江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄摘要 第1章緒論目前加濕器被普遍應(yīng)用于很多領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，溫濕度檢測(cè)技術(shù)趨于成熟，以溫濕度檢測(cè)技術(shù)為設(shè)計(jì)核心的加濕器也朝著小型化、低功耗和智能化方向發(fā)展。單片機(jī)以較高的集成度和穩(wěn)定的性能，使其在智能加濕器的設(shè)計(jì)方面具備更加顯著的優(yōu)勢(shì)。1.1選題背景和意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也逐漸提高，伴隨著的是生活環(huán)境與工作環(huán)境的質(zhì)量漸漸被人們重視起來(lái)。當(dāng)空氣中的濕度沒(méi)有達(dá)到一定的濕度值時(shí)，會(huì)給我們的日常生活和工作帶來(lái)負(fù)面影響。如果我們長(zhǎng)期生活在干燥的空氣環(huán)境中，人體的舒適度值會(huì)降到很低，甚至?xí)?duì)我們的身體健康帶來(lái)許多未知的隱患；當(dāng)我們?cè)诠ぷ鞯臅r(shí)候還會(huì)提高產(chǎn)品的不良率從而降低生產(chǎn)產(chǎn)品的速度，引起各式各樣的不良影響，此時(shí)加濕器就顯得尤為重要，我們可以通過(guò)使用加濕器來(lái)有效地增加室內(nèi)空氣中的濕度，濕潤(rùn)干燥的空氣。水由于表面張力的作用，會(huì)主動(dòng)形成水滴的形狀，同時(shí)會(huì)吸附空氣中的灰塵。當(dāng)室內(nèi)空氣中的粉塵和漂浮的煙霧與水分子結(jié)合后，會(huì)形成一個(gè)個(gè)小的顆粒，使空氣中的灰塵沉淀下來(lái)，而且可以有效的去除室內(nèi)空氣中的異味，使空氣變得清新。在本次的設(shè)計(jì)中，主要是運(yùn)用加濕器調(diào)節(jié)空氣中的濕度，以達(dá)到提高人體舒適度的目的。研究發(fā)現(xiàn)，濕度不僅影響人們的生活質(zhì)量，在工業(yè)制造和產(chǎn)品質(zhì)量方面同樣有著重要的影響。塑料薄膜大棚、廠房和辦公室等室內(nèi)封閉場(chǎng)所，一般都需要用智能加濕器來(lái)調(diào)節(jié)空氣的濕度，使室內(nèi)空氣的濕度達(dá)到合適的程度。在日常生活中我們經(jīng)常用舒適度來(lái)描述環(huán)境質(zhì)量，但是人體舒適度與大氣探測(cè)儀器檢測(cè)到的各種氣象要素結(jié)果有很大的不同，它不是一個(gè)精確的數(shù)據(jù)參數(shù)，僅僅是人體對(duì)外界氣象環(huán)境的一種主觀感受。人體舒適度指數(shù)是人為制定的一種生物氣象指標(biāo)，通過(guò)人體舒適度指數(shù)我們可以更加清楚的了解我們所在環(huán)境下的舒適感，且可以顯示出在不同的天氣條件下，人體可以感覺(jué)到的舒適度值。在眾多的影響因素中，溫度、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)速這些氣象因素，對(duì)人體的舒適度產(chǎn)生很大的影響。最佳的溫濕度范圍是40%RH～60%RH[2]，人體在此溫濕度范圍內(nèi)的舒適度最佳。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：生活在適宜濕度的空氣環(huán)境下的生物體才能長(zhǎng)期保持活力。將一些我們常用的木質(zhì)家具長(zhǎng)期放置在過(guò)于干燥的空氣環(huán)境下，會(huì)對(duì)其造成一些不同程度的損壞，如樂(lè)器、家具和木質(zhì)裝修等很可能會(huì)出現(xiàn)變形、老化甚至干裂的情況。因此，我們?cè)诖娣乓陨衔锲窌r(shí)要格外注意室內(nèi)濕度，標(biāo)準(zhǔn)情況下應(yīng)保持在40%-60%RH范圍內(nèi)，然而對(duì)于生活在河北地區(qū)的家庭來(lái)說(shuō)，冬天的室內(nèi)濕度平均為10%-15%RH，干燥的空氣環(huán)境下，出現(xiàn)高壓靜電的情況十分普遍。家用電器及辦公電器的廣泛使用，使得靜電出現(xiàn)在我們生活中的各個(gè)角落[3]。當(dāng)靜電情況十分嚴(yán)重時(shí)，對(duì)我們的生活環(huán)境也是一種污染。生活或工作在此環(huán)境下的人心情容易煩躁，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)頭暈胸悶的情況，嚴(yán)重影響我們的身體健康。智能加濕器可以放出一些富含負(fù)氧離子的空氣，既調(diào)節(jié)為適宜濕度的空氣，這些空氣均勻的布滿整個(gè)空間，可以很大程度的消除靜電現(xiàn)象，還可以過(guò)濾空氣中異味，制造出更加清新、芳香的空氣。因此，對(duì)空氣中的濕度適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)論是對(duì)與我們的身心健康還是工作學(xué)習(xí)，都有著不可忽視的重要意義。調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的方法有很多，我們可以在室內(nèi)灑水或者放置水族箱，但是這種調(diào)節(jié)空氣濕度的方式是十分緩慢的，而且我們無(wú)法控制它的影響程度。如果加濕的程度過(guò)大，也會(huì)對(duì)人體造成不好的影響，如今大多數(shù)的家庭和公司都是應(yīng)用加濕器來(lái)對(duì)空氣加濕。本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)，對(duì)智能加濕器的部分功能實(shí)施進(jìn)一步的改動(dòng)，使其可以根據(jù)用戶的個(gè)人需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且擁有智能控制功能，其能夠根據(jù)傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)濕度自動(dòng)控制加濕器的工作狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，加濕器的智能控制能力得到了加強(qiáng)，完全可以滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的簡(jiǎn)單要求，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面具有十分重要的意義。1.2發(fā)展現(xiàn)狀及前景智能加濕行業(yè)在我國(guó)發(fā)展了將近20年，通過(guò)這些年空氣質(zhì)量概念的普及和人們對(duì)身體健康意識(shí)的提高，加濕器的功能和作用也漸漸被人們所了解，并逐漸被人們接受和青睞?？墒?，由于加濕器這一新興行業(yè)在我國(guó)發(fā)展的比較晚，它相應(yīng)的一些產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有得到規(guī)范化，這為廣大用戶在選擇上帶來(lái)了一定的選擇困難。眾多廠商只跟風(fēng)不跟質(zhì)量的行為，導(dǎo)致了加濕器行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的參差不齊，使消費(fèi)者的合法權(quán)益受到了侵害。加濕器功能主要是增加室內(nèi)空氣的濕度，使?jié)穸瓤刂圃谙鄬?duì)健康的狀態(tài)下。加濕器按其功能劃分為三種：電熱加濕器、超聲波加濕器和凈化加濕器。電熱加濕器主要是對(duì)水進(jìn)行加熱使其蒸發(fā)，利用水蒸汽來(lái)加濕空氣，此種加濕方式容易發(fā)生熱蒸汽燙傷人的情況，已基本被淘汰。超聲波加濕，主要是運(yùn)用超聲波的高頻震蕩原理，把水分子震蕩、霧化為微小的霧狀顆粒，然后應(yīng)用風(fēng)動(dòng)裝置把這些霧狀顆粒吹送出去，實(shí)現(xiàn)加濕的功能。凈化加濕，在空氣循環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)用水幕洗滌的技術(shù)，可以有效的過(guò)濾空氣中的塵埃，且把空氣中的雜質(zhì)吸附在高效過(guò)濾器上，再經(jīng)過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置將過(guò)濾后的水分子稀釋到空氣中，使得空氣得到凈化且加濕，它是目前最新的加濕器產(chǎn)品。