智能溫濕度控制器

劉曉樂(lè)++蔡劉根++李光宇

摘 要：本設(shè)計(jì)主要研究的是以STM32單片機(jī)為控制核心，它通過(guò)對(duì)空間狀態(tài)中的溫度，濕度及時(shí)的檢測(cè)通過(guò)DS18B20以及DHT11傳感器采集數(shù)據(jù)反饋到單片機(jī)系統(tǒng)中，采用PID算法處理，由程序指令通繼電器直接操控外部硬件及時(shí)有效的控制周圍環(huán)境的狀態(tài)，使其維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；DS18B20；DHT11；繼電器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.134

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，溫濕度控制幾乎被應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科研和日常生活的一切領(lǐng)域，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來(lái)溫濕度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，設(shè)計(jì)一個(gè)高精度，高品質(zhì)的智能溫濕度控制器與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫濕度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。

本設(shè)計(jì)基于電力系統(tǒng)對(duì)供配電設(shè)備環(huán)境的溫度、濕度是影響設(shè)備運(yùn)行的重要因素。溫度過(guò)高會(huì)加速儀器設(shè)備元件老化，縮短其使用壽命，甚至直接導(dǎo)致設(shè)備損壞，低溫，潮濕可能會(huì)導(dǎo)致爬電、閃絡(luò)等事故。由此為了減少甚至避免該類事件的發(fā)生，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)具有更高效，更精準(zhǔn)的智能溫濕度控制系統(tǒng)。

2 基于智能溫濕度控制器的總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)以STM32單片機(jī)為主控芯片，利用DS18B20、DHT11等傳感器采集周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，同時(shí)充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，如LCD、PWM、AD、定時(shí)器、外部中斷、串口等功能，通過(guò)繼電器模塊有效的將外部硬件連接，并設(shè)計(jì)采用了PID算法為核心算法，根據(jù)PID算法的良好的穩(wěn)定性，能夠在一定的時(shí)間內(nèi)將周圍環(huán)境的溫濕度控制在較為理想的狀態(tài)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的根本目的。

3 硬件設(shè)計(jì)模塊

本設(shè)計(jì)以STM32為主控制器，外部硬件分為電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器模塊以及外部硬件模塊作為設(shè)計(jì)的核心控件。

3.1 電源模塊

在單片機(jī)供電方面，我們采用12V外接電源供電，以保證單片機(jī)正常工作，在外部硬件供電方面由于所需電壓即電流值較高，難以滿足要求，所以采用了開關(guān)電源NES-100-24，對(duì)經(jīng)過(guò)繼電器到達(dá)的電壓電流給予適當(dāng)?shù)姆糯?，以滿足外部硬件的需求。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

（1）DS18B20是常用的溫度傳感器，作具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。以下是設(shè)計(jì)的硬件圖。

（2）DHT11傳感器，用DHT11作為濕度數(shù)據(jù)采集，將其連接在單片機(jī)合適IO口，在程序的控制下進(jìn)行周圍環(huán)境濕度的讀取，并在LCD上顯示，同時(shí)其具有良好的靈敏特性、防水性、穩(wěn)定性、高精度、低漂移。

3.3 繼電器模塊

本設(shè)計(jì)中繼電器作為連接單片機(jī)與外部硬件，通過(guò)單片機(jī)給高低電平選擇開關(guān)打開還是閉合，將電流直接傳導(dǎo)到加濕器，小風(fēng)扇，加熱棒等外部硬件，從而在不需人為從操作下實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境溫濕度的精準(zhǔn)控制。

3.4 外部硬件模塊

在外部硬件方面，為了能夠較好地模擬真實(shí)環(huán)境，我們采用了亞克力板制作形成一個(gè)簡(jiǎn)單的溫室小屋，并在小屋內(nèi)放置加濕器，加熱棒，小風(fēng)扇等硬件，并在亞克力板的一側(cè)留有缺口放置風(fēng)扇并制作成能夠垂直開啟的窗戶，在這樣一個(gè)封閉的體系中就能夠較好地模擬實(shí)際環(huán)境。

4 軟件代碼調(diào)試

系統(tǒng)開始工作，首先初始化IIC、UART串口、外部中斷，進(jìn)入主程序，我們先對(duì)DS18B20，DHT11進(jìn)行初始化，并將傳感器讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送到LCD上，同時(shí)通過(guò)程序設(shè)計(jì)我們可以根據(jù)實(shí)際需要修改溫濕度值的上下限。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用PID算法對(duì)溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，可以讓用戶及時(shí)有效的了解周圍環(huán)境的狀況，并根據(jù)實(shí)際需求對(duì)環(huán)境進(jìn)行操控，可以運(yùn)用在許多領(lǐng)域，比如溫濕度大棚，讓農(nóng)主及時(shí)了解大棚的實(shí)際情況，讓農(nóng)作物處在一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：智能溫濕度控制器（編號(hào)：2016103791

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作者簡(jiǎn)介：劉曉樂(lè)（1995-），男，安徽泗縣人，學(xué)生，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制。