单片机的家用加湿器控制装置研究与设计开发.docx

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单片机的家用加湿器控制装置研究与设计开发

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电气工程学院教研室：

学号

学生姓名

专业班级

设计题目

家庭用加湿器控制装置设计

课程设计（论文）任务

课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数

实现功能

以家用加湿器为对象，设计一个家庭用加湿器控制系统

选用AT89C52单片机作控制器，选择湿度传感器、A/D转换电路、加湿控制电路和信号指示电路一起构成湿度检测与控制系统；检测对象：

1路湿度，功能要求如下：

当环境湿度值低于湿度下限时，开加湿器进行加湿处理，同时指示灯亮；反之当湿度高于湿度上限时，关闭加湿器，指示灯熄灭。

设计任务及要求

1、分析系统功能，确定系统硬件组成；

2、设计系统的硬件电路图；

3、完成软件流程图设计,编写相应的软件；

4、上机调试、完善程序；

5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上；

技术参数

湿度检测范围是30%┈+100%；检测精度为±3℅

工作计划

1、布置任务，查阅收集资料。

（1天）

2、分析系统的控制功能，确定总体设计方案（1天）。

3、系统硬件设计（3天）

4、按系统的控制要求，设计软件流程图及软件。

（2天）

5、上机调试、修改程序（1天）

6、撰写、打印设计说明书（1天）

7、答辩（1天）

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量：

答辩：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算

摘要

温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。

并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。

本系统是基于AT89C52单片机为核心，集传感器、数据采集、处理、报警于一体的家用智能型湿度控制器。

湿度传感器采用HIH3610湿度传感器，它测量范围大，灵敏度高。

当湿度值小于设定值，单片机控制继电器驱动加湿器工作，对空气加湿。

当湿度值大于等于设定值时停止加湿。

为确保系统的可靠性当湿度高于某一最大值时，加湿器仍在工作，驱动蜂鸣器进行报警。

成本低廉，性能可靠，精度较高，工作稳定。

关键词：

AT89C52；湿度传感器；单片机；

第1章绪论1

第2章方案论证2

2.1总体方案设计2

2.2湿度传感器的选择2

2.2.1HIH36102

2.2.2HS11013

2.2.3DHT113

第3章硬件电路设计4

3.1单片机的选择4

3.2单片机复位电路的设计5

3.2单片机时钟电路的设计5

3.3单片机最小系统电路的设计6

3.4湿度检测传感器6

3.5A/D转换电路的设计7

3.6继电器控制电路的设计7

3.7电源电路的设计8

3.8显示电路的设计8

3.9报警电路设计9

3.10加湿器控制装置总体结构图10

第4章软件电路设计11

4.1程序流程图11

4.2程序设计12

第5章课程设计总结17

参考文献18

第1章绪论

随着人类科技的发展，人们对生活环境的要求也不断地提高。

据有关研究人员研究发现，人体健康湿度：

45－70％,在适宜湿度范围内：

人体生理、思维皆处于良好状态，工作、休息都有较好效果。

健康的湿度既可抑制病菌的滋生和传播，还可提高免疫力。

人们所处环境的湿度对人类的智力、情绪、身体都有着至关重要的关系，不宜过低。

因此，加湿器应运而生，并很快走进了人们的家居环境之中，得到了人们的认可。

加湿器的作用：

1：

增加空气的湿度

随着人们生活水平提高，空调广泛使用，导致皮肤紧绷、口舌干燥、咳嗽感冒等空调病的滋生。

本产品在雾化过程中，释放大量负氧离子，能有效增加室内湿度，滋润干燥空气，并与空气中漂浮的烟雾、粉尘结合使其沉淀，能有效除去油漆味、霉味、烟味及臭味，使空气更加清新，保障您和家人的健康。

2.滋润肌肤，养颜美容

炎热的夏季和异常干燥的冬季，导致人的皮肤水份过度流失，加速生命的衰老，湿润的空气才能保持生机盎然，本产品创造有雾的氧吧，滋润肌肤，促进面部细胞血液循环和新陈代谢，舒缓神经紧张、消除疲劳，使你容光焕发。

3：

添加辅助剂，香薰理疗

水中添加植物精油或药液等，随水雾散发，满室生香，使身体更易吸收，有治病养神，保健理疗效果，尤其对于皮肤过敏、失眠、感冒、咳嗽、哮喘具有极佳的辅助效果，是传统香薰产品的最佳换代选择

