限于對家用加濕器的控制，也可經(jīng)擴(kuò)展對其它電子設(shè)備進(jìn)行控制，為實現(xiàn)人們隨時隨地控制家用電器的愿望提供了基礎(chǔ)，另外，本系統(tǒng)對其它遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的搭建也具有參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]侯國艷，冀志江，王靜，等.室內(nèi)濕度對生活質(zhì)量的影響[J].中國建材科技,2006,15(3):74-76.

[2]Arundel A V,Sterling E M,Biggin J H,et al.Indirect Health Effects of Relative Humidity in Indoor Environments[J].Environmental Health Perspectives,1986,65(1):351-361.

[3]吳國宏.新型溫濕度傳感器SHT10的原理及應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2009(4):52-54.

[4]翟順，王衛(wèi)紅，張衎，等.基于SIM900A的物聯(lián)網(wǎng)短信報警系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(5):86-89.

[5]荊世勇，周景龍，劉明鑫，等.基于SIM900A和LPC2378無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技,2012,25(11):67.

Wireless Intelligent Control System Design for Humidifier Based on GSM

Wang Mingjie, Lv Chunxiao

(CollegeofInformationScienceandEngineering,ShanxiAgriculturalUniversity,TaiguShanxi030801,China)

Abstract:For the problem that the household humidifiers can only be controlled manually but not automatically, a design of wireless intelligent control system based on GSM is presented in view of above problem. The system, which takes microcontroller as core, can receive instructions on whether or not to turn on the intelligent control through the GSM module. The system can obtain humidity from temperature and humidity sensors to determine the humidifier turning on or off under intelligent control. After testing, the system can execute SMS commands sent by owner, and eventually the indoor humidity is maintained within the set range of humidity.

Key words:microcontroller; GSM; temperature and humidity sensor; intelligent control

收稿日期：2016-03-20

基金項目：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金(20142-18)

作者簡介：王銘杰(1986- )，男，山西長治人，助教，碩士，主要從事電子信息科學(xué)與技術(shù)方面的研究。

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0030- 03

中圖分類號：TM925.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A