基于單片機的全自動加濕器的設(shè)計目錄第一章前言 [5]。圖3-1STM32F103C8T6模塊為了使該設(shè)計更加智能化，該項目擬定使用STM32F103C8T6單片機為系統(tǒng)控制器的CPU。采用STM32F103C8T6對各個模塊進(jìn)行監(jiān)測和控制，減少外部設(shè)備的連接，提高工作效率。單片機接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理分析運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元模塊，完成系統(tǒng)的各項任務(wù)。STM32F103C8T6模塊如圖3-圖3-1STM32F103C8T6模塊3.2STM32最小系統(tǒng)（1）復(fù)位電路復(fù)位電路是構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)不可缺少的一部分，是單片機系統(tǒng)的初始化操作，單片機在每次啟動之后都會先進(jìn)行復(fù)位，從而使系統(tǒng)達(dá)到初始化狀態(tài)。其主要功能是把單片機程序的開始地址初始化為0000H，讓程序從0000H單元開始執(zhí)行。圖3-2復(fù)位電路當(dāng)單片機碰到各種因素的問題無法正常運行時，便可使用復(fù)位按鍵進(jìn)行復(fù)位，使其回到初始狀態(tài)。STM32F103C8T6采用的是高電平復(fù)位，在通過給復(fù)位端接一個下拉電阻，并接一個電容到電源完成上電復(fù)位，在上電初電源給電容充電導(dǎo)通，復(fù)位端相當(dāng)于連接到高電平，進(jìn)行復(fù)位。電容充電完成后高電平斷開，復(fù)位端口被電阻拉低退出復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位電路如圖3-圖3-2復(fù)位電路（2）時鐘電路STM32有5個時鐘源HSI、HSE、LSI、LSE、PLL其中，高速時鐘(HSE和HSI)提供給芯片主體的主時鐘.低速時鐘(LSE和LSI)只是提供給芯片中的RTC(實時時鐘)及獨立看門狗使用。內(nèi)部時鐘是在芯片內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生的，起振較快，所以時鐘在芯片剛上電的時候，默認(rèn)使用內(nèi)部高速時鐘。而外部時鐘信號是由外部的晶振輸入的，在精度和穩(wěn)定性上都有很大優(yōu)勢，所以上電之后我們再通過軟件配置，轉(zhuǎn)而采用外部時鐘信號。時鐘電路如圖3-3所示。圖3-3時鐘電路端口OSC_OUT和OSC_IN是連接到高速外部時鐘HSE，以外部晶振作時鐘源，晶振頻率可取范圍為4~16MHz，兩個引腳分別接到外部晶振8MHz，端口OSC32_OUT和OSC32_IN是連接到低速外部時鐘圖3-3時鐘電路3.3電源模塊作為電路的必不可少缺少的一部分，電源的控制是十分重要的。此次設(shè)計選用現(xiàn)在市面上主流的Type-C端口，作為電源的輸入口。采用輸入電壓5V的供電方式，為整個電路的主供電。由于其中單片機所需的供電為3.3V，故采用三端穩(wěn)壓芯片AMS1117-3V3進(jìn)行降壓處理，使其達(dá)到單片機所需要的工作電壓。電源模塊電路如圖3-4所示。圖3-4電源模塊電路3.4超聲波霧化電路超聲波霧化是國內(nèi)外應(yīng)用較廣的一種加濕方式。在工作時無機械驅(qū)動、無噪音干擾、無污染，故障率低、能耗低、霧化效率高、維護(hù)簡便、可靠。超聲波霧化器是利用電子高頻震蕩，通過與陶瓷霧化片的高頻諧振，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何化學(xué)試劑。與加熱霧化方式比較，能源節(jié)省了90%。另外在霧化過程中將釋放大量的負(fù)離子，其與空氣中漂浮的煙霧、粉塵等產(chǎn)生靜電式反應(yīng)，使其沉淀[6]。電路由一個三極管控制電路，以及NE555所構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成。三極管控制電路由單片機GPIO口控制，當(dāng)單片機PA2口輸出為高電平時，三極管Q1導(dǎo)通，電源通過繼電器線圈經(jīng)三極管到地，同時在線圈導(dǎo)通同時繼電器常開觸點閉合，從而使NE555芯片上電。當(dāng)單片機PA2口輸出為低電平時，三極管Q1截止，繼電器不導(dǎo)通，超聲波霧化電路停止工作。當(dāng)NE555芯片上電，電源通過R12和R13對電容C17充電，當(dāng)NE555芯片檢測到電容C17電壓小于供電電壓1/3時，其端口3輸出高電平，端口7放電截止。當(dāng)電容C17充電到供電電壓的2/3時，端口3輸出翻轉(zhuǎn)為0，此時端口7放電端導(dǎo)通，電容C17通過電阻R13放電，使電容C17電壓下降，當(dāng)電容C17電壓下降到供電電壓1/3時，輸出端口3又進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，端口7放電截止，電容C17又開始充電。如此周而復(fù)始，從而在輸出端3得到一個連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。陶瓷霧化片工作頻率約在107KHZ左右，因此通過調(diào)整電阻R12和R13以及電容C17的值來進(jìn)行選頻，使其產(chǎn)生合適的工作頻率[7]。脈沖寬度TL=0.7*R12*C17，由電容C放電時間決定;TH=0.7(R1+R2)C，由電容C充電時間決定，脈沖周期T=TH+TL，頻率F=1/T，由此可得電阻R12為27Ω，電阻R13為68Ω，電容C17為10NF。在經(jīng)過NE555產(chǎn)生特定的頻率之后，再把頻率信號傳送給N型MOS管，由MOS管源級的三腳電感進(jìn)行升壓，達(dá)到能驅(qū)動霧化片的電壓頻率。超聲波霧化電路如圖3-5所示。圖3-5超聲波霧化電路3.5溫濕度監(jiān)測電路方案一：在一般情況下，檢測環(huán)境中的溫濕度有許多種方法，其中采用熱敏電阻以及濕敏元器件進(jìn)行檢測是最常用的方式之一。