我國(guó)的加濕器產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，產(chǎn)品的人均占有率比日本、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家低的多，我國(guó)民眾對(duì)空氣質(zhì)量和加濕器、凈化器產(chǎn)品的進(jìn)一步了解，能夠促進(jìn)國(guó)內(nèi)加濕器行業(yè)的發(fā)展，提升國(guó)民健康水平，更能提高國(guó)民的生活品質(zhì)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民的生活水平也逐漸提高。同時(shí)，人們也更加重視生活質(zhì)量和身體健康，空氣加濕器也慢慢的走進(jìn)了更多的家庭中，并且在干燥地區(qū)很受人們的歡迎。空氣加濕器在國(guó)內(nèi)仍是新興的產(chǎn)品，加強(qiáng)對(duì)加濕器的開(kāi)發(fā)和研究的力度，不但促進(jìn)了我國(guó)加濕器行業(yè)的發(fā)展，而且能夠提高人們的生活品質(zhì)和健康水平。近年來(lái)，人們對(duì)加濕器的功能與審美設(shè)置提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)這些要求，加濕器的產(chǎn)品類型變得更加多樣、材質(zhì)處理更加細(xì)膩，且造型設(shè)置更加豐富多姿。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是在現(xiàn)有的加濕器基礎(chǔ)上，增加水位監(jiān)測(cè)功能，溫濕度監(jiān)控功能，自動(dòng)加濕功能，提高加濕器系統(tǒng)的智能控制能力。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需要，手動(dòng)設(shè)置最佳相對(duì)濕度值，并且在室內(nèi)空氣濕度發(fā)生變化時(shí)，能夠自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉加濕器，使?jié)穸戎当３衷谠O(shè)定的濕度范圍內(nèi)，達(dá)到智能加濕的目的。本文所研究的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：技術(shù)要求：（1）環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)；（2）用戶設(shè)置初始濕度值，環(huán)境濕度低于設(shè)置值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加濕；（3）水位監(jiān)測(cè)，水位低于設(shè)置值自動(dòng)斷電報(bào)警；（4）智能模式和手動(dòng)模式的切換；第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路采用實(shí)時(shí)測(cè)量濕度，有自動(dòng)/手動(dòng)兩檔，可以根據(jù)用戶需要設(shè)置最佳相對(duì)濕度。室內(nèi)相對(duì)溫濕度的檢測(cè)選取數(shù)字濕度傳感器DHT11，單片機(jī)讀取傳感器輸入的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)LCD1602顯示屏顯示出來(lái)同時(shí)也將測(cè)得值與默認(rèn)或用戶輸入的最佳相對(duì)濕度值進(jìn)行比較，進(jìn)而控制加濕功能的實(shí)現(xiàn)。不僅如此，該溫濕度功能模塊采用全新高精度傳感器，精度高，可顯示小數(shù)位。當(dāng)濕度達(dá)到最佳相對(duì)濕度值后停止加濕，以達(dá)到防止過(guò)度加濕的目的。采用超聲波方案測(cè)水位，功能模塊的測(cè)量誤差大約為3m，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)測(cè)量。在整個(gè)過(guò)程中如果輸入水位低信號(hào)，則與水位監(jiān)測(cè)配套的蜂鳴器報(bào)警、加濕器停止加濕，達(dá)到防干燒的目的。電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換鍵，選擇自動(dòng)模式，相當(dāng)于按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)恢復(fù)默認(rèn)最佳相對(duì)濕度，溫濕度傳感器對(duì)空氣中的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，最后運(yùn)用液晶屏將經(jīng)過(guò)計(jì)算后的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，如果檢測(cè)到的濕度比最佳濕度范圍低就開(kāi)始加濕，超過(guò)最佳濕度范圍就停止加濕。在系統(tǒng)的顯示模塊中，STC89C52芯片的P1端的八個(gè)引腳分別與液晶顯示屏的數(shù)據(jù)輸入端口D1~D8相連，P2.7和P2.5口分別接到LCD的寄存器選擇端和使能端，RW為讀寫信號(hào)選擇端口，端口電平為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。在本次設(shè)計(jì)中只進(jìn)行寫操作，所以讀寫信號(hào)選擇端口接地。RS是寄存器選擇端口，當(dāng)RS=‘0’時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行寫指令操作，RS=‘1’時(shí)進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作；E為使能端，當(dāng)E端電平信號(hào)出現(xiàn)高脈沖即上升沿時(shí)，液晶屏開(kāi)始讀取顯示信息，并在信號(hào)電平跳變到下降沿的時(shí)候執(zhí)行指令。溫濕度傳感器連接到單片機(jī)的P3.3腳，它采用的數(shù)據(jù)傳輸格式是單總線格式，可以單次輸出高達(dá)40位的數(shù)據(jù)，此次設(shè)計(jì)只顯示溫度和濕度的整數(shù)部分，因此只讀取整個(gè)數(shù)據(jù)的八位濕度整數(shù)部分與八位溫度整數(shù)部分。選擇的具體實(shí)施方案；系統(tǒng)具備自動(dòng)加濕和手動(dòng)加濕兩種模式，用戶可以根據(jù)自身需要來(lái)選擇，且能夠手動(dòng)更改相對(duì)濕度的最優(yōu)值；單片機(jī)通過(guò)溫濕度傳感器檢測(cè)空氣中的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)送入主控模塊，主控模塊可以將測(cè)得的實(shí)時(shí)濕度與用戶設(shè)計(jì)的最佳相對(duì)濕度進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)決定是否需要加濕；主控模塊可以根據(jù)水位的高低來(lái)判斷是否需要報(bào)警，當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，主控模塊不但控制報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且控制加濕器關(guān)閉加濕；運(yùn)用液晶顯示器顯示出室內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)溫度和濕度，且將相對(duì)濕度的最優(yōu)值顯示出來(lái)；利用LED燈演示加濕和水位高低。系統(tǒng)總體方案的的整體框圖如圖2-1：?jiǎn)螁纹瑱C(jī)顯示溫濕度傳感器溫濕度傳感器加濕加濕按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊報(bào)警報(bào)警圖2-1系統(tǒng)整體框圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1單片機(jī)介紹本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)用的中心控制元件是STC89C52單片機(jī)，STC89C52是深圳宏晶科技公司開(kāi)發(fā)、TSMC公司生產(chǎn)的一種增強(qiáng)8051內(nèi)核單片。