11-PAGE基于單片機的智能加濕器的系統(tǒng)硬件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7982基于單片機的智能加濕器的系統(tǒng)硬件設計案例 -1-79201.1主控單元電路設計 -1-174451.1.1單片機簡介 -1-296361.1.2STC89C52介紹 -1-84781.1.3單片機最小系統(tǒng)的設計 -2-221731.2濕度傳感器電路設計 -3-263481.2.1濕度傳感器簡介 -3-100571.2.2濕度傳感器的電路連接 -4-182481.3水位傳感器電路設計 -4-259121.4按鍵電路設計 -5-281771.5顯示電路設計 -5-220721.5.1LCD1602簡介 -5-219251.5.2LCD1602的電路連接 -6-122631.6繼電器電路設計 -6-222611.7水泵電路設計 -7-168931.8報警電路設計 -8-69751.9電源電路設計 -8-1.1主控單元電路設計1.1.1單片機簡介單片機是一種嵌入式微控制器，通過集成電路的方式將中央處理器CPU，只讀存儲器ROM，隨機存取存儲器RAM，定時器，中斷系統(tǒng)，以及多個I/O接口集成在一起，相當于一個微型計算機[7]。由于單片機體積小，重量輕，成本低廉，可靠性高，功耗低，響應速度塊等優(yōu)點，便于普及。從工業(yè)控制，設備檢測，到家用電器，處處得到了廣泛的應用。1.1.2STC89C52介紹STC89C52是一款體積小，功耗低，性能高，可靠性高的單片機。代碼兼容51單片機，可以滿足加濕器系統(tǒng)的需求。STC89C52有40個引腳，通用I/O端口有32個。其中P0端口（P0.0-P0.7）是一個8位的漏極開路的雙向端口，作為通用I/O口時要加上拉電阻，而作為地址/數(shù)據(jù)復用總線時則不用加上拉電阻。P1端口（P1.0-P1.7）和P3端口（P1.0-P1.7）都是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向端口。此外單片機還有主電源引腳2個，控制引腳4個，外接晶振引腳2個。它的工作電壓是1.3V-5.5V直流電。單片機還有8K字節(jié)的ROM和512字節(jié)的RAM。并且內部帶有4K字節(jié)的EEPROM，有3個16位定時器，外部中斷4路。它不僅支持ISP在線編程，可通過串口直接編程。它還具備掉電保護模式，在此模式下RAM中的內容可以被保存，單片機停止工作。這些特點成為控制加濕器系統(tǒng)的首選單片機。1.1.3單片機最小系統(tǒng)的設計單片機最小系統(tǒng)是用最少原件組成的可以工作的單片機系統(tǒng)。一般單片機系統(tǒng)最小應該包括單片機、電源、復位電路、晶振電路四個部分。（1）單片機：采用的是STC89C52單片機。（2）電源：VCC接5V直流電供電，GND接地。（3）復位電路：電容C1正極接電源5V，C1負極接單片機的RST引腳，電阻R1一端接單片機的RST引腳，一端接地，按鍵S1連接電容兩端，按下S1單片機即可復位。（4）晶振電路：電容C2一端接地，一端接XTAL2。電容C3一端接地，一端接XTAL1。晶振Y1并聯(lián)在電容兩端[8]。另外，單片機的EA/VPP引腳是是存儲器選擇腳。當此端口接電源時為高電平，單片機使用內部存儲器。此端口接地時為低電平，單片機使用外部存儲器。為了節(jié)省資源此端口一般選擇與電源相連。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示。圖3-1單片機最小系統(tǒng)電路圖1.2濕度傳感器電路設計1.2.1濕度傳感器簡介濕度傳感器在加濕器系統(tǒng)中起著重要的作用，它采集的信息決定著加濕器是否對環(huán)境加濕。濕度傳感器要盡可能的選擇功耗低，穩(wěn)定性高，適合單片機識別的傳感器。本設計選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集濕度數(shù)據(jù)。DHT11是一款輸出數(shù)字信號的的溫濕度傳感器，它能極為精確的進行溫濕度監(jiān)測。其濕度測量范圍在20%-95%RH內，測量精度為±5%RH[9]。它的工作電壓為1.3-5.5V直流電。數(shù)據(jù)輸出方式是單總線，串行接口。因為DHT11輸出的是數(shù)字信號，能直接與高性能的8位單片機相連接，有效減少了信號處理的負擔，節(jié)省了資源，不需要增加額外的電器元件，具有性價比高，可靠性強，響應快等優(yōu)點。DHT11有4個引腳，引腳1負責供電，引腳2是數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，引腳2是空腳，不使用，引腳4接地。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器引腳圖如圖3-2所示。圖3-2DHT11數(shù)字溫濕度傳感器引腳圖1.2.2濕度傳感器的電路連接濕度傳感器DHT11與單片機的數(shù)據(jù)傳輸通過引腳2實現(xiàn)，引腳2與單片機的P1.5端口相連，同時還要與一個上拉電阻相連，以此防止信號干擾和保護單片機端口。