基于STM32的智能除濕系統(tǒng)設(shè)計

上海海事大學(xué) 王 妍

0.引言

除濕機（Dehumidifier）是近年來興起的家電產(chǎn)品，用于改善室內(nèi)空氣的濕度，為人們提供舒適的呼吸和生活環(huán)境，保障用戶的身體健康。然而，盡管除濕機已經(jīng)存在了幾十年，其市場依舊不夠廣泛，主要原因在于：消費群體上，對產(chǎn)品需求不復(fù)雜，但對價格的敏感度較高；品牌格局上，除濕器行業(yè)中還沒有真正形成規(guī)模的品牌和企業(yè)；技術(shù)層面上，大部分除濕機技術(shù)門檻不高，供應(yīng)廠家為數(shù)眾多，但市場有限。因此，除濕機在技術(shù)上的改進和升級，是改變消費群體消費觀念、促進企業(yè)品牌特色形成的重要前提。

為了解決上述問題，本文設(shè)計了一種基于STM32的多功能除濕系統(tǒng)。該系統(tǒng)與自動控制和通信控制相結(jié)合，當(dāng)距離較短時，用戶可以采用紅外遙控；當(dāng)距離較長時如在戶外，可以采用手機短信內(nèi)容識別的方式去控制系統(tǒng)。由此，使得人們的生活更加便捷和智能化。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

本系統(tǒng)的核心是以STM32F407ZGT6為主控芯片，分別設(shè)計主機和從機兩個控制器。主機與從機相比，多了SIM800C短信控制模塊，主機可以隨時顯示從機的數(shù)據(jù)，也可以通過發(fā)短信直接控制主從機外設(shè)的開閉。另外，采用紅外調(diào)節(jié)濕度可以方便用戶近距離控制除濕的效果，采用SIM800C可以讓用戶遠程（一般指不在家時）控制外設(shè)的開關(guān)。MCU可以根據(jù)采集的溫濕度與設(shè)定值對比，計算差值，做出對應(yīng)的控制要求，同時把當(dāng)前信息實時顯示，方便用戶觀察。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.2.1 MCU主控模塊

STM32F407ZGT6作為MCU，該芯片的配置非常強大，它擁有的資源包括：集成FPU和DSP指令，并具有12個16位定時器、2個DMA控制器、3個SPI、6個串口以及112個通用IO口等。很多功能較STM32F1有了重大改進，比如FSMC速度，F(xiàn)4刷屏速度可達3300W像素/秒，而F1僅500W左右。

1.2.2 DHT11溫濕度模塊

DHT11是一款濕溫度一體化的數(shù)字傳感器。該傳感器包括一個電阻式測濕元件以及一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，實時的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機之間采用簡單的單總線進行通信，僅需要一個I/O口。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù)40Bit的數(shù)據(jù)一次性傳給單片機，并進行校驗，有效地保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。DHT11功耗很低，5V電源電壓下，工作平均最大電流 0.5mA。

1.2.3 NRF24L01無線傳輸設(shè)計模塊

NRF24L01無線模塊，采用的芯片是NRF24L01。該芯片通過SPI與外部MCU通信，使用2.4G全球開放的ISM頻段，有125個可選的頻道，最大的SPI速度可以達到10Mhz。模塊VCC腳的電壓范圍為1.9～3.6。除了VCC和GND腳，其他引腳都可以和5V單片機的IO口直連，正是因為有兼容性，其使用上具有很大優(yōu)勢。

1.2.4 SIM800C短信控制模塊

SIM800C是一款四頻GSM/GPRS模塊，為城堡孔封裝。其工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。尺寸為17.6*15.7*2.3mm，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計需求。SIM800C性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價比高，能滿足用戶的多種需求。

1.2.5 TFTLCD彩屏顯示模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。本設(shè)計采用2.8 寸TFTLCD模塊，該模塊支持65K色顯示，顯示分辨率為320×240，接口為16位的80并口，自帶觸摸屏。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。

1.2.6 電磁繼電器模塊

電磁式繼電器是一種電子控制器件，一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。其原理是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

1.3.1 驅(qū)動程序

在程序中，為每個外設(shè)分配不同的IO地址，根據(jù)外設(shè)的運行時序，合理的編寫出驅(qū)動，方便后續(xù)應(yīng)用程序的運行。如TFTLCD顯示驅(qū)動、DHT11溫濕度傳感器驅(qū)動、紅外遙控驅(qū)動、NRF24L01無線通信驅(qū)動。

1.3.2 應(yīng)用程序

主要設(shè)計了初始化和三個UI（user interface）。初始化部分是將所有的外設(shè)進行初始化工作。系統(tǒng)UI主要是在LCD上顯示不同的提示語，方便信息的讀取，增加美觀性。主機顯示UI主要將溫濕度信號和濕度設(shè)定值實時的顯示在屏幕上，使用戶能夠?qū)崟r讀取當(dāng)前的溫濕度值，并根據(jù)需求更改設(shè)定值。從機顯示UI，這部分是方便用戶隨時讀取不同位置（例如，主機安裝在客廳，而從機安裝在臥室）的從機的數(shù)據(jù)，更有實際應(yīng)用價值。

1.3.3 UCOSII移植

此部分主要有7個任務(wù)。LED任務(wù)（每0.5秒閃爍一次）是提示用戶應(yīng)用程序在運行。RTC任務(wù)可以作為時鐘，顯示當(dāng)前的時間和日期。SIM800C任務(wù)功能是每隔10秒讀取一次短信值，通過判斷短信的內(nèi)容，來執(zhí)行相應(yīng)的操作，當(dāng)執(zhí)行關(guān)閉外設(shè)后，不再根據(jù)實際濕度和設(shè)定濕度判斷，只有在重新發(fā)短信開啟后才進行除濕判斷。溫濕度任務(wù)是進行DHT11溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集，讀取外界溫濕度值。按鍵任務(wù)是讀取紅外遙控的按鍵值，傳給主任務(wù)。主任務(wù)的功能是將得到的按鍵信號進行處理，實現(xiàn)不同的需求。

1.4 功能簡述

1.4.1 獲知信息；

1.4.2 自動檢測；

1.4.3 智能遙控。

2.結(jié)束語

本系統(tǒng)是基于STM32的多功能除濕系統(tǒng)，意在幫助氣候潮濕地區(qū)的人們，以更加多樣和智能化的方式解決除濕問題。本系統(tǒng)運用了一些專業(yè)知識，設(shè)計過程略微復(fù)雜，而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)操作還是比較容易理解。由于是應(yīng)用型設(shè)計，注重實踐，后續(xù)可做成實物裝置來驗證設(shè)計，從而進一步改進和完善。

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