其采用了基于Flash的在線編程技術(shù)，在對(duì)單片機(jī)編程寫軟件時(shí)無(wú)需采用專用編程器，可以通過(guò)PC直接對(duì)STC系列單片機(jī)進(jìn)行編程，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)單。STC系列單片機(jī)性能優(yōu)秀，其編程十分方便，非常適合初學(xué)者使用，最重要的是它比較低廉。該芯片具備8bitCPU與在線可編程Flash，應(yīng)用該芯片的嵌入式控制系統(tǒng)變得更加高效、流暢。STC系列單片機(jī)的正常工作電壓為3.3V～5.5V，如圖2.2是STC89C52的實(shí)物圖。圖2.2STC89C52實(shí)物圖STC單片機(jī)產(chǎn)品種類十分繁多，現(xiàn)有超過(guò)百種的單片機(jī)。STC單片機(jī)按照工作速度和內(nèi)部配置的差異，分為許多系列的產(chǎn)品。根據(jù)運(yùn)行速度能夠分為12T/6T和1T系列產(chǎn)品。所謂1T是指單片機(jī)運(yùn)行一個(gè)機(jī)器周期只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，運(yùn)行速度大大加快。STC89、STC90和STC11/10系列屬于基本配置，而STC12/15系列產(chǎn)品增加了PWM、A/D和SPI等接口模塊。每個(gè)系列產(chǎn)品的差異主要是片內(nèi)資源數(shù)量上的差異。在單片機(jī)選型時(shí)，應(yīng)該根據(jù)控制的實(shí)際需求，選擇合適的單片機(jī)，即單片內(nèi)部資源要盡量滿足控制系統(tǒng)要求，而減少外部接口電路，保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的高可靠性和高性價(jià)比。我們現(xiàn)在使用比較的多的是STC89C51/STC89C52等。如圖2.3是STC89C52的管腳分布圖。圖2.3STC89C52管腳圖單片機(jī)是一個(gè)功能很強(qiáng)大的芯片，在此芯片上人們把計(jì)算機(jī)的一些主要組成部件都集中起來(lái)，如中央處理器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和I/0接口電路等部件，同時(shí)集成在一個(gè)小小的芯片上，可以說(shuō)單片機(jī)就是一個(gè)微型化的計(jì)算機(jī)。所以，想擁有一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)的話，我們只需要為單片機(jī)添加適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備。2.2.2“51”單片機(jī)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)（1）開(kāi)發(fā)周期短，易于生產(chǎn)，性價(jià)比較高。（2）芯片更加微型化，抗干擾能力很強(qiáng)，可靠性能良好。（3）功能完善，接口多。（4）低功耗、低電壓。一般在5～3V的電源電壓范圍內(nèi)單片機(jī)都可以正常工作，1~2V是其工作的最低電壓，低于此電壓后單片機(jī)就不再工作。（5）總線多樣，易于擴(kuò)展。單片機(jī)的外部結(jié)構(gòu)采用的是三大總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)用此結(jié)構(gòu)能夠更加方便的對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)展，使的開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)變得更加方便、快捷。外部總線增加I2C和SPI串行總線，應(yīng)用者可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行擴(kuò)展[5]。C52單片機(jī)的主要功能特性如表2.1所示：表2.1STC89C52功能特性表主要功能特性可應(yīng)用MCS51的指令編譯8K可編譯FlashROM32個(gè)雙向I/O口512字節(jié)RAM看門狗定時(shí)器內(nèi)置4KBEEPROM3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器MAX8101個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)全雙工串行口系統(tǒng)的掉電或空閑模式低功耗可以設(shè)置休眠和喚醒功能在實(shí)際電路中用到了STC89C52的部分引腳，其主要的引腳和功能為：（1）電源管腳(2根)VCC:正極，接+5V電源。GND:負(fù)極，接地線。（2）外接晶振管腳(2根)XTALl:時(shí)鐘電路的輸入腳。XTAL2:時(shí)鐘電路的輸出腳。（3）控制管腳(2根)RSTNPP:復(fù)位管腳，當(dāng)端口信號(hào)為‘1’時(shí)單片機(jī)會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。EA:程序存儲(chǔ)器選擇端口。接低電平時(shí)，ROM讀操作只能在在外部程序存儲(chǔ)器中進(jìn)行；接高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。在該電路中，將其接負(fù)極。（4）可編程I/O管腳(32根)STC89C52單片機(jī)有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位的并行輸入/輸出口，每個(gè)端口可以按字節(jié)或位進(jìn)行輸入輸出，4個(gè)并行口一共有32根端口線。P0口：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路型雙向輸入/輸出口，輸出能力較強(qiáng)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路，經(jīng)常被作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線使用。內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，使用時(shí)需添加外部上拉電阻。P1口：Pl口的輸入/輸出口為8位的雙向輸入/輸出口，通常作為通用輸入/輸出口使用，在4個(gè)I/O口中，它的功能比較單一，只能作為輸入/輸出使用。電路的內(nèi)部有上拉電阻，與場(chǎng)效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)動(dòng)電路。因此，P1口作為輸出口使用時(shí)，已經(jīng)能向外提供推拉電流負(fù)載，無(wú)需再外接上拉電阻。P2口：P2口是內(nèi)部自帶上拉電阻，功能復(fù)用口。P3口：P3口是和P2口功能基本一樣。P3口不僅可以用作通用輸入/輸出口，還具備第二功能，當(dāng)P3口的部分口作為第二功能時(shí)，剩下的引腳可以單獨(dú)作為輸入/輸出口使用[6]。2.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)（1）電源電路設(shè)計(jì)電源電路是控制板的動(dòng)力源也是控制板電路中最為重要的一個(gè)功能模塊。STC89C52單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，需要穩(wěn)定的5V電源，電源的穩(wěn)定性和抗干擾能力很大程度上會(huì)影響單片機(jī)的控制性能。為了使本次設(shè)計(jì)的加濕器對(duì)溫度捕捉敏感，控制敏捷，再設(shè)計(jì)電源電路的時(shí)候本著穩(wěn)定和抗干擾能力強(qiáng)的原則進(jìn)行。電源電路的原理圖如圖（2.3），由于本次加濕器需要使用24V驅(qū)動(dòng)的傳感器，所以本加濕器的外部電源為24，為了得到52單片機(jī)需要的5V穩(wěn)定的電源電壓，本設(shè)計(jì)使用了型號(hào)為L(zhǎng)M7815和LM7805的兩個(gè)三端穩(wěn)壓IC來(lái)將24V的電壓降至單片機(jī)所需要的5V。LM78系列三端穩(wěn)壓IC簡(jiǎn)介：電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78