熱敏電阻的電阻值會隨溫度的變化出現(xiàn)波動，而濕敏元器件對空氣中的水分子及其敏感，但二者在可靠性和精度上效果不是很好，在需要高精度測量檢測數(shù)據(jù)時，選用熱敏電阻以及濕敏元器件進(jìn)行檢測便無法保證精確度。方案二：采用溫濕度復(fù)合傳感器DHT11，數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。作為一個集成溫濕度功能的器件，除了功能極其強大之外還具有高精度的數(shù)據(jù)采集。并且集成了A/D轉(zhuǎn)換功能，可以把檢測到的環(huán)境溫濕度信號，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并存放在集成的RAM存儲器中，供單片機讀取成本低。DHT11傳感器現(xiàn)如今在市場應(yīng)用極其廣泛，在功能上響應(yīng)迅速，并且擁有極強的抗干擾能力，性價比很高。因此，在此次項目中我選擇它作為溫濕度采集。溫濕度傳感器實物及外圍電路圖如圖3-6所示[8]。圖3-6溫濕度傳感器實物及外圍電路圖3.6水位檢測電路水位傳感器是一種常見的測量液位位置的傳感器，它是將水位的高度轉(zhuǎn)化為電信號的形式進(jìn)行輸出，根據(jù)市場上液位傳感器的種類，大概分為以下幾種方案。方案一：浮球式水位傳感器，由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成?？善谝好嬷?/p>

上并沿測量導(dǎo)管上下移動。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下，將被測液位信號，轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20ma或其它標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。與其工作方式相同的還有浮筒式水位傳感器，它是將磁性浮球改為浮筒，浮筒式傳感器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位和密度的。此傳感器主要受水位影響做信號采集，反應(yīng)靈敏。但該傳感器價格高，體積大，并不適合小場所應(yīng)用[9]。方案二：靜壓式水位傳感器，是利用防爆流量計液體靜壓力的測量原理工作。一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，之后再經(jīng)放大電路放大和補償電路補償，最后以4～20ma或0～10ma電流方式輸出。

靜壓式水位傳感器成本低，但在水位低的情況下靈敏度并不是很高，因此并不適合在水位不深的場所應(yīng)用[10]。方案三：WaterSensor水位傳感器，主要是利用三極管的電流放大原理。當(dāng)水位高度使三極管的基極與電源正極導(dǎo)通的時候，在三極管的基極和發(fā)射極之間就會產(chǎn)生一定大小的電流，此時在三極管的集電極和發(fā)射極之間就會產(chǎn)生一個一定放大倍數(shù)的電流，該電流經(jīng)過發(fā)射極的電阻產(chǎn)生特點電壓，被AD轉(zhuǎn)換器采集。是一款簡單易用、性價比高的水位/水滴識別檢測傳感器，其是通過具有一系列的暴露的平行導(dǎo)線線跡測量其水滴/水量大小從而判斷水位。能夠輕松完成水量到模擬信號的轉(zhuǎn)換,輸出的模擬值可以直接被單片機讀取，達(dá)到水位報警的功效。因此，在此次項目中我選擇它作為溫濕度采集。水位傳感器實物及外圍電路圖如圖3-7所示[11]。圖3-7水位傳感器實物及外圍電路圖3.7加水電路圖3-8加水電路模塊加水電路主要由三極管和繼電器以及二極管構(gòu)成。其工作原理是，當(dāng)單片機檢測到水位不足20%時。便會發(fā)送高電平三極管Q4的基極，三極管Q4接收到高電平便會導(dǎo)通，其繼電器JK2線圈導(dǎo)通，常開觸點閉合，加水馬達(dá)啟動，從而給加濕器加水。當(dāng)單片機檢測到水位達(dá)到80%，便會給三級管Q4低電平，使三極管截止，繼電器線圈閉合，常開觸點回到初始狀態(tài)。二極管D2在三極管閉合同時給繼電器線圈續(xù)流，達(dá)到保護(hù)三極管的作用。加水電路模塊如圖3-8所示[12]。圖3-8加水電路模塊3.8報警電路在本項目當(dāng)中，報警電路主要是由一個蜂鳴器報警和一個LED燈構(gòu)成，蜂鳴器由電路、蜂鳴器和三級管構(gòu)成，如圖3-9所示。其主要作用是當(dāng)檢測全自動加濕器水位不足與故障時給予警報提醒功能。同時，LED燈便會開始進(jìn)行閃爍。圖3-9報警電路在使用蜂鳴器進(jìn)行報警時，會發(fā)生以下動作：當(dāng)單片機模塊通過水位傳感器檢測到加濕器內(nèi)部水位不足15%時，便會發(fā)出信號控制報警電路。蜂鳴器信號通過三極管放大驅(qū)動電流，從而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，LED開始進(jìn)行閃爍。蜂鳴器信號端當(dāng)輸出高電平，三極管Q3導(dǎo)通，集電極電流會通過蜂鳴器發(fā)出聲音。當(dāng)故障排除后單片機便會輸出低電平時，這時三極管Q3截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發(fā)出聲音圖3-9報警電路3.9按鍵電路單片機的鍵盤設(shè)計主要分為獨立式和矩陣式。獨立鍵盤上每個I/O口只接一個按鍵，按鍵另一端接電源或地。矩陣式鍵盤接法相對于獨立式較為復(fù)雜，適合應(yīng)用于按鍵數(shù)量多的場所，在本次項目中，由于所需按鍵較少，所以采用的是獨立鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取電平高低來判斷是否有按鍵按下。按鍵電路如圖3-10所示。圖3-10按鍵電路該模塊主要是為了便于維修，使維修人員能夠更快的定位設(shè)備故障，從而達(dá)到快速檢修設(shè)備的目的。在按下SW2時，便會啟動超聲波霧化模塊，使設(shè)備進(jìn)行加濕，再次按下會進(jìn)入定時模式，第三次按下就會退出加濕。在按下SW3則會啟動加水模塊電路，再次按下便會關(guān)閉該模塊。SW4是報警模塊檢測按鈕，在按下SW4便會開始報警，再次按下便會停止。