4.时尚摆设，美观实用

可爱时尚卡通造型，飘浮的云雾如梦如幻，如浪漫如仙境，足以让人产生不一般的创造灵感。

缺水自动保护，雾量可任意调节，湿度自动平衡。

独有的无噪音电路，使你的机器更加省电、安静、节能环保。

同时另一个不可避免的问题出现了，加湿器需要人工控制，有时自己不清楚室内的湿度怎样不知道是否应该开启，即使安装了湿度计，也存在长时间工作忘记关闭的困扰。

这就提出了智能型家用加湿控制器的概念。

该控制器集采集，处理，显示，控制于一体。

实现了对空气湿度的实时监测实时控制的要求。

可以满足大众的要求。

第2章方案论证

2.1总体方案设计

本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，此设计以AT89C52基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、湿度检测、报警电路、系统软件等部分的设计。

系统总体方框图如图2.1。

图2.1系统总体结构框

本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的：

（1）信号采集由HIH-3610组成；

（2）信号分析由A/D转换器ADC0804芯片、单片机AT89C52基本系统组成；

（3）信号显示由一个LED灯与一个电阻组成。

2.2湿度传感器的选择

常用的湿度传感器有相对湿度传感器HIH-3610、线性电压输出湿度传感器HS1101、数字温湿度传感器DHT11等等。

2.2.1HIH3610

HIH-3610是美国Honeywell公司生产的相对湿度传感器，该传感器采用热固聚酯电容式传感头，同时在内部集成了信号处理功能电路。

主要特性：

（1）热固性聚合物电容湿度传感器，带集成信号处理电路

（2）3针可焊塑封（3）宽量程：

0~100%RH非凝结，宽工作温度范围–40~85℃（4）高精度：

±2%RH，极好的线形输出（5）5VDC恒压供电，0.8-3.9VDC放大线形电压输出（6）低功耗设计200μA驱动电流（7）激光修正互换性（8）5秒快速响应（9）稳定性好,低温飘,抗化学腐蚀性能

2.2.2HS1101

线性电压输出湿度传感器用HS1101做成的线性电压输出湿度传感器电压输出湿度模块，高可靠性与长时间稳定性，温度依赖性非常低

主要特性：

HS1101采用专利电容HS1101LF设计制造，带防护棒式封装；5VDC恒压供电，1-4VDC放大线形电压输出，便于客户使用；宽量程：

0~100%RH，工作温度范围–30~60℃；精度±3%RH（10~95%RH范围）；抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性

2.2.3DHT11

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

主要特性：

测量范围：

20－90％RH0－50℃；测湿精度：

±5％RH；测温精度：

±2℃；供电电压为：

3－5.5V。

从资源占用方面考虑：

HIH-3610与HS1101是模拟量传感器需要外加A/D转换器。

DHT11是数字量传感器，无需外围电路，接线简单，并且带有温度检测传感器。

从测量精度方面考虑：

要求测量精度为1%RH，HIH-3610的测量精度为±2%RH；HS1101的测量精度为±3%RH；DHT11的测量精度，温度为±2℃，湿度为±5％RH，均不符合测量进度的要求并且相差较大。

从电源供电方面考虑：

三者均可以5V电源供电无需外接电源。

综合考虑：

经过对温度传感器的资源占用、测量精度、电源供电等方面的综合考量，为尽量满足测量精度要求选择使用HIH-3610传感器。

第3章硬件电路设计

3.1单片机的选择

AT89C52是一种带8K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器。

AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

引脚排列如图3.1

图3.1AT89C52引脚图

3.2单片机复位电路的设计

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。

一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。

图3.2单片机复位电路

3.2单片机时钟电路的设计

单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路,单片机在工作过程中,所有工作都是在时钟信号控制下进行的,每执行一条指令,CPU的控制器都要发出一系列特定的控制信号。

图3.3单片机时钟电路

3.3单片机最小系统电路的设计

采用AT89C52单片机作为系统的控制器。

它是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

时钟使用外部时钟电路晶振选择12MHz。

复位电路使用上电加手动的复位电路。

原理如图3.4所示：

图3.4单片机最小系统图

3.4湿度检测电路的设计

湿度的检测方法，一般采用湿敏元件检测，分为湿敏电阻和湿敏电容两种情况。

基于本次设计，采用了HIH-3610相对湿度传感器。

HIH3610湿度传感器是为大批量OEM设计，具有湿度仪表级测量性能，低成本，SIP封装.热固性聚合物电容湿度传感器，带集成信号处理电路；3针可焊塑封；宽量程：

0~100%RH非凝结，宽工作温度范围–40~85℃；高精度：

±2%RH，极好的线形输出；5VDC恒压供电，0.8-3.9VDC放大线形电压输出；低功耗设计200μA驱动电流；激光修正互换性；5秒快速响应；稳定性好,低温飘,抗化学腐蚀性能；采集到的湿度信号经过A/D转换送至单片机。