××

系列和負(fù)電壓輸出的lm79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-

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的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有l(wèi)m9013樣子的TO-92封裝。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。

因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。

最大輸出電流1.5A，LM78XX系列輸出電壓分別為5V;6V;8V;9V;10V;12V;15V;18V;24V。LM78系列IC內(nèi)部電路圖如圖2.4所示。圖2.3單片機(jī)電源電路原理圖圖2.4LM8系列穩(wěn)壓IC內(nèi)部原理圖在本設(shè)計(jì)中，為了過(guò)濾電源降壓過(guò)程中產(chǎn)生的雜波，需要在電源電路中并聯(lián)3個(gè)1000uF的濾波電容。產(chǎn)生的5v穩(wěn)定電壓通與單片機(jī)的40引腳既VCC引腳連接向的單片機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行供電，其中單片機(jī)的20引腳也就是VSS引腳需要接地。（2）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)運(yùn)行需要時(shí)鐘支持——就像計(jì)算機(jī)的CPU一樣，如果沒(méi)有時(shí)鐘電路來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，單片機(jī)就無(wú)法準(zhǔn)確的執(zhí)行程序。在引腳XTAL1和XTAL2（STC89C52單片機(jī)中，XTAL0和XTAL1引腳位置分別為18腳和19腳可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路。）外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振例。由于STC89C52單片機(jī)為12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。也就是說(shuō)單片機(jī)運(yùn)蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)行一條指令，必須要用12個(gè)時(shí)鐘周期。沒(méi)有這個(gè)時(shí)鐘，單片機(jī)就跑不起來(lái)成了自己振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘了，也沒(méi)有辦法定時(shí)和進(jìn)行和時(shí)間有關(guān)的操作。如圖2.5所示，本設(shè)計(jì)中采用12M晶振，2個(gè)30pF濾波電容構(gòu)成單片機(jī)的震蕩時(shí)鐘電路，與單片機(jī)的18腳和19腳相連從而為單片機(jī)輸送穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。圖2.5單片機(jī)時(shí)鐘電路（3）復(fù)位及復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2-3所示：表2-3一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00HRST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)2us才能完成復(fù)位操作。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位，通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。單片機(jī)的最小電路如圖2-6所示：圖2-6單片機(jī)復(fù)位電路2.3外部功能模塊設(shè)計(jì)2.3.1溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)（1）選擇方案方案一：一般情況下，我們檢測(cè)溫度的時(shí)候都會(huì)用熱敏元器件來(lái)檢測(cè)，如熱電阻和熱敏電阻。其中熱電阻的工作原理為：熱電阻的電阻值會(huì)隨溫度的變化出現(xiàn)大的波動(dòng)，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻的大小也會(huì)增大，并且電阻值會(huì)隨著溫度按照近似的線性關(guān)系而緩慢變化。熱敏電阻的工作原理是熱敏電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，并隨著溫度的升高而迅速變化。一般情況下電阻值與溫度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，溫度越高電阻值下降的越快，只有少量才具有正溫度系數(shù)。有許多方法來(lái)檢測(cè)濕度，其中用濕敏元器件檢測(cè)空氣中濕度是人們常用的方法，濕敏元件分為電容式濕度敏感元件和電阻式濕度敏感元件兩種類型。我們經(jīng)常使用的濕度傳感器有高分子電容式和高分子電阻式兩種類別。其中高分子電容式濕度傳感器的工作原理為：水和高分子材料的介電常數(shù)是不一樣的，它們的介電常數(shù)之和為高分子電容式濕度傳感器的介電常數(shù)，電容式濕度傳感器的介電常數(shù)在不同的環(huán)境下會(huì)受到很大的影響。當(dāng)被測(cè)的霧氣狀態(tài)的水分子通過(guò)帶有多個(gè)孔洞的上電極，擴(kuò)散到感應(yīng)濕度的薄膜表面時(shí)，薄膜上的極性官能團(tuán)會(huì)吸收這些水分子，進(jìn)而誘發(fā)電容式濕度傳感器的介電常數(shù)發(fā)生變化，改變了濕敏電容器的容量值。高分子電阻型濕度傳感器的工作原理為：通常情況下，聚合物膜上的極性基團(tuán)會(huì)對(duì)水會(huì)產(chǎn)生吸附力。濕度低，由于吸附量很小，不會(huì)產(chǎn)生帶電離子，其電阻值是比較高的。當(dāng)空氣相對(duì)濕度增加，吸附量增大，吸附水的連通性成為導(dǎo)電通道，正、負(fù)離子聚合物電解質(zhì)主要起載體作用。此外，這些被吸附到薄膜上的水分子會(huì)解離出氫離子和質(zhì)子，增強(qiáng)電荷導(dǎo)通性，減小濕度傳感器的電阻。濕敏電阻和熱敏電阻的在可靠性和精度方面效果不是很好，如果溫濕度傳感器需要高精度的檢測(cè)數(shù)據(jù)的話，選用濕敏電阻和熱敏電阻就不是太適合。方案二：采用集成溫濕度傳感器。集成溫濕度傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是它檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度高，自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，可以把檢測(cè)到的溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并且存放到自身攜帶的RAM存儲(chǔ)器中，單片機(jī)系統(tǒng)能夠很快的從中讀取到數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是可以得到我們需要的溫濕度數(shù)值，使用起來(lái)十分快捷、便利。DHT11溫濕度傳感器市面上最流行的，它響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比很高。因此，我選擇方案二。（2）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用DHT11作為濕度檢測(cè)器件，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電阻式測(cè)濕元件，可以和高性能的8位單片機(jī)相連，是一塊可以同時(shí)檢測(cè)溫濕度的數(shù)字傳感器。通過(guò)和單片機(jī)等微處理器構(gòu)成簡(jiǎn)單的電路，就能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)采集室內(nèi)相對(duì)溫濕度。因此具有性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)且性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。DHT11和單片機(jī)之間利用簡(jiǎn)單的單總線可以實(shí)現(xiàn)通信，僅僅需要一個(gè)I/O口。傳感器內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)可以一次性的傳給單片機(jī)。由于在高精度的濕度校驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，并且以程序的形式在內(nèi)存中存儲(chǔ)，因此可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。DHT11很低，在5V電源電壓下，工作室的平均最大電流為0.5mA。DHT11外形及引腳排列與說(shuō)明如下圖2-7所示：圖2-7DHT11外形及引腳排列VCC是電源腳，正電源輸入3.5-5.5V；DOUT是數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，單總線；NC是空腳，擴(kuò)展未用；GND是電源地腳。能夠同時(shí)對(duì)相對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)；輸出為數(shù)字信號(hào)，可以減少預(yù)處理信號(hào)的負(fù)擔(dān)，減輕用戶工作量；輸出為單總線結(jié)構(gòu)，能夠有效減少對(duì)單片機(jī)的I/O口的占用，節(jié)省資源并且不用再額外的增加電器元件；單總線傳輸協(xié)議使單片機(jī)讀取傳感器的數(shù)據(jù)更加方便快；全部校準(zhǔn)，為8位二進(jìn)制數(shù)編碼方式。濕度測(cè)量范圍20%~90%RH;溫度測(cè)量范圍0~50℃；適用范圍廣泛，在恒濕控制、溫濕度計(jì)、消費(fèi)類家電領(lǐng)域都有應(yīng)用。DHT11傳感器在上電后，需要等待1s以上，在越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)期間不用向STC89C52單片機(jī)發(fā)送任何指令。DATA用于DHT11和微處理器之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次的通訊時(shí)間大約在4ms。數(shù)據(jù)分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，當(dāng)前小數(shù)部分讀數(shù)為0，用于之后擴(kuò)展。具體的操作流程如下:DHT11數(shù)字溫濕度傳感器一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40位，先輸出高位。數(shù)據(jù)格式為：8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位校驗(yàn)。數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)，“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的最后8位等于校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。用戶MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)（低電平）后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束（拉高）后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào),送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。DHT11接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào),DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。DHT11復(fù)位時(shí)序如圖2-8所示:圖2-8DHT11復(fù)位時(shí)序總線空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒,本次設(shè)計(jì)的程序中拉低20ms.保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后,等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后,本次設(shè)計(jì)的程序中延時(shí)40us，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可。由于單片機(jī)的上拉能力不足，容易產(chǎn)生很大的寄生電容從而導(dǎo)致RC充放電，容易使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，因此總線由4.7K上拉電阻拉高。DHT11開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程如圖2-9所示：圖2-9數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字‘0’信號(hào)表示方法如圖2-10所示：圖2-10數(shù)字0信號(hào)表示方法數(shù)字‘0’表示方法為，DHT11先把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時(shí)間在26-28us范圍內(nèi)，則此時(shí)為‘0’電平。數(shù)字‘1’信號(hào)表示方法如圖2-11所示：圖2-11數(shù)據(jù)‘1’信號(hào)表示方法數(shù)字‘1’表示方法為，DHT11先把總線拉低12-14us然后拉高，高電平保持時(shí)間在116-118us范圍內(nèi)，則此時(shí)為‘1’電平。本次設(shè)計(jì)的程序是在高電平延時(shí)30us之后讀取，如果還是低電平，則輸出‘0’，如果是高電平，則輸出‘1’。（3）電路設(shè)計(jì)傳感器模塊對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行信號(hào)采集和初步處理，DHT11在3-5.5V電壓下可以正常工作。在DHT11傳感器上電后，為了越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)需要等待一秒，在此期間不發(fā)送任何指令。DHT11和微處理器之間的通訊和同步通過(guò)DATA實(shí)現(xiàn),DATA和單片機(jī)的P13口相連，使用10K上拉電阻，防止干擾增加穩(wěn)定性。采用單總線數(shù)據(jù)格式，接口簡(jiǎn)單，無(wú)需另外校準(zhǔn)。單次的通訊時(shí)間約為4ms。分辨率為8bit，完全能夠滿足日常環(huán)境溫濕度的檢測(cè)要求。由于濕度的監(jiān)測(cè)受周圍溫度變化影響很大，氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上也依賴于溫度。所以應(yīng)該盡量在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中檢測(cè)濕度，在測(cè)量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。傳感器電路如圖2-12所示：圖2-12DHT11傳感器電路2.3.2HC-SR04超聲測(cè)距模塊介紹與設(shè)計(jì)由于HC-SR04超聲測(cè)距模塊已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，作為模塊化的功能器件經(jīng)過(guò)不斷的檢驗(yàn)與單片機(jī)的配合十分成功，所以該模塊無(wú)需自己設(shè)計(jì)而是利用成熟的技術(shù)即可。為了更好的利用該功能模塊，首先要研究他的工作特點(diǎn)，使用參數(shù)以及接口定義等關(guān)鍵要素。（1）HC-SR04超聲測(cè)距模塊功能特性HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm至400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm；模塊自身包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。實(shí)拍圖如圖2.13。圖2.13實(shí)物正反兩面圖（2）HC-SR04電氣參數(shù)該功能模塊的詳細(xì)電氣參數(shù)如表2-所示：表2-4電氣參數(shù)表（3）HC-SR04工作原理及說(shuō)明