SW5為USART1的觸發(fā)端，在按下S圖3-10按鍵電路3.10顯示電路顯示電路在本次項目中采用的是液晶顯示屏LCD1602，它是一種字符型液晶顯示器，是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式液晶顯示器，具有16個引腳。LCD1602的顯示容量為16x2個字符，芯片工作電壓為4.5～5.5V，工作電流為2.0mA，模塊最佳工作電壓是5.0V。LCD1062液晶顯示器引腳及功能說明如表3.1所示。表3.1LCD1062液晶顯示器引腳及功能說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6DataI/O6E使能信號14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負(fù)極LCD1602液晶顯示屏外圍電路簡單，使用方便。將LCD1602的VDD以及背光源正極接電源5V，VSS與背光源負(fù)極接地，由此便完成了顯示模塊的供電。再將液晶顯示偏壓信號VL接一個10K的可調(diào)電阻到地，其接入可調(diào)電阻的目的主要是控制LCD點陣顯示的亮度。再將剩下的引腳接入STM32單片機的I/O口，便完成了該模塊的外圍電路搭建。其主要連接圖如3-11所示。圖3-11LCD液晶顯示屏與單片機連接線

第四章軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)功能控制設(shè)計該系統(tǒng)采用的是C語言，KeilVison5軟件進(jìn)行編寫，主要是結(jié)合硬件電路實現(xiàn)溫濕度測量以及水位檢測。在檢測到溫濕度以及水位來分析設(shè)備的現(xiàn)有情況，并依據(jù)設(shè)備現(xiàn)有情況來調(diào)用加濕器的其他各種功能模塊。程序框架圖如圖4-1所示。圖4-1程序框架圖4.2溫濕度檢測驅(qū)動程序溫濕度檢測主要對DHT11傳感器，所采集到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款采用單總線協(xié)議，DHT11采用單總線協(xié)議與單片機通信，單片機發(fā)送一次復(fù)位信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機復(fù)位結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，并拉高總線準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)。一次完整的數(shù)據(jù)為40bit，按照高位在前，低位在后的順序傳輸。數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和，一共5字節(jié)（40bit）數(shù)據(jù)。由于DHT11分辨率只能精確到個位，所以小數(shù)部分是數(shù)據(jù)全為0。校驗和為前4個字節(jié)數(shù)據(jù)相加，校驗的目的是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。DHT11只有在接收到開始信號后才觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送復(fù)位信號，DHT11不主動進(jìn)行溫濕度采集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢且無開始信號后，DHT11自動切換到低速模式。DHT11驅(qū)動流程圖如圖4-2所示。圖4-2DHT11驅(qū)動流程圖（1）復(fù)位信號首先主機拉低總線至少18ms，然后再拉高總線，延時20~40us，取中間值30us，此時復(fù)位信號發(fā)送完畢。主機發(fā)送復(fù)位信號如圖4-3所示。圖4-3主機發(fā)送復(fù)位信號（2）響應(yīng)信號DHT11檢測到復(fù)位信號后，觸發(fā)一次采樣，并拉低總線80us表示響應(yīng)信號，告訴主機數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了；然后DHT11拉高總線80us，之后開始傳輸數(shù)據(jù)。如果檢測到響應(yīng)信號為高電平，則DHT11初始化失敗，請檢查線路是否連接正常。當(dāng)復(fù)位信號發(fā)送完畢后，如果檢測到總線被拉低，就每隔1us計數(shù)一次，直至總線拉高，計算低電平時間；當(dāng)總線被拉高后重新計數(shù)檢測80us的高電平。如果檢測到響應(yīng)信號之后的80us高電平，就準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)。實際上DHT11的響應(yīng)時間并不是標(biāo)準(zhǔn)的80us，往往存在誤差，當(dāng)響應(yīng)時間處于20~100us之間時就可以認(rèn)定響應(yīng)成功。從機響應(yīng)信號如圖4-4所示。圖4-4從機響應(yīng)信號（3）數(shù)據(jù)傳輸DHT11在拉高總線80us后開始傳輸數(shù)據(jù)。每1bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，告訴主機開始傳輸一位數(shù)據(jù)了。DHT11以高電平的長短定義數(shù)據(jù)位是0還是1，當(dāng)50us低電平時隙過后拉高總線，高電平持續(xù)26~28us表示數(shù)據(jù)“0”；持續(xù)70us表示數(shù)據(jù)“1”。數(shù)據(jù)格式信號如圖4-5所示。圖4-5數(shù)據(jù)格式信號當(dāng)最后1bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，表示數(shù)據(jù)傳輸完畢，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。信號發(fā)送時序圖如圖4-6所示。圖4-6信號發(fā)送時序圖4.3水位檢測驅(qū)動程序WaterSensor水位傳感器能夠監(jiān)測水位。