DHT11采用的是單總線串行接口，與單片機連接簡單，無需額外校準。VCC與5V電源相連，GND接地，NC懸空。DHT11的電路連接圖如圖3-3所示。圖3-3DHT11的電路連接圖1.3水位傳感器電路設計水位傳感器可用電路板自己制作，以此節(jié)約成本，如圖3-4所示。通過導線，電阻，三極管就能制作。原理是PNP三極管平時是導通狀態(tài)，此時發(fā)射極輸出低電平。三極管發(fā)射極與單片機引腳相連。當有水時，由于水能導電，當水位超過一定深度時，兩段導線被連通，此時三極管基極是高電平，三極管截止，發(fā)射極輸出高電平[10]。這樣根據(jù)水深的不同，被連通的導線也不同，就能通過三極管發(fā)射極輸出的電平來確定水位。水位傳感器的電路連接圖如圖3-5所示。圖3-4水位傳感器電路圖圖3-5水位傳感器電路連接圖1.4按鍵電路設計按鍵電路負責切換加濕器系統(tǒng)的模式，設置最佳濕度，并且控制消毒燈。按鍵模塊一共3個按鍵：S4按鍵負責上下行的光標移動和確定，S3按鍵負責濕度加和消毒/自動/手動模式轉換，S2按鍵負責濕度減。在消毒模式下水泵和加濕器都不工作，只有消毒燈工作，此時可以對儲水箱消毒。在自動模式下可根據(jù)用戶的喜好設置最佳濕度，當設置好最佳濕度后按下確定鍵加濕器系統(tǒng)開始智能工作。在手動模式下，按下濕度加鍵加濕器開始工作，按下濕度減鍵加濕器停止工作。本系統(tǒng)只需要3個功能鍵，一個功能鍵與一個I/O引腳對應相連，使配置更為靈活且結構簡單。按鍵電路圖如圖3-6所示。圖3-6按鍵電路圖1.5顯示電路設計1.5.1LCD1602簡介為了人們更方便，更直觀的了解加濕器系統(tǒng)的狀態(tài)。因此需要一個顯示器將加濕器系統(tǒng)的信息顯示出來。可選用LCD1602液晶顯示器，這是一種字符型液晶顯示器。LCD1602能顯示兩行內容，并且有數(shù)字化接口，與單片機的連接更方便可靠，驅動更方便。在它的字符發(fā)生存儲器中存儲著160個不同的點陣字符圖形。這些字符有英文字母、阿拉伯數(shù)字、常用符號等，這使得液晶顯示更多樣化[11]。LCD1602的引腳的功能如下表3-1所示。表3-1LCD1602引腳功能表編號符號功能1GND接地2VCC電源正極3VO液晶對比度調整4RS寄存器選擇5R/W讀/寫選擇6E使能信號7-14D0-D7數(shù)據(jù)引腳15BLA背光源正極16BLK背光源負極1.5.2LCD1602的電路連接LCD1602的RS、R/W、E分別與P1.0、P1.1和P1.2相連。VO與一個電阻相連，用于調節(jié)亮度，因為LCD1602的背光就是LED,與電阻連接可以限流，能延長顯示器的壽命。D0-D7分別與P1.0-P1.7相連。VCC和BLA接電源正極，GND與BLK接地。LCD1602電路圖如圖3-7所示。圖3-7LCD1602電路圖1.6繼電器電路設計本設計中加濕器，紫外線燈是通過繼電器控制的，其中霧化模塊因本人能力有限所以采用的是成品，通電即可工作。在單片機系統(tǒng)中想要驅動紫外線燈、加濕器等設備需要一定的電壓，但單片機引腳輸出的電壓比較小，如果連接過多的設備容易導致電壓不穩(wěn)，因此采用繼電器外接設備進行控制。繼電器是一種能以小電流控制大電流的電控制器件。它通過電磁原理實現(xiàn)對外部電路的控制。繼電器有公共端，常開端和常閉端，當公共端連接常閉端時外部電路斷開，當公共端連接常開端時外部電路連通[12]。三極管的基極輸入高電平時，三極管是截止狀態(tài)，此時繼電器兩端不通電，公共端與常閉端連接，外部電源斷開。三極管的基極輸入低電平時，三極管是導通狀態(tài)，此時繼電器兩端通電，在電磁力的作用下公共端與常開端吸和在一起，外部電源導通。當繼電器兩端通電時與繼電器并聯(lián)的發(fā)光二極管也會導通，以此顯示繼電器的工作狀態(tài)。繼電器電路圖如圖3-8所示。圖3-8繼電器電路圖1.7水泵電路設計本設計采用直流電機3V水泵，為了避免單片機電壓不穩(wěn)，可通過三極管控制電流對水泵供電。由于單片機引腳輸出的電流較小，不足以驅動水泵工作，需要外部電源來驅動水泵，當三極管的基極輸入高電平，三極管截止，水泵不工作。三極管基極輸入低電平時，三極管導通，水泵工作。電容C4在用于整流電路，保證電壓的平穩(wěn)。水泵控制電路圖如圖3-9所示。圖3-9水泵控制電路圖1.8報警電路設計報警模塊采用蜂鳴器報警，通電就能發(fā)聲。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過線圈時，產生磁場驅動震動膜來發(fā)聲[13]。由于蜂鳴器發(fā)聲需要一定的電流，但單片機的引腳輸出的電流小，不足以用來驅動蜂鳴器，因此需要與電源相連并通過三極管控制。在報警電路中增加一個三極管和電阻，三極管來驅動蜂鳴器，電阻用于限流以控制電流。報警電路圖如圖3-10所示。圖3-10報警電路圖1.9電源電路設計設計的供電方式采用的是USB電源供電，電源通一個自鎖開關來控制，可以通過手機充電器上的USB口供電，如果處于沒有電源的環(huán)境下也可以通過充電寶供電。這使