1、

給Trig觸發(fā)控制信號(hào)IO端口至少10us的高電平信號(hào)；

2、

模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；

3、

有信號(hào)返回時(shí)，Echo回響信號(hào)輸出端口輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間；

4、

兩次測(cè)距時(shí)間間隔最少在60ms以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響，超聲波時(shí)序圖如圖2-13所示。圖2-13超聲波時(shí)序圖（4）模塊控制設(shè)計(jì)原理圖中，單片機(jī)的P3.4口接HC-SR04的TR端口，P3.5口接HC-SR04的Ec端口，超聲波在傳播時(shí)碰到障礙物即返回，HC-SR04模塊收到回波信號(hào)后Ec口輸出一個(gè)高電平，單片機(jī)檢測(cè)到高電平后即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到單片機(jī)檢測(cè)到Ec口變成低電平后結(jié)束計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值乘以單片機(jī)計(jì)數(shù)周期就是超聲波從發(fā)射到接收的往返時(shí)間，即距離S=v*t/2；

由于在室溫下，聲速受溫度的影響，其變化關(guān)系為：V=334.1+T*0.61(T為當(dāng)前溫度)，利用DS18B20溫度傳感器可以得到環(huán)境溫度，補(bǔ)償溫度對(duì)聲速的影響。當(dāng)溫度高于26度或低于14度時(shí)，上述公式不能完全滿足對(duì)測(cè)量的修正了，所以高于26度時(shí)取26度，低于14度時(shí)取14度。

距離計(jì)算公式為：S=(334.1+T*0.61)*N*T0/2

T：當(dāng)前環(huán)境溫度值

N：計(jì)數(shù)值

T0：?jiǎn)纹瑱C(jī)計(jì)數(shù)周期=晶振頻率/12(微秒)HC-SR04測(cè)量存在不穩(wěn)定性，所在對(duì)同一距離進(jìn)行多次測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果排序，去除最大和最小值，將余下的求平均值。2.4液晶顯示模塊設(shè)計(jì)2.4.11602字符型液晶顯示屏簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示屏，字符型液晶顯示模塊可專門用于數(shù)字、字母、符號(hào)等點(diǎn)陣，是一種點(diǎn)陣LCD。目前常用的有16*1、16*2、20*2和40*2行等模塊。通常有14或16條引腳線，還有一條背光電源線VCC和一條地線，和14腳的LCD的控制原理一樣。在單片機(jī)系統(tǒng)中常用液晶顯示器作為顯示元件。1602型LCD有D0-D7一共8位據(jù)線總線和R/W/RS/EN三個(gè)控制端口，可以顯示2行共16個(gè)字符。工作電壓為5V，并且具有背光功能和字符對(duì)比度調(diào)節(jié)。其實(shí)物如圖2-14所示;圖2-141602字符型液晶顯示器實(shí)物圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm1602LCD引腳功能如圖2-15所示：圖2-151602字符型液晶顯示器引腳功能1602LCD的引腳定義如下表：表2-5字符型LCD引腳定義表2.4.21602LCD電路本次設(shè)計(jì)的顯示部分采用1602液晶顯示器，可以顯示預(yù)設(shè)最佳相對(duì)濕度和室內(nèi)實(shí)時(shí)的相對(duì)濕度。RS腳和E腳分別和單片機(jī)的P1.0和P1.1相連，D0-D7口和單片機(jī)的P0口相連，P0口作為一列8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，常用作地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，使用時(shí)需添加外部上拉電阻。在用作輸出口時(shí)，每腳可吸收8TTL門電流，可以驅(qū)動(dòng)邏輯門電路，當(dāng)P0口的管腳寫1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器或者外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為數(shù)據(jù)/地址的第八位，在訪問(wèn)期間內(nèi)部上拉電阻激活。在用FLASH編程時(shí)，P0口可以作為原碼輸入口接受指令字節(jié)，在用FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，由于需要外接上拉電阻，所以和單片機(jī)STC89C52連接需要排阻，1602LCD液晶顯示電路如圖2-16所示：圖2-161602LCD液晶顯示電路2.5報(bào)警電路部分本設(shè)計(jì)采用的蜂鳴音報(bào)警電路，采用有源蜂鳴器，其驅(qū)動(dòng)發(fā)聲簡(jiǎn)單，通電就能持續(xù)發(fā)聲。主要工作就是在水位按鍵將低水位信號(hào)送給單片機(jī)后，進(jìn)行報(bào)警起到防干燒的目的。蜂鳴器的發(fā)聲原理是在電流通過(guò)電磁線圈時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲，因此需要一定的電流，由于單片機(jī)I/O引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)電流放大電路。所以添加一個(gè)PNP型三極管來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。在本系統(tǒng)中報(bào)警電路由一個(gè)1K電阻，一個(gè)三極管和一個(gè)蜂鳴器組成，三極管用來(lái)放大電路中的電流，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲,電阻用來(lái)限流防止以控制放大電流。報(bào)警電路和單片機(jī)的P2.4口相連，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到水位低時(shí)，就會(huì)給P2.4置低電平0，此時(shí)三級(jí)管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警，如果水位正常，P2.4置高電平1，三極管截止。報(bào)警模塊的電路圖如圖2-17所示;圖2-17蜂鳴報(bào)警電路2.5鍵盤輸入功能模塊設(shè)計(jì)鍵盤分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。本設(shè)計(jì)中獨(dú)立按鍵分為：模式設(shè)置鍵加減鍵確認(rèn)鍵，所有按鍵都是在按鍵彈起時(shí)，按鍵與單片機(jī)之間的引腳處于高電平，按鍵按下時(shí)處于低電平：（1）模式設(shè)置鍵：主要用來(lái)進(jìn)行模式的選擇；（2）加減鍵：主要用來(lái)進(jìn)行數(shù)字設(shè)置；（3）確認(rèn)鍵：模式選擇和數(shù)字設(shè)置后，需要按下此鍵進(jìn)行確認(rèn)。鍵盤模塊的電路圖如圖2-18：圖2-18按鍵電路2.6系統(tǒng)電路工作原理本次設(shè)計(jì)電路采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖2-19所示：圖2-19系統(tǒng)電路原理圖工作原理：本設(shè)計(jì)是由硬件和軟件相結(jié)合，利用軟件控制硬件的自動(dòng)智能化工作。通過(guò)單片機(jī)將傳感器采集的數(shù)據(jù)送給液晶顯示，并輸出加濕控制信號(hào)或者報(bào)警信號(hào)，以達(dá)到智能加濕和防干燒的作用。第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)分為幾個(gè)模塊包括濕度檢測(cè)模塊、濕度控制模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊、水位檢測(cè)模塊。系統(tǒng)上電初始化后，讀取水位信號(hào)，根據(jù)水位信號(hào)判斷是否蜂鳴報(bào)警，選擇自動(dòng)/手動(dòng)模式后，傳感器讀取濕度將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷是否加濕。加濕中如果輸入水位低信號(hào)則蜂鳴報(bào)警且不再加濕。主程序流程圖如圖3-1所示：開(kāi)始初始化初始化啟動(dòng)加濕（即綠燈亮）鍵盤掃描啟動(dòng)加濕（即綠燈亮）鍵盤掃描結(jié)束結(jié)束延時(shí)溫濕度檢測(cè)并傳送數(shù)據(jù)會(huì)單片機(jī)溫濕度檢測(cè)并傳送數(shù)據(jù)會(huì)單片機(jī)16021602顯示數(shù)據(jù)值判斷水位是否低判斷水位是否低超聲測(cè)距值蜂鳴報(bào)警是超聲測(cè)距值蜂鳴報(bào)警判斷濕度是否超出最佳值否判斷濕度是否超出最佳值圖3-1主流程圖3.2濕度檢測(cè)控制模塊設(shè)計(jì)根據(jù)傳感器的通訊協(xié)議，首先由單片通過(guò)I/O口主動(dòng)產(chǎn)生激發(fā)信號(hào)，然后由傳感器控制數(shù)據(jù)線，單片機(jī)通過(guò)while語(yǔ)句不間斷的檢查I/O口的高低電平，得到準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)。DHT11傳感器模塊的軟件流程圖如圖3-2所示：開(kāi)始從機(jī)80us開(kāi)始從機(jī)80us低電平是否結(jié)束否P3.3輸出低電平從機(jī)80us高電平是否結(jié)束延時(shí)20ms是從機(jī)80us高電平是否結(jié)束延時(shí)20ms否P3.3輸出高電平P3.3輸出高電平延時(shí)40ms延時(shí)40ms單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收將數(shù)據(jù)按十進(jìn)制數(shù)位存入數(shù)組讀P3.3引腳判斷是否為低電平否將數(shù)據(jù)按十進(jìn)制數(shù)位存入數(shù)組讀P3.3引腳判斷是否為低電平結(jié)束并保存結(jié)束并保存是圖3-2DHT11傳感器模塊的軟件流程圖濕度的采集過(guò)程首先P3.3輸出低電平，延時(shí)18ms之后P3.3輸出高電平，延時(shí)40ms之后，讀P3.3引腳是否為低電平，如果不是低電平就繼續(xù)讀，如果是低電平就開(kāi)始執(zhí)行判斷從機(jī)80μs高電平是否結(jié)束，如果沒(méi)有結(jié)束就繼續(xù)判斷；如果結(jié)束就進(jìn)行單片機(jī)數(shù)據(jù)接受，并將接收到的數(shù)據(jù)按照十進(jìn)制存入到指定的數(shù)組中，數(shù)據(jù)的采集結(jié)束并且保持?jǐn)?shù)據(jù)采集持續(xù)地進(jìn)行。3.3液晶顯示模塊液晶顯示模塊在執(zhí)行每一條指令之前，都要先確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志位，低電平時(shí)，表示不忙，若為高電平則此指令失效，顯示字符之前先要輸入顯示字符地址，告訴模塊那里顯示了字符。1602LCD直接和單片機(jī)的P0口通過(guò)排阻連接，無(wú)需再加驅(qū)動(dòng)。LCD1602顯示數(shù)據(jù)的過(guò)程是首先進(jìn)行液晶初始化，初始化之后執(zhí)行延時(shí)程序，等待數(shù)據(jù)的采集，演示完成后先寫入一些指令和顯示字符的地址，之后單片機(jī)向LCD發(fā)送數(shù)據(jù)即寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，LCD讀取寫入的地址并顯示出來(lái)，最后返回。