实现湿度的显示与控制。

电路连接图如图3.5所示。

图3.5湿度传感器HIH3610引脚图

3.5A/D转换电路的设计

本设计中湿度传感器选用的是HIH3610，为模拟量传感器，输出信号为0～5V的线性电压信号，所以需要进行A/D转换，因为只有一路信号为节约成本选用一路A/D转换器ADC0804。

ADC0804为8位COMS逐次逼近型的A/D转换器，三态锁定输出，转换时间100US，总误差正负1LSB。

原理图如图3.6所示：

图3.6A/D转换电路

3.6继电器控制电路的设计

电磁式继电器具有结构简单、工作可靠、坚固耐用、价格便宜等优点．应用极其广泛，它是最为典型和常用的继电器。

本电路采用常闭继电器由单片机控制，当温度或湿度异常时，继电器开始工作且开关切断电源，停止工作，从而起到保护系统的作用。

其电路如图3.7所示

图3.7继电器控制电路

3.7电源电路的设计

采用全桥整流电路将交流电压转化为直流电压,系统硬件电路要求电源额定电压为5V,单片机系统要求电源电压的纹波系数尽可能小,基于以上要求,选用固定输出线形稳压集成器LM78H05。

该稳压器的输入电压VIN应大于输出电压3V即在8V～35V的范围变化,输出电压可保证为5V输出。

该稳压器还具有过热保护和过压保护功能,线性稳压结构可使电源纹波系数降低。

其电路如图3.8所示：

图3.8单片机电源电路

3.8显示电路的设计

此显示器由一个LED灯与一个电阻串联而成，当加湿器工作时，LED灯亮，当加湿器不工作时，LED灯灭！

结构图如图3.9所示

图3.9显示电路结构图

3.9报警电路设计

加湿器若出现故障无法停止工作会导致室内湿度过高对人体的健康造成危害，本设计中人性化的加入了湿度过高的报警系统，以保证加湿器的正常工作。

本设计采用峰鸣音报警电路。

峰鸣音报警接口电路的设计只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过AT89C52的1根口线经驱动器驱动蜂鸣音发声。

压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可以使用TTL系列集成电路7406或7407低电平驱动，也可以用一个晶体三极管驱动。

在图中，P3.0接晶体管基极输入端。

当P3.0输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；当P3.0输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。

图3.10报警电路

3.10加湿器控制装置总体结构图

图3.11系统总体结构框图

第4章软件电路设计

4.1程序流程图

图4.1主程序流程图图4.2温湿度与显示程序流程

图4.3湿度处理与控制程序流程图

图4.4湿度值设定程序图

4.2程序设计

#include

#include

sbitrs=P2^5。

sbitrw=P2^6。

sbitep=P2^7。

typedefunsignedcharBYTE。

externBYTEscan_key（）。

//独立按键获取键值

externlcd_pos（BYTEpos）。

//设定显示位置

externlcd_wdat（BYTEdat）。

//写入字符显示数据到LCD

externlcd_init（）。

//LCD初始化设定

externunsignedintdatpro（）。

//ADC0804读出的数据处理,取平均值

externunsignedcharadc0804（）。

//读AD0804子程序

unsignedintflag=0。

unsignedcharshiduzhi,shedingzhi=30。

unsignedcharSDZ_Tab[]={3,0,10,0,0}。

//设定值，显示与设定使用

unsignedchar

codeDisp_Tab[]={0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x78}。

//1602字符'0～9'加'.'

voidInit（void）

{

lcd_pos（0x03）。

lcd_wdat（'S'）。

lcd_wdat（'D'）。

lcd_wdat（'Z'）。

lcd_wdat（':

'）。

lcd_wdat（'3'）。

lcd_wdat（'0'）。

lcd_wdat（'.'）。

lcd_wdat（'0'）。

lcd_wdat（'0'）。

lcd_pos（0x40）。

lcd_wdat（'S'）。

lcd_wdat（'D'）。

lcd_wdat（':