該模塊主要是利用三極管的電流放大原理：當(dāng)液位高度使三極管的基極與電源正極導(dǎo)通的時候，在三極管的基極和發(fā)射極之間就會產(chǎn)生一定大小的電流，此時在三極管的集電極和發(fā)射極之間就會產(chǎn)生一個一定放大倍數(shù)的電流，該電流經(jīng)過發(fā)射極的電阻產(chǎn)生特點電壓，被AD轉(zhuǎn)換器采集。STM32F103C8T6芯片具有2個12位的AD轉(zhuǎn)換接口，在本次設(shè)計當(dāng)中我將水位傳感器的輸出端，與單片機的PA0口相連，在確定外圍電路之后，下一步便是開啟PA端口的時鐘，設(shè)置PA端口為模擬輸入，再使能ADC1的時鐘，之后再設(shè)置ADC1的工作模式，并開啟AD轉(zhuǎn)換。以上步驟完成之后，便可以讀取到ADC的值，再將值保存在DMA里面，即可讓單片機調(diào)取。水位檢測驅(qū)動流程圖如圖4-7所示。圖4-7水位檢測驅(qū)動流程圖4.4液晶顯示驅(qū)動程序LCD1602總共有四種操作時序，分別為讀狀態(tài)，寫指令和讀數(shù)據(jù)以及寫數(shù)據(jù)。需注意的是，在對控制器進(jìn)行讀寫操作之前，讀需要進(jìn)行讀寫檢測，確保讀寫操作指令是否使能，否則將無法進(jìn)行讀寫操作。LCD1602液晶顯示屏輸出數(shù)據(jù)的流程為：首先運行顯示器的初始化操作，初始化后執(zhí)行延時程序，等待信號的采集，采集完成后先寫入一些指令和顯示字符的地址，再通過單片機系統(tǒng)向液晶顯示器傳輸采集到的信息，信息傳輸結(jié)束后，液晶顯示器讀取寫入的地址并顯示出來，最后返回。LCD1602驅(qū)動流程圖如圖4-8所示。圖4-8LCD1602驅(qū)動流程圖液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，當(dāng)模塊的忙標(biāo)志為高電平時，表示液晶顯示為忙狀態(tài)，無法執(zhí)行指令。因此，我們務(wù)必要在運行每條指令前，查看液晶顯示模塊是否處于忙狀態(tài)，如果是，則我們輸出的指令就會失去效應(yīng)。我們想顯示出一個字符的時候，應(yīng)該在代碼指令中攜帶該字符的顯示地址，通知LCD在哪個位置顯示字符。

第五章軟硬件調(diào)試5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是為了確保電路能否正常工作，功能是否達(dá)標(biāo)以及器件選項是否正確，是一項必不可少的一道檢查。硬件作為整個電路的核心部分。其重要程度非常大，稍有不慎便只能重頭開始，硬件設(shè)計樣板周期較長，出現(xiàn)問題必將耗費許多時間精力。在硬件設(shè)計完成后，便將決定整個電路的上下限。在對電路設(shè)計完成之后，便將進(jìn)行單個電路的仿真調(diào)試，在仿真中對單個電路在進(jìn)行可行性分析，確保功能能夠?qū)崿F(xiàn)。在本設(shè)計當(dāng)中，使用的是ISIS7professional軟件，該軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的仿真工具軟件。常用于單片機等數(shù)字電路仿真。有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232動態(tài)仿真、1C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等[13]。當(dāng)確定電路能夠?qū)崿F(xiàn)之后，便開始進(jìn)行原理圖的PCB設(shè)計，PCB設(shè)計采用AltiumDesigner繪圖軟件。作為現(xiàn)在市場上最為常用的繪圖軟件之一，AltiumDesigner功能十分強大，是一款將電路原理圖設(shè)計、PCB板圖設(shè)計功能集一體的設(shè)計軟件。在對原理圖封裝器件確定之后，便進(jìn)行PCB板圖的繪制，PCB版圖繪制完成之后進(jìn)行DesignRuleVerificationReport檢測PCB電氣連接是否合格。全自動加濕器主控板如圖5-1所示[14]。圖5-1全自動加濕器主控板PCB電路設(shè)計完成打樣之后，根據(jù)硬件電路圖以及PCB設(shè)計封裝類型，進(jìn)行元器件的焊接，焊接應(yīng)確定線路連接正常無虛焊。在完成元器件焊接之后，進(jìn)行上電前測試，先著重對電源模塊進(jìn)行分析，確保電路電源部分可靠運行。再進(jìn)行全局測量用邏輯筆、萬用表等工具檢查有無短路、虛焊等現(xiàn)象，經(jīng)檢查無誤后方可按調(diào)試操作程序進(jìn)行通電調(diào)試。主控板焊接圖如圖5-2所示。圖5-2主控板焊接圖5.2軟件調(diào)試使用KeiluVision5軟件通過ST-LINK下載器進(jìn)行程序下載，在成功下載程序之后，進(jìn)行系列功能測試。尋找一個環(huán)境濕度為60%以下的地方，此時查看加濕器是否加濕，當(dāng)環(huán)境濕度達(dá)到60%時，查看超聲波霧化模塊是否停止工作。水位傳感器檢測到水位低于20%時，測試加水功能是否運行。水位低于15%時，報警模塊是否啟動[15]。在進(jìn)行實物測試之后，測試結(jié)果正常。當(dāng)加濕器處于濕度50%以下時開始加濕，到60%停止加濕，水位低于20%時進(jìn)行加水，80%停止加水，水位低于15%時開啟報警模塊LED和蜂鳴器啟動。實物測試圖如圖5-3所示。圖5-3實物測試圖