軟件流程圖如圖3-3所示：開(kāi)始開(kāi)始液晶1602初始化液晶1602初始化延時(shí)延時(shí)讀數(shù)據(jù)并顯示寫數(shù)據(jù)取顯示首地址寫顯示行列地址寫LCD指令讀數(shù)據(jù)并顯示寫數(shù)據(jù)取顯示首地址寫顯示行列地址寫LCD指令返回返回圖3-3液晶顯示模塊程序流程圖3.4HC-SR04超聲測(cè)距模塊圖3-4超聲測(cè)距模塊程序流程圖第四章硬件制作4.1繪制控制板原理圖與生成PCB板本設(shè)計(jì)利用電子線路設(shè)計(jì)軟件AltiumDesigner進(jìn)行繪制原理圖和生成制版所需要的PCB文件。4.1.1AltiumDesigner軟件的介紹AltiumDesigne是Altium澳大利亞公司推出的一個(gè)全32位的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，使用該軟件的設(shè)計(jì)者可以容易地設(shè)計(jì)出電路原理圖和畫出元件設(shè)計(jì)電路板圖。而且由于其高度的集成性與擴(kuò)展性，一經(jīng)推出，立即為廣大用戶所接受，很快就成為世界PC平臺(tái)上最流行的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，并成為新一代電氣原理圖工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。AltiumDesigne主要有兩大部分組成，每一部分個(gè)有幾個(gè)模塊，第一部分是電路設(shè)計(jì)部分，主要有：原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器Sch,用于修改和生成原理圖元件的原件編輯器，以及各種報(bào)表的生成器Schlib。印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器PCB以及用于修改，生成元件封裝的元件封裝編輯器PCBLib。第二部分是電路仿真與可編程邏輯器件設(shè)計(jì)。AltiumDesigne采用數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。AltiumDesigne軟件沿襲了Protel以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與Protel99大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強(qiáng)大。新增的層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)地電層，16個(gè)機(jī)械層。新增的3D功能讓您在加工印制版之前可以看到板的三維效果。增強(qiáng)的打印功能，使您可以輕松修改打印設(shè)置控制打印結(jié)果。AltiumDesigne容易使用的特性還體現(xiàn)在“這是什么”幫助，按下右上角的小問(wèn)號(hào)，然后輸入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到設(shè)計(jì)中，按下?tīng)顟B(tài)欄末端的按鈕，使用自然語(yǔ)言幫助顧問(wèn)。4.1.2設(shè)計(jì)步驟電子線路設(shè)計(jì)流程有三個(gè)步驟:1.電路原理圖，電路原理圖就是使用電子元器件的符號(hào)以及繪制電路原理圖所需的導(dǎo)線、總線等示意性繪圖工具來(lái)描述電路系統(tǒng)中各元器件之間的電氣連接關(guān)系的一種符號(hào)化、圖形化的語(yǔ)言。2.生成網(wǎng)絡(luò)表，網(wǎng)絡(luò)表文件是文本文件，它記錄了原理圖中元件類型、序號(hào)、封裝形式以及各元器件之間的連接關(guān)系等信息。因此，借助網(wǎng)絡(luò)表文件描述的元件連接關(guān)系即可驗(yàn)證原理圖編輯過(guò)程中連線的正確性。3.生成PCB文件，PCB設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電子產(chǎn)品的功能有原理圖決定，但電子產(chǎn)品的許多性能指標(biāo)，如穩(wěn)定性、可靠性、抗震強(qiáng)度等不僅與原理圖設(shè)計(jì)、元器件質(zhì)量、生產(chǎn)工藝有關(guān)，而且很大程度上取決于印制電路板的布局、布線是否合理。4.2實(shí)際制作實(shí)物制作包括硬件焊接和軟件調(diào)試。硬件焊接按照模塊進(jìn)行，每焊接完一個(gè)模塊，都要將對(duì)應(yīng)的軟件程序通過(guò)燒寫軟件燒寫進(jìn)單片機(jī)，檢測(cè)運(yùn)行情況并調(diào)試，只有完全正確以后才能焊接后續(xù)模塊。燒寫軟件選擇STC_ISP_V480，在使用之前要將MCUType設(shè)置為STC89C52RC，之后將.hex文件選擇對(duì)應(yīng)的COM端口，然后點(diǎn)擊下載就能實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的連接。4.2.1硬件焊接制作硬件時(shí)首先從焊接電源部分，電源電路里添加一個(gè)二極管既能降壓又能防止電源一旦接反，燒壞器件。電源電路焊好后進(jìn)行測(cè)試，如果紅色led燈亮，開(kāi)始焊接單片機(jī)的最小系統(tǒng)，按照模塊一點(diǎn)一點(diǎn)增加元器件。硬件焊接要完全的按照電路圖。焊接之前最好根據(jù)元器件的尺寸，合理的放置每個(gè)模塊，然后逐個(gè)焊接每個(gè)小模塊。每焊接完一個(gè)模塊要用萬(wàn)用表測(cè)量電源和地之間是否短路，如果出現(xiàn)短路，就要立即檢測(cè)是哪一處的焊接導(dǎo)致的短路。烙鐵不要長(zhǎng)時(shí)間接觸面包板，若長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)因?yàn)楦邷貙?dǎo)致焊盤或者器件的損壞；溫度太低，容易造成冷焊點(diǎn)。焊接時(shí)焊錫用的少，引腳容易脫落；焊錫太多，容易和相鄰的引腳接觸導(dǎo)致短路。先焊接單片機(jī)和1602液晶顯示的底座，然后焊接小元件，特別是先焊接單組這一類器件。為了保證焊接的質(zhì)量，焊接元件時(shí)要先固定一個(gè)引腳，然后再調(diào)整元件的位置以及高低合適后，再焊接其余引腳，以免焊歪，因?yàn)橐坏┕潭ê脙蓚€(gè)以上引腳，元件的位置就不可動(dòng)，在焊接時(shí)要注意避免虛焊、缺焊、短路等情況，而且要盡量減少跳線的出現(xiàn)。在每次焊接時(shí)，都要注意元器件是否要區(qū)分正負(fù)極、區(qū)分的話哪個(gè)腳接單片機(jī)的引腳。例如：發(fā)光二極管有正負(fù)極所以就要考慮極性，長(zhǎng)針是正極，短針是負(fù)極；蜂鳴器是有源蜂鳴器，長(zhǎng)針是正極，短針是負(fù)極；三極管使用8550PNP型，三極管發(fā)射極接電源正極，基極和單片機(jī)的I/O口連接，集電極接蜂鳴器的正極，而蜂鳴器的負(fù)極接地；開(kāi)關(guān)、陶瓷電容沒(méi)有正負(fù)極，焊接時(shí)就不用考慮引腳的極性。致謝感謝我的導(dǎo)師XX老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。感謝我的爸爸媽媽的養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。感謝我的室友們，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。4年了，仿佛就在昨天。兩年里，我們沒(méi)有紅過(guò)臉，沒(méi)有吵過(guò)嘴，沒(méi)有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開(kāi)心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒(méi)關(guān)系，各奔前程，大家珍重。我們?cè)谝黄鸬娜兆?，我?huì)記一輩子的。在設(shè)計(jì)即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！參考文獻(xiàn)[1]吳沛等.一種基于ZigBee的家具環(huán)境質(zhì)量評(píng)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].硅谷,2014.[2]周向紅.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用于實(shí)踐教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2016.[3]艾運(yùn)階,黎建華.MCS-51單片機(jī)項(xiàng)目教程[M].北京理工大學(xué)出版社,2012,(6).[4]杜深慧.溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定:華北電力大學(xué),2014.[5]馬全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2014.1.22-34.[6]韓廣興.電子元器件與實(shí)用電路基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.[7]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2012.[8]S.A.El_Agou.M.Abugderah.Experimentalanalysisofhumidificationprocessbyairpassingthroughseawater[J].EnergyConversionandManagement,2012,49.[9]祝文靜.基于GPRS無(wú)線通訊的便攜式氣象儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).[D].安徽理工大學(xué),2013.[10]lily.StructureandfunctionoftheMCS-51series[M].MCSbook,2016,(1).[11]徐維樣,劉旭敏.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用[M].大連理工大學(xué)出版社,2015.[12]吳國(guó)經(jīng)等.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2014.1.55-57.[13]

