基于單片機的風扇溫濕度控制系統(tǒng)

西安石油大學電子工程學院 羅雪儀 王 龍 孔祥哲 程 龍 楊 超

1 緒論

溫度、濕度已經(jīng)成為人類生活中重要的環(huán)境因素。隨著地球環(huán)境的惡化，人們的生活環(huán)境也面臨更大的危機。

在辦公環(huán)境中，有變頻空調(diào)；在農(nóng)場中，有水泵；在車間中有換氣扇。不同的地點有不同的環(huán)境要求，在我們的設想中，能夠根據(jù)不同的要求改變環(huán)境中某種因素，人們的生活質(zhì)量將得到很大的提升。

首先我們要對環(huán)境進行檢測，利用DHT11對環(huán)境的溫度、濕度進行檢測。對52單片機進行編程控制后，安裝按鍵和1602顯示屏，即可以在1602上顯示現(xiàn)在的溫濕度和對應的溫濕度上下限值，而且可以通過按鍵對限值進行調(diào)整。最后放大電路后設置4個繼電器，觸發(fā)限值報警時，對應的限值對應不同的繼電器，報警而且模擬不同效果。

2 系統(tǒng)總體方案設計

2.1 系統(tǒng)工作原理

設計溫濕度傳感器DHT11，對環(huán)境中的溫度、濕度因素進行實時檢測，通過單片機的控制，實現(xiàn)限值報警，安裝按鍵可以調(diào)節(jié)上下限值的具體數(shù)值，而且在1602上分行顯示。溫濕度上下限值共有4個，對應4個繼電器，不同限值觸發(fā)不同繼電器，繼電器吸合，電路導通，實現(xiàn)模擬不同效果的功能。

2.2 設計思路

以單片機最小系統(tǒng)為核心，加上傳感器與輸出端，形成一個控制系統(tǒng)。

主要模塊：單片機最小系統(tǒng)、傳感器模塊（dht11）、顯示模塊（1602）、按鍵及報警模塊（按鍵和蜂鳴器）、模擬效果模塊（放大電路和繼電器）。

根據(jù)原理圖，設計最小系統(tǒng)、傳感器和1602，檢測溫濕度信號經(jīng)過單片機信號處理，傳輸?shù)?602，并行顯示實時溫濕度和溫濕度限值，超過限值報警，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2.3 硬件設計

主要由4個大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、傳感器模塊、LCD液晶顯示模塊及報警模塊。主控模塊為STC89C52芯片及其最小系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)中起到控制核心的作用，所有元器件在控制核心的存在下變得靈活起來。傳感器模塊使用DHT11，利用排座直插在PCB上；報警模塊使用三極管和蜂鳴器，超過限值會進行報警；LCD使用1602，顯示兩行：實時溫濕度和設置的限值。

2．3．1 單片機系統(tǒng)設計

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52具有以下標準功能： 256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個2級中斷結(jié)構(gòu)。在使用Altium Designer時，設計PCB，以單片機作為核心，在其附近安插其他器件：復位電路、晶振電路、按鍵電路和電源電路。在單片機最小系統(tǒng)設計完成之后，只需要設計其他的輸入輸出模塊就能完成整個系統(tǒng)的設計。

2．3．2 傳感器輸入設計

DHT11是一種溫濕度傳感器

測量范圍20% ～90%RH，0℃ ～50℃。測溫精度為-+2℃，測濕精度為-+5%RH。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件應用電路如圖2所示，電路原理圖如圖3所示。

圖2 DHT11 典型應用電路

圖3 DHT11 電路原理圖

2．3．3 顯示器選型

在日常生活中，顯示方式有很多，其中有LED顯示（流水燈）；數(shù)碼管顯示；點陣顯示。

對比各種顯示方式，LED不能顯示數(shù)字，

數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字母有限，點陣顯示需要驅(qū)動，還需要設計驅(qū)動的安裝。相比于這些現(xiàn)實方式，1602屬于集成模塊，而且能夠顯示：數(shù)字、字母、符號、文字。有更加全面的功能，總共16個引腳，直插在PCB上，相對于來說能達到效果而且不那么復雜，因此選用1602顯示屏。

2．3．4 報警模塊設計

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。采用直流電壓供電，可以連接單片機，單片機是直流5V供電。設計電阻和三極管9012，一端接GND，一端接VCC。原理圖如圖4所示。

圖4 蜂鳴器電路原理圖

2．3．5 繼電器設計

繼電器選擇6引腳的RELAY-SPDT，單刀雙擲開關(guān)。4、5腳是繼電器線圈，沒有正負極之分的，一個腳接三極管，另外一下腳接地。1—2是常閉，1—3是常開。圖下面有兩個1腳，是公共端，繼電器內(nèi)部是接在一起的。封裝圖如圖5所示，引腳圖如圖6所示。

圖5 繼電器封裝圖

圖6 繼電器引腳圖

繼電器相當與一個開關(guān)，是否吸合來控制電力路開路或者通路。在經(jīng)過9012三極管對電流的放大之后，如果超過報警限值就會吸合，四個繼電器分別模擬4個功能：去濕、加濕、降溫、升溫等功能。每個繼電器后面加了一個接口，能夠分別加入其他5V用電器。其中第三個繼電器有降溫功能，當溫度超過溫度上限之后，風扇開始轉(zhuǎn)動。升溫功能，可以連接升溫棒，在停止風扇的同時，開啟升溫棒，實現(xiàn)簡單的升溫控制器。

2.4 硬件設計

主程序首先要對整個系統(tǒng)進行初始化，然后將采集到的溫濕度指令傳給系統(tǒng)，然后采集溫濕度信號，傳送給單片機，進行判斷，根據(jù)控制方法，使不同的情況連通不同的繼電器，接通不同的繼電器，模擬不同的情況。主程序設計圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

表1 測量電壓表

3 調(diào)試與測試

分別把每個模塊的電路和總體電路設計出來，使用Altium Designer軟件做出PCB板，把每個元器件焊接好，使用萬用表和測試電機進行測試。按照原理，經(jīng)過三極管的放大之后，繼電器吸合，從而使外接風扇轉(zhuǎn)動?？偣?個繼電器，分別模擬去濕、增濕、降溫、升溫等過程。結(jié)論：系統(tǒng)能顧通過按鍵調(diào)節(jié)溫濕度的上限限值，并且能夠檢測信號，發(fā)生報警。繼電器成功運作，能夠成功模擬四種不同的風扇效果。如表1所示。

4 結(jié)語

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，人工智能與人們生活之間的距離越來越近，智能風扇只是一個課題，讓我們在這段時間內(nèi)學習單片機最小系統(tǒng)加上傳感器與輸出端形成的一個小型模擬系，讓我們在學習的過程中體會到科技的力量，根據(jù)不同的環(huán)境模擬出不同的效果，相信在未來，風扇或者其他用電器能夠更加智能化！

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