結(jié)論本文主要研究了基于STM32芯片的加濕器設(shè)計，通過對本項目設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與分析，本次設(shè)計的全自動加濕器采用了分模塊化的設(shè)計方法，使用單片機對各個模塊進(jìn)行協(xié)同調(diào)用，模塊之間獨立性強。不僅提供了便利性，同時還滿足了智能化操作。達(dá)到了全自動的社會需求。另外，通過這幾個月對全自動加濕器的研究和學(xué)習(xí)，我對市面上現(xiàn)有加濕器產(chǎn)品都有了相對的熟悉。全自動加濕器將在未來，絕對是人們生活中普遍需要的一個產(chǎn)品。在現(xiàn)如今的市場上，各類加濕器還并不完善，加濕方式都有各自的欠缺，并對加濕水源的質(zhì)量有著很大的要求。綜上所述，加濕器系列產(chǎn)品具有十分廣闊的進(jìn)步空間。此次全自動加濕器，雖未解決這些難題，但也優(yōu)于傳統(tǒng)的加濕設(shè)備，實現(xiàn)了全自動智能控制。為廣大使用者解放了部分精力，提供了一個更好的生活環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1][2]靳繼來,謝艷新,鐘成梁,郭俊志,李雨澤.基于單片機的家用多功能加濕器設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)信息網(wǎng),2017,(2):112-115.[3]高操,羅小華,仲雪倩.基高性能的智能加濕器設(shè)計[J].江南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,10(5):546-550.[4],2016,21(11):30-30.[5]胡銀偉,王恒杰,段書.多源智能超聲霧化加濕器的設(shè)計[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2019,40(1):41-45.[6]G.SBERVEGLIERI,G.RINCHETTI,S.GROPPELLI,G.FAGLIA,Capacitivehumidit-ysensorwithcontrolledperformance,basedonporousAI2O3thinfilmgrownonSiO2-Sisubstratel[J].Sen.ActuatorsB.1994,(18/19):551-553.[7]S.A.El_Agou.M.Abugderah.Experimentalanalysisofhumidificationprocessbyairpassingthroughseawater[J].EnergyConversionandManagement,2008,49.[8]杜深慧,溫濕度檢測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)[D].華北電力大學(xué),2004.[9]陳松鵬,陳松,吳奇洲.基于數(shù)字控制的智能加濕器設(shè)計[J].電子測試,2017,(6):5-7.[10]李雯婷.基于單片機的工業(yè)加濕器控制系統(tǒng)[D].成都理工大學(xué),2010,(5).[11]樊亞玲,楊宏亮.多功能加濕器控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].國外電子測量技術(shù),2015,3(3):32-36.[12]韓廣興,電子元器件與實用電路基礎(chǔ)[M].電子工業(yè)出版社,2005.[13]任文霞,電子電路仿真技術(shù)[M].中國電力出版社,2008.[14]王雷,俞鵬.AltiumDesigner10入門與PCB設(shè)計實例[M].國防工業(yè)出版社,2013:69-225.[15]K.Arshak,K.Twomey,D.Heffernan.Developmentofamicrocontroller-basedhumiditysensingsystem[Z].MCBUPLtd,2002.

附錄A硬件原理圖硬件主控電路原理圖如圖附錄A1所示。附錄圖A1硬件主控電路原理圖硬件霧化電路原理圖如圖附錄A2所示。附錄圖A2硬件霧化電路原理圖硬件顯示電路原理圖如圖附錄A3所示。附錄圖A3硬件顯示電路原理圖硬件傳感器電路原理圖如圖附錄A4所示。附錄圖A4硬件傳感器電路原理圖硬件報警電路原理圖如圖附錄A5所示。附錄圖A5硬件報警電路原理圖硬件加水電路原理圖如圖附錄A6所示。附錄圖A6硬件加水電路原理圖

附錄B軟件驅(qū)動程序DHT11驅(qū)動程序#include"stm32f10x.h"#include"delay.h"#include"dht11.h"#include"lcd1602.h"#defineDHT_SetBit() GPIO_SetBits(DHT_GPIO,DHT_GPIO_PIN)#defineDHT_ResetBit() GPIO_ResetBits(DHT_GPIO,DHT_GPIO_PIN)#defineDHT_ReadBit() GPIO_ReadInputDataBit(DHT_GPIO,DHT_GPIO_PIN)staticvoidDHT_Set_Output(void); //設(shè)置為輸出模式staticvoidDHT_Set_Input(void); //設(shè)置為輸入模式intrec_dat[4];unsignedintT_H,T_L,H_H,H_L,Check;DHT11_TypeDefDHT11; //全局變量voidDHT_Set_Output(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT_RCC,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DHT_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DHT_GPIO,&GPIO_InitStructure); } voidDHT_Set_Input(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT_RCC,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DHT_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DHT_GPIO,&GPIO_InitStructure); }/***@brief初始化IO口和參數(shù)*@paramnone.*@retvalnone.*/voidDHT11_Init(void){ //RCC_APB2PeriphClockCmd(DHT_RCC,ENABLE); DHT_Set_Output(); DHT11.Tem_H=0; DHT11.Tem_L=0; DHT11.Hum_H=0; DHT11.Hum_L=0;}/***@brief讀取8bit數(shù)據(jù)*@paramnone.*@retvalnone.*/intDH11_ReadByte(void){ intdata=0; chari; charcout; for(i=0;i<8;i++) { //讀取50us的低電平 cout=1; while(!DHT_ReadBit()&&cout++); //延時30us之后讀取IO口的狀態(tài) SYSTICK_Cofing_us(30); //先把上次的數(shù)據(jù)移位，再保存本次的數(shù)據(jù)位 data=data<<1; if(DHT_ReadBit()==1) { data|=1; } //等待輸入的是低電平，進(jìn)入下一位數(shù)據(jù)接收 cout=1; while(DHT_ReadBit()&&cout++); } returndata;}/***@brief讀取40bit數(shù)據(jù)*@paramnone.*@retval1讀取成功，0讀取失敗.*/intDHT11_ReadData(void){ unsignedintcout=1; //設(shè)置為IO口輸出模式 DHT_Set_Output(); //1、MCU開始起始信號 DHT_ResetBit(); SYSTICK_Cofing_ms(20); //拉低至少18ms //DHT_SetBit(); SYSTICK_Cofing_us(40); //拉高20~40us //設(shè)置為IO口輸入模式 DHT_Set_Input(); SYSTICK_Cofing_us(50); //2、讀取DH21響應(yīng) if((DHT_ReadBit()==0)) { //等待80us的低電平 cout=1; while(!DHT_ReadBit()&&cout++); //等待80us的高電平 cout=1; while(DHT_ReadBit()&&cout++); //讀取8bit的濕度整數(shù)數(shù)據(jù) H_H=DH11_ReadByte(); //讀取8bit的濕度小數(shù)數(shù)據(jù) H_L=DH11_ReadByte(); //讀取8bit的溫度整數(shù)數(shù)據(jù) T_H=DH11_ReadByte(); //讀取8bit的溫度小數(shù)數(shù)據(jù) T_L=DH11_ReadByte(); //讀取8bit的校驗和 Check=DH11_ReadByte(); if(Check==(H_H+H_L+T_H+T_L)) { rec_dat[0]=H_H; rec_dat[1]=H_L; rec_dat[2]=T_H; rec_dat[3]=T_L; return1; } else { return0; } } return0;}/***@brief獲取溫度*@paramnone.*@retvalTemp,溫度值*/intDHT11_GetTem(void){ return(DHT11.Tem_H<<8|DHT11.Tem_L);}/***@brief獲取濕度*@paramnone.*@retvalHum,濕度值*/intDHT11_GetHum(void){ return(DHT11.Hum_H<<8|DHT11.Hum_L);}voidDHT11_DIS(void){if(DHT11_ReadData()){ Lcd_1Put(9,0,rec_dat[0]/10+0x30); Lcd_1Put(10,0,rec_dat[0]%10+0x30); Lcd_Write_Data('.'); Lcd_1Put(12,0,rec_dat[1]/10+0x30); Lcd_Puts(13,0,"%RH"); Lcd_1Put(0,0,rec_dat[2]/10+0x30); Lcd_1Put(1,0,rec_dat[2]%10+0x30); Lcd_Write_Data('.'); Lcd_1Put(3,0,rec_dat[3]/10+0x30); Lcd_Write_Data(0xDF); Lcd_Puts(5,0,"C"); SYSTICK_Cofing_ms(100);}elseLcd_Puts(0,0,"DHT11:NOFOUND"); }水位傳感器驅(qū)動程序#include"adc.h"#defineADC1_DR_Address((u32)0x4001244C)unsignedintAD_value;__IOu16ADC_ConvertedValue;/*配置采樣通道端口使能GPIO時鐘 設(shè)置ADC采樣PA0端口信號*/voidADC1_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_CLK,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=ADC_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN; //GPIO設(shè)置為模擬輸入GPIO_Init(ADC_GPIO_DOOR,&GPIO_InitStructure);}/*配置ADC1的工作模式為MDA模式*/voidADC1_Mode_Config(void){DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure;ADC_InitTypeDefADC_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(ADC_GPIO_DMA,ENABLE);//使能MDA1時鐘 /*DMAchannel1configuration*/DMA_DeInit(DMA1_Channel1);//指定DMA通道DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=ADC1_DR_Address;//設(shè)置DMA外設(shè)地址DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr=(u32)&ADC_ConvertedValue; //設(shè)置DMA內(nèi)存地址，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果直接放入該地址DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;//外設(shè)為設(shè)置為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩碓碊MA_InitStructure.DMA_BufferSize=1; //DMA緩沖區(qū)設(shè)置為1；DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable;DMA_Init(DMA1_Channel1,&DMA_InitStructure);/*EnableDMAchannel1*/DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);//使能DMA通道RCC_APB2PeriphClockCmd(ADC_GPIO_ADC,ENABLE); //使能ADC1時鐘/*ADC1configuration*/ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;//使用獨立模式，掃描模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=ENABLE;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;//無需外接觸發(fā)器ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;//使用數(shù)據(jù)右對齊ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//只有1個轉(zhuǎn)換通道ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);/*ADC1regularchannel11configuration*/ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_0,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);//通道1采樣周期55.5個時鐘周期/*EnableADC1DMA*/ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC的DMA/*EnableADC1*/ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);//使能ADC1/*EnableADC1resetcalibarationregister*/ADC_ResetCalibration(ADC1);/*ChecktheendofADC1resetcalibrationregister*/while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));/*StartADC1calibaration*/ADC_StartCalibration(ADC1);/*ChecktheendofADC1calibration*/while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));/*StartADC1SoftwareConversion*/ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//開始轉(zhuǎn)換}/*初始化ADC1*/voidADC1_Init(void){ ADC1_GPIO_Config(); ADC1_Mode_Config();}voidADC_DISPLAY(void){ AD_value=(((ADC_ConvertedValue*825)/1024)/20); Lcd_1Put(8,1,AD_value/10+0x30); Lcd_1Put(9,1,AD_value%10+0x30); Lcd_Puts(10,1,"%"); Lcd_Puts(0,1,"Water:"); SYSTICK_Cofing_ms(100);}LCD1602驅(qū)動程序#include"lcd1602.h"/************************端口初始化*******************************/voidLcd_GPIO_init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//聲明結(jié)構(gòu)體/********Data端口設(shè)置*************/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_DATA,ENABLE);//打開端口B時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_DATA_0_PIN|GPIO_DATA_1_PIN|GPIO_DATA_2_PIN|GPIO_DATA_3_PIN|GPIO_DATA_4_PIN|GPIO_DATA_5_PIN|GPIO_DATA_6_PIN|GPIO_DATA_7_PIN;//DB8~DB15GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//標(biāo)準(zhǔn)輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_DATA_0,&GPIO_InitStructure);//初始化端口 /********使能端口設(shè)置**********/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_EN,ENABLE); //打開端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_EN_PIN; //使能端口GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//標(biāo)準(zhǔn)輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_EN,&GPIO_InitStructure); /********讀/寫端口設(shè)置**********/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_RW,ENABLE);//打開端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_RW_PIN;//使能端口GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//標(biāo)準(zhǔn)輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_RW,&GPIO_InitStructure); /********指令/數(shù)據(jù)端口設(shè)置**********/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_RS,ENABLE);//打開端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_RS_PIN;//使能端口GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽復(fù)用輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_RS,&GPIO_InitStructure);}/******************************************************************/voidLcd_Init(void)//初始化{ Lcd_GPIO_init(); delay_us(1500);//延時15ms Lcd_Write_Command(0x38,0);//寫指令38H不檢測忙信號 delay_us(500); //延時5msLcd_Write_Command(0x38,0);//寫指令38H不檢測忙信號 delay_us(500); //延時5msLcd_Write_Command(0x38,0);//寫指令38H不檢測忙信號 //以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前需檢測忙信號 Lcd_Write_Command(0x38,1);//顯示模式設(shè)置Lcd_Write_Command(0x08,1); //顯示關(guān)閉 Lcd_Write_Command(0x01,1);//顯示清屏Lcd_Write_Command(0x06,1);//顯示光標(biāo)移動設(shè)置Lcd_Write_Command(0x0C,1); //顯示開、光標(biāo)不顯示}/******************************************************/voidLcd_En_Toggle(void)//發(fā)使能脈沖{ SET_EN;//使能1 delay_us(5);//延時160us CLE_EN;}voidLcd_Busy(void)//判斷忙{ unsignedintlater0=0;GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_DATA,ENABLE);//打開DATA端口時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_DATA_0_PIN|GPIO_DATA_1_PIN|GPIO_DATA_2_PIN|GPIO_DATA_3_PIN|GPIO_DATA_4_PIN|GPIO_DATA_5_PIN|GPIO_DATA_6_PIN|GPIO_DATA_7_PIN;//DB8~DB15GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//輸入模式=上拉輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_DATA_7,&GPIO_InitStructure);//打開忙檢測端口 CLE_RS;//RS=0 //delay_us(1);//延時10us SET_RW;//RW=1 //delay_us(1);//延時10us SET_EN;//EN=1 //delay_us(2);//延時20uswhile((GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_DATA_7,GPIO_DATA_7_PIN))&&(later0<20000))//循環(huán)等待忙檢測端口=0 { delay_us(5); later0++; } CLE_EN;//EN=0//恢復(fù)端口為輸出狀態(tài) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_GPIO_DATA,ENABLE);//打開DATA端口時鐘 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_DATA_0_PIN|GPIO_DATA_1_PIN|GPIO_DATA_2_PIN|GPIO_DATA_3_PIN|GPIO_DATA_4_PIN|GPIO_DATA_5_PIN|GPIO_DATA_6_PIN|GPIO_DATA_7_PIN;//DB8~DB15GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50M時鐘速度GPIO_Init(GPIO_DATA_7,&GPIO_InitStructure);}voidGpio_data(unsignedcharx)//端口置入數(shù)據(jù){GPIO_ResetBits(GPIO_DATA_0,GPIO_DATA_0_PIN);//DB0GPIO_ResetBits(GPIO_DATA_0,GPIO_DATA_1_PIN);//DB1GPIO_ResetBits(GPIO_DATA_0,GPIO_DATA_2_PIN);//DB2GPIO_ResetBits(GPIO_DATA_0,GPIO_DATA_3_PIN);//DB3GPIO_ResetBits(GPIO_DATA_0,GP