譚浩強(qiáng).

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程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015.[14]楊亞琴.單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].南昌大學(xué),2013.附錄1匯編源程序/*頭文件*/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineyh0x80//LCD第一行的初始位置#defineer0x80+0x40//LCD第二行初始位置sbitDHT=P1^2; //溫濕度傳感器數(shù)據(jù)線sbitset_key=P1^5; //“設(shè)置”鍵K1sbitadd_key=P1^6; //“加”鍵K2sbitcut_key=P1^7; //“減”鍵K3sbitmode_key=P1^4; //“模式”鍵K3sbitkey=P1^3; //“報(bào)警”鍵K3sbitspeak=P3^7; //蜂鳴器sbitled=P3^6; // ledsbitrs=P1^0; sbiten=P1^1; unsignedcharshiZ,check;uchartemp,a;ucharcodetab1[]={"H:%"};//顯示的固定字符ucharcodetab2[]={"set:%"};//顯示的固定字符ucharset_deta=60;ucharset_deta1=40;ucharXX[2];uchartate[2];ucharread_data[5];ucharflog4;voiddelay_10us(){ uchari; i--;i--;i--;i--;i--;i--;}voiddelay_1ms(uintxms)//延時(shí)函數(shù)，有參函數(shù){ uintx,y; for(x=xms;x>0;x--) for(y=124;y>0;y--);}//****液晶寫入指令函數(shù)****//voidwrite_1602com(ucharcom){ rs=0;//數(shù)據(jù)/指令選擇置為指令 P0=com;//送入數(shù)據(jù) delay_1ms(1); en=1;//拉高使能端，為制造有效的下降沿做準(zhǔn)備 delay_1ms(1); en=0;//en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令}//***液晶寫入數(shù)據(jù)函數(shù)****//voidwrite_1602dat(uchardat){ rs=1;//數(shù)據(jù)/指令選擇置為數(shù)據(jù) P0=dat;//送入數(shù)據(jù) delay_1ms(1); en=1;//en置高電平，為制造下降沿做準(zhǔn)備 delay_1ms(1); en=0;//en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令}//***液晶初始化函數(shù)****//voidlcd_init(){ write_1602com(0x38);//設(shè)置液晶工作模式，意思：16*2行顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) write_1602com(0x0c);//開(kāi)顯示不顯示光標(biāo) write_1602com(0x06);//整屏不移動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移 write_1602com(0x01);//清顯示 write_1602com(er+0); for(a=0;a<7;a++) { write_1602dat(tab2[a]); } write_1602com(yh+0); for(a=0;a<5;a++) { write_1602dat(tab1[a]); }}/*****************溫濕度傳感器DHT11讀一個(gè)字節(jié)函數(shù)******************/ucharread_byte(){ ucharvalue,i; for(i=0;i<8;i++) //一個(gè)字節(jié)有八位所以用for循環(huán) { value=value<<1; //從字節(jié)高位開(kāi)始讀需要移位 while(DHT==0); delay_10us(); delay_10us(); delay_10us(); if(DHT) //判斷讀到是“1”還是“0” { value=value|0x01; //如果是“1”value的值就要加一 while(DHT!=0) //等待這一位數(shù)據(jù)結(jié)束因?yàn)?0us的高電平表示“1” { // DHT=1; } } } returnvalue; //返回讀到的這一字節(jié)數(shù)據(jù)}/*****************溫濕度傳感器DHT11讀數(shù)據(jù)函數(shù)******************//**一個(gè)完整的數(shù)據(jù)一共是五個(gè)字節(jié)******************/voidread_value() { uchari; DHT=0; delay_1ms(20); DHT=1; delay_10us(); delay_10us(); delay_10us(); delay_10us(); if(DHT==0) { while(DHT!=1); DHT=1; while(DHT==1); for(i=0;i<5;i++) { read_data[i]=read_byte();//將讀到的五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)放到數(shù)組read_data【5】中 } } }/**********處理讀到的溫濕度數(shù)據(jù)******************/voidpro_value(){ read_value(); temp=read_data[0]+read_data[1]+read_data[2]+read_data[3]; if(read_data[4]==temp) //檢測(cè)讀到的數(shù)據(jù)是否正確 { shiZ=read_data[0]; //濕度整數(shù)部分 } tate[0]=shiZ/10;//將濕度的整數(shù)部分的十位和個(gè)位分開(kāi) tate[1]=shiZ%10; write_1602com(yh+2); for(a=0;a<2;a++) { write_1602dat(tate[a]+0x30); }}voidpros_data(){ XX[0]=set_deta/10; XX[1]=set_deta%10; write_1602com(er+4); for(a=0;a<2;a++) { write_1602dat(XX[a]+0x30); }}voiddisplay1() //設(shè)置顯示{pros_data();}voiddisplay2() //設(shè)置顯示{ write_1602com(er+4); write_1602dat(set_deta1/10+0x30); write_1602com(er+5); write_1602dat(set_deta1%10+0x30);}voidkey_caa(){ if(set_key==0) { delay_1ms(5); if(set_key==0) { flog4=!flog4; while(set_key==0); } } if(flog4==1) { if(add_key==0) { delay_1ms(5); if(add_key==0) { set_deta=set_deta+1; while(add_key==0); if(set_deta>99) { set_deta=99; } } } if(cut_key==0) { delay_1ms(5); if(cut_key==0) { set_deta=set_deta-1; while(cut_key==0); if(set_deta<=0) { set_deta=0; } } } display1(); }}voidbaojing(){ if(key==0) { delay_1ms(5); if(key==0) { speak=0; led=1; while(key==0); } } else { speak=1; } if(shiZ<set_deta) { led=0; } else { led=1; }}/**********主函數(shù)******************/voidmain(){ lcd_init(); display1(); mode_key=1; while(1) { if(mode_key==0) { display2(); pro_value();