'）。

lcd_pos（0x48）。

}

voidsystem_Ini（）

{

TMOD|=0x11。

TH1=0xD8。

//10

TL1=0xF0。

IE=0x8A。

TR1=1。

}

voiddelayms（unsignedcharms）

{

unsignedchari。

while（ms--）

{

for（i=0。

i<120。

i++）。

}

}

voidshuru（void）

{

unsignedcharkey_n,m=0,n。

while（flag）

{

key_n=scan_key（）。

//获取键值

if（key_n==2）//K1按下，移位按键

{

delayms（10）。

//延时

key_n=scan_key（）。

//再次获取

if（key_n==2）//确认按下

{

m++。

//指针加一

if（m>=5）m=0。

//等于五归零，实现循环

n=m+9。

//显示位置

lcd_pos（n）。

//移动光标到指定位置

}

}

if（key_n==4）//K2按下，加一按键

{

delayms（10）。

key_n=scan_key（）。

if（key_n==4）//确认按键

{

SDZ_Tab[m]++。

//数值加一

if（SDZ_Tab[m]>=10）

SDZ_Tab[m]=0。

//等于十归零，实现循环

lcd_wdat（SDZ_Tab[m]）。

//送出显示

lcd_pos（n）。

//将光标移回该位

}

}

if（key_n==0x08）//K3按下，确定退出设置

{

delayms（10）。

key_n=scan_key（）。

if（key_n==0x08）//确认按下

{

lcd_pos（0x0F）。

//移走光标

shedingzhi=SDZ_Tab[0]*10。

//更新设定值

shedingzhi+=SDZ_Tab[1]。

shedingzhi+=SDZ_Tab[3]*0.1。

shedingzhi+=SDZ_Tab[4]*0.01。

flag=0。

//清标志位

}

}

}

}

voidshidu（void）

{

shiduzhi=adc0804（）。

//读取AD转换值

shiduzhi/=1.58。

//转换成实际湿度值

lcd_pos（0x43）。

//显示位置为第二行第4位

lcd_wdat（Disp_Tab[shiduzhi%100/10]）。

//显示十位

lcd_wdat（Disp_Tab[shiduzhi%10]）。

//显示个位

lcd_wdat（Disp_Tab[10]）。

//显示小数点

lcd_wdat（Disp_Tab[shiduzhi*10%10]）。

//显示小数点后一位

}

voidchuli（void）

{

if（shiduzhi>=shedingzhi）//湿度是否大于设定值

{

P2&=0xf7。

//控制继电器停止加湿

if（shiduzhi>50）//湿度是否高于极限值

P3|=0x01。

//蜂鸣器报警

else//不高于极限值

P3&=0xfe。

}

else//不高于设定值

P2|=0x08。

//控制继电器启动加湿

}

voidsheding（void）

{

unsignedcharkey_s。

key_s=scan_key（）。

if（key_s&&0x08==0x08）

{

delayms（10）。

key_s=scan_key（）。

if（key_s&&0x08==0x08）

{

flag=1。

lcd_pos（0x09）。

shuru（）。

}

voidmain（void）

{

system_Ini（）。

lcd_init（）。

Init（）。

while

（1）。

{

shidu（）。

//调用湿度子程序，进行湿度检测与显示

chuli（）。

//对检测湿度处理，控制加湿器工作

sheding（）。

//设定湿度值

}

第5章课程设计总结

随着信息产业的发展及工业化的进步,温度和湿度在很多方面直接或间接影响着人类基本生活条件。

针对这一情况，研制可靠且实用的温湿度控制器显得非常重要。

常用温湿度传感器的非线性输出及一致性较差，传统的温湿度测量多采用模拟小信号传感器，不仅信号调理电路复杂，且温湿度值的标定过程也极其复杂，并需要使用昂贵的标定仪器设备。

因此对于温湿度控制器的设计有着很大的现实生产意义。

本文介绍了智能型家用加湿控制器的基本原理以及工作流程，本设计是以AT89C52单片机作为核心控制器件，集传感器、数据采集、处理、显示、驱动、报警于一体。

湿度传感器采用HIH3610湿度传感器，它测量范围大，灵敏度高。

当湿度值小于设定值（使用按键输入），单片机控制继电器驱动加湿器工作，对空气加湿。

当温度值大于等于设定值时停止加湿。

为确保系统的可靠性当湿度高于某一最大值时，加湿器仍在工作，驱动蜂鸣器进行报警。

成本低廉，性能可靠，精度较高，工作稳定。

设计中主要包括硬件电路的设计和软件程序的设计。

硬件电路的设计包括单片机最小系统的设计、湿度检测电路的设计、A/D转换电路的设计、继电器控制电路的设计、显示器电路的设计、电源电路的设计和报警电路的设计。

软件部分主要包括主程序的设计、湿度检测与显示子程序的设计、湿度处理与控制子程序的设计和湿度值设定子程序的设计。

设计此款智能型家用加湿控制器设备简单、使用方便。

参考文献

[1]张丽娜．基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真．北京航空航天大学出版社，2006

[2]李朝青．单片机原理及接口技术．北京航空航天大学出版社．2009

[3]王忠民．微型计算机原理．西安电子科技大学出版社．2008

[4]李建民．单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报．1996

[5]沈德金，陈粤初．MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例．北京航空航天大学出版社．1990

[6]童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社．2001.

[7]刘笃仁，韩保君．传感器原理及应用技术．机械工业